论文部分内容阅读
摘要：基于雷达专业人才培养的需求与雷达数据处理课程教学存在的问题，对“雷达数据处理及应用”课程的教学内容、教学方法、教学资源等方面进行了改革探索，致力于创新培养兼具工程实践能力与技术创新能力的复合型人才，为当前“雷达数据处理及应用”研究生课程教学提供一些有益的参考。
关键词：雷达数据处理;课程教学;改革与实践;创新培养
Abstract： Based on the needs of radar profession personnel training and the problems existing in radar data processing course teaching， the reform and exploration on the teaching content， teaching methods and teaching resources of “Radar data processing with application” course are carried out， which is committed to innovative training of compound talents with engineering practice ability and technical innovation ability， and provides some useful references for the the course teaching of “Radar data processing with application”.
Key words： Radar data processing; course teaching; Reform and practice; innovation foster
雷达数据处理是现代雷达系统信息处理重要组成部分，其目的是最大限度地提取目标的状态信息（如位置、速度、加速度、运动轨迹等），并可根据这些信息对预测未来时刻的目标状态，形成稳定的目标航迹，实现对目标状态的高精度估计[1]。雷达数据处理技术的性能直接关系到现代雷达的探测跟踪性能，因此雷达数据处理技术已成为现代雷达系统的最核心技术之一，是培养适用现代雷达发展的全面人才必然要掌握的技术。
“雷达数据处理及应用”课程作为信息与信号处理专业雷达数据处理研究方向研究生的专业基础必修课程和信息融合专业多传感器信息融合研究方向研究生的启蒙课程，是电子类高校和科研院所最常设课程之一和课程教学改革的重要方向，对培养适用雷达新技术的理论创新和工程实践人才具有积极的作用。
传统的教学方式，除了大量运用多媒体进行教学外，教学方式多是单向灌输，学员被动接受，因此学员的学习兴趣和学习积极性不高[2-4]。传统的教学模式和方法已不再适应“雷达数据处理及应用”这类实践性较强的课程的教学与实践，所以探索一种行之有效的“雷达数据处理及应用”教学改革模式對提高教学质量、培养学员创新实践能力具有重要意义。
我校自开设“雷达数据处理及应用”课程以来，累计培养信息与通信工程专业硕士和博士研究生300余人。本文结合作者长期从事本门课程教学的经验，在分析“雷达数据处理及应用”课程教学存在的问题基础之上，对理论教学改革从教学内容、教学方法、教学资源等方面进行了积极的教学改革的探索，在提高学员学习的主动性和提高教学质量方面取得了良好的成效。
1 “雷达数据处理及应用”课程教学难点分析
1.1 知识面广，要求学员具有灵活的知识运用能力
“雷达数据处理及应用”课程是一门综合性较强的专业核心课程，它与“概率论”“随机过程分析”“随机集”以及“雷达原理”等多门课程紧密联合，涉及方方面面的知识点，要求学员首先学习这些先导课程，并对这些知识点做到深刻理解和熟练运用。然而在实际的教学过程中，一方面，学员来自不同的本科专业，他们在本科学习阶段并未开设上述的先导课程;另一方面，虽然有些课程在本科阶段开设，但学员的学习不具有针对性，对本门课程涉及的重点知识点未能较好地掌握，更谈不上灵活应用。因此，很多学员学习本门课程时会感觉比较吃力，如何提升学员对知识的灵活运用能力至关重要。
1.2 理论性强，要求学员具有较强的理解接受能力
学校开设“雷达数据处理及应用”课程之初，总课时为36学时，其中理论课时30学时，实验课时仅6学时，且采取先理论教学，待全部理论讲授完毕后再进行实验教学的教学方式。在具体教学过程中发现，该教学方法存在理论知识难以及时消化、实验授课时学员已遗忘理论课程所讲的内容等问题。
“雷达数据处理及应用”课程的每一章学习均贯穿了大量的复杂数学公式和公式推导，理论知识结构都比较抽象，要求学员具有强的数学基础和公式推导能力，否则学员在学习的过程中，往往会难以完全理解这些理论知识所描述的内容，容易出现“一知半解”和“卡壳”现象，久而久之就会跟不上学习进度，失去学习的兴趣。因此，如何有效增强学员的理解和接受能力，是提升该课程教学质量的关键。
1.3 知识更新快，要求教员能够及时地更新教学内容
雷达数据处理属于高新技术领域，技术迭代更新周期短，新方法和新技术不断涌现，若一味地守旧，必定陷入闭门造车的境地。培养创新型人才，要求教员能给学员能及时讲解本领域最新的研究动态和发展趋势，以扩大学员的知识面，更新学员的知识体系和结构，培养其自主学习的兴趣和能力。
2 “雷达数据处理及应用”课程教学方法改革
针对“雷达数据处理及应用”课程教学的难点，从优化教学内容、改进教学方法和扩充教学资源等方面进行教学改革的探索，具体如下。
2.1 优化教学内容
在已有研究生培养方案的基础上，一方面，在本专业学员入学之初及时对其进行走访调研和问卷调查，了解学员课程学习的基本情况，建议学员在制定培养方案时，根据自身实际情况有针对性的选修“概率论”“随机过程分析”“随机集”以及“雷达原理”等基础或专业基础课程，并提醒学员需要重点关注的知识点，从而为后续“雷达数据处理及应用”课程的学习打下良好的基础。 另一方面，教员在“雷达数据处理及应用”课程教授的过程中，讲到某个重点知识点时，一定要拓展开来讲解相关的知识点，使学员不但知其然，还要知其所以然，从而到达“吃透”和灵活运用的目的。例如，我们在讲授卡尔曼滤波估计前，会首先回顾参数估计的知识点，包括最大后验估计、最大似然估计、最小均方根误差无极和最小二乘估计等参数估计方法的区别和联系，使学员掌握估计的概念和基本方法，然后再自然地过渡到卡尔曼滤波估计，增强知识讲解的连续性。
两方面双管齐下，有效解决学员学习本门课程时比较吃力的问题，使学员掌握对知识的灵活运用能力。
2.2 改进教学方法
在优化教学内容的基础上，对需要全员掌握的基础内容（如卡尔曼滤波器、扩展卡尔曼滤波器、航迹起始算法、目标数据互联方法、机动目标跟踪方法等）实施精讲，而对于其他非必要全员掌握的知识点（如群目标跟踪、多目标跟踪终结理论与航迹管理、无源雷达数据处理、雷达组网数据处理等），则采取课后答疑、个别辅导的方式进行，通过如此调整，对学时进行了重新分配，将原来的理论课时由30学时缩减至24学时，而实验课时则增加至12学时，增加了学员的动手实践时间，提高学员学习的兴趣。
同时，我们还对理论课时和实验课时的顺序进了“点对点”的调整，即开设两次理论课程，就开设一次相应的实验课程，改变以往理论课时全部讲授完毕后再进行实验教学的教学方式。例如，我们在进行两次卡尔曼滤波器的理论授课后，随即进行一次基于卡尔曼滤波器的线性滤波实验，在进行两次目标航迹起始的理论授课后，随即进行一次基于Hough变换的航迹起始实验等等。通过如此调整，一方面，可趁学员刚学完理论课程，在遗忘和部分遗忘之前顺利地开展相关的课程实践;另一方面，可通过实践动手，可消化掉理论课未能及时理解的难点，加深对相关理论的理解，实现对知识的进一步巩固。
2.3 扩充教学资源
除了课堂讲授外，教员通过结合雷达数据处理技术前沿发展，拟定一定数量的微课题（如微弱目标跟踪、机动目标跟踪、多目标跟踪、航迹关联以及群目标跟踪等），并按照学员意愿进行自由分组，让学员选择其中一个微课题去查阅相关文献资料，对该课题的国内外研究现状进行分析，提交分析报告，并在课堂上进行分组讨论。这样做，可让學员了解最新的专业知识，培养学员自主学习和获取文献资料的能力，增加学员课堂参与感，改进课堂教学效果，还可培养学员良好的团队意识和协作精神。
教员吸引并引导学员主动参与到教员的科研中来，通过让学员对科研项目与课堂基本理论进行对比学习，让学员掌握科研的基本思路和方法，提升学员掌握、发现新知识能力，拓宽学员获取前沿知识的途径和渠道，培养学员独立思考能力。同时，教员通过将最新的科研成果引入课堂，扩充课堂讲授内容（例如，授课教员所在项目组2020年获得了与本课程相关的军队科学技术进步一等奖一项，教员在2021年的授课过程中就会以该项目为例，详细的讲解该项目的立项、研制、工程实现、成果转化和推广应用等各过程），使学员充分了解科研的全过程，通过理论联系工程实际，变抽象为具体，不仅增强了学员的学习兴趣，还为学员后续攻读博士学位、参与科研项目和工作奠定了良好的基础。
3 小结
“雷达数据处理及应用”课程作为雷达专业的核心专业课程，涉及多门课程知识点，具有理论性强、概念抽象、信息量大，分析方法多样，应用较为广泛以及技术发展更新速度快等特点，如何在课堂上更好地引导学员自发和持续学习新知识，适应现代雷达技术发展和社会需要，是一个无止境的探索过程，也是一个不断改进和完善的动态过程。本文依据“雷达数据处理及应用”课程自身的特点和内涵，在分析当前课程教学中存在的问题基础上，分别从优化教学内容、改进教学方法以及扩充教学资源等方面进行了教学改革的探讨，从而提高课堂教学效果，使学员树立起系统的专业知识，进一步培养学员的创新和实践能力，为当前“雷达数据处理及应用”研究生课程教学提供一些有益的参考。
参考文献：
[1] 何友，修建娟，张晶炜，等.雷达数据处理及应用[M].3版.北京：电子工业出版社，2015.
[2] 李敏，田丽娜.EDA课程“理实一体化”教学改革与实践研究[J].教育教学论坛，2017（28）：116-117.
[3] 王宪保，王辛刚，王晓东.《传感器原理及应用》课程教学改革探讨[J].教育教学论坛，2019（4）：129-131.
[4] 马周明，林梦雷，张海洋.《粗糙集理论及其应用》研究生课程教学改革与实践[J].闽南师范大学学报（自然科学版），2020，33（1）：93-98.
【用稿通知：梁书】
关键词：雷达数据处理;课程教学;改革与实践;创新培养
Abstract： Based on the needs of radar profession personnel training and the problems existing in radar data processing course teaching， the reform and exploration on the teaching content， teaching methods and teaching resources of “Radar data processing with application” course are carried out， which is committed to innovative training of compound talents with engineering practice ability and technical innovation ability， and provides some useful references for the the course teaching of “Radar data processing with application”.
Key words： Radar data processing; course teaching; Reform and practice; innovation foster
雷达数据处理是现代雷达系统信息处理重要组成部分，其目的是最大限度地提取目标的状态信息（如位置、速度、加速度、运动轨迹等），并可根据这些信息对预测未来时刻的目标状态，形成稳定的目标航迹，实现对目标状态的高精度估计[1]。雷达数据处理技术的性能直接关系到现代雷达的探测跟踪性能，因此雷达数据处理技术已成为现代雷达系统的最核心技术之一，是培养适用现代雷达发展的全面人才必然要掌握的技术。
“雷达数据处理及应用”课程作为信息与信号处理专业雷达数据处理研究方向研究生的专业基础必修课程和信息融合专业多传感器信息融合研究方向研究生的启蒙课程，是电子类高校和科研院所最常设课程之一和课程教学改革的重要方向，对培养适用雷达新技术的理论创新和工程实践人才具有积极的作用。
传统的教学方式，除了大量运用多媒体进行教学外，教学方式多是单向灌输，学员被动接受，因此学员的学习兴趣和学习积极性不高[2-4]。传统的教学模式和方法已不再适应“雷达数据处理及应用”这类实践性较强的课程的教学与实践，所以探索一种行之有效的“雷达数据处理及应用”教学改革模式對提高教学质量、培养学员创新实践能力具有重要意义。
我校自开设“雷达数据处理及应用”课程以来，累计培养信息与通信工程专业硕士和博士研究生300余人。本文结合作者长期从事本门课程教学的经验，在分析“雷达数据处理及应用”课程教学存在的问题基础之上，对理论教学改革从教学内容、教学方法、教学资源等方面进行了积极的教学改革的探索，在提高学员学习的主动性和提高教学质量方面取得了良好的成效。
1 “雷达数据处理及应用”课程教学难点分析
1.1 知识面广，要求学员具有灵活的知识运用能力
“雷达数据处理及应用”课程是一门综合性较强的专业核心课程，它与“概率论”“随机过程分析”“随机集”以及“雷达原理”等多门课程紧密联合，涉及方方面面的知识点，要求学员首先学习这些先导课程，并对这些知识点做到深刻理解和熟练运用。然而在实际的教学过程中，一方面，学员来自不同的本科专业，他们在本科学习阶段并未开设上述的先导课程;另一方面，虽然有些课程在本科阶段开设，但学员的学习不具有针对性，对本门课程涉及的重点知识点未能较好地掌握，更谈不上灵活应用。因此，很多学员学习本门课程时会感觉比较吃力，如何提升学员对知识的灵活运用能力至关重要。
1.2 理论性强，要求学员具有较强的理解接受能力
学校开设“雷达数据处理及应用”课程之初，总课时为36学时，其中理论课时30学时，实验课时仅6学时，且采取先理论教学，待全部理论讲授完毕后再进行实验教学的教学方式。在具体教学过程中发现，该教学方法存在理论知识难以及时消化、实验授课时学员已遗忘理论课程所讲的内容等问题。
“雷达数据处理及应用”课程的每一章学习均贯穿了大量的复杂数学公式和公式推导，理论知识结构都比较抽象，要求学员具有强的数学基础和公式推导能力，否则学员在学习的过程中，往往会难以完全理解这些理论知识所描述的内容，容易出现“一知半解”和“卡壳”现象，久而久之就会跟不上学习进度，失去学习的兴趣。因此，如何有效增强学员的理解和接受能力，是提升该课程教学质量的关键。
1.3 知识更新快，要求教员能够及时地更新教学内容
雷达数据处理属于高新技术领域，技术迭代更新周期短，新方法和新技术不断涌现，若一味地守旧，必定陷入闭门造车的境地。培养创新型人才，要求教员能给学员能及时讲解本领域最新的研究动态和发展趋势，以扩大学员的知识面，更新学员的知识体系和结构，培养其自主学习的兴趣和能力。
2 “雷达数据处理及应用”课程教学方法改革
针对“雷达数据处理及应用”课程教学的难点，从优化教学内容、改进教学方法和扩充教学资源等方面进行教学改革的探索，具体如下。
2.1 优化教学内容
在已有研究生培养方案的基础上，一方面，在本专业学员入学之初及时对其进行走访调研和问卷调查，了解学员课程学习的基本情况，建议学员在制定培养方案时，根据自身实际情况有针对性的选修“概率论”“随机过程分析”“随机集”以及“雷达原理”等基础或专业基础课程，并提醒学员需要重点关注的知识点，从而为后续“雷达数据处理及应用”课程的学习打下良好的基础。 另一方面，教员在“雷达数据处理及应用”课程教授的过程中，讲到某个重点知识点时，一定要拓展开来讲解相关的知识点，使学员不但知其然，还要知其所以然，从而到达“吃透”和灵活运用的目的。例如，我们在讲授卡尔曼滤波估计前，会首先回顾参数估计的知识点，包括最大后验估计、最大似然估计、最小均方根误差无极和最小二乘估计等参数估计方法的区别和联系，使学员掌握估计的概念和基本方法，然后再自然地过渡到卡尔曼滤波估计，增强知识讲解的连续性。
两方面双管齐下，有效解决学员学习本门课程时比较吃力的问题，使学员掌握对知识的灵活运用能力。
2.2 改进教学方法
在优化教学内容的基础上，对需要全员掌握的基础内容（如卡尔曼滤波器、扩展卡尔曼滤波器、航迹起始算法、目标数据互联方法、机动目标跟踪方法等）实施精讲，而对于其他非必要全员掌握的知识点（如群目标跟踪、多目标跟踪终结理论与航迹管理、无源雷达数据处理、雷达组网数据处理等），则采取课后答疑、个别辅导的方式进行，通过如此调整，对学时进行了重新分配，将原来的理论课时由30学时缩减至24学时，而实验课时则增加至12学时，增加了学员的动手实践时间，提高学员学习的兴趣。
同时，我们还对理论课时和实验课时的顺序进了“点对点”的调整，即开设两次理论课程，就开设一次相应的实验课程，改变以往理论课时全部讲授完毕后再进行实验教学的教学方式。例如，我们在进行两次卡尔曼滤波器的理论授课后，随即进行一次基于卡尔曼滤波器的线性滤波实验，在进行两次目标航迹起始的理论授课后，随即进行一次基于Hough变换的航迹起始实验等等。通过如此调整，一方面，可趁学员刚学完理论课程，在遗忘和部分遗忘之前顺利地开展相关的课程实践;另一方面，可通过实践动手，可消化掉理论课未能及时理解的难点，加深对相关理论的理解，实现对知识的进一步巩固。
2.3 扩充教学资源
除了课堂讲授外，教员通过结合雷达数据处理技术前沿发展，拟定一定数量的微课题（如微弱目标跟踪、机动目标跟踪、多目标跟踪、航迹关联以及群目标跟踪等），并按照学员意愿进行自由分组，让学员选择其中一个微课题去查阅相关文献资料，对该课题的国内外研究现状进行分析，提交分析报告，并在课堂上进行分组讨论。这样做，可让學员了解最新的专业知识，培养学员自主学习和获取文献资料的能力，增加学员课堂参与感，改进课堂教学效果，还可培养学员良好的团队意识和协作精神。
教员吸引并引导学员主动参与到教员的科研中来，通过让学员对科研项目与课堂基本理论进行对比学习，让学员掌握科研的基本思路和方法，提升学员掌握、发现新知识能力，拓宽学员获取前沿知识的途径和渠道，培养学员独立思考能力。同时，教员通过将最新的科研成果引入课堂，扩充课堂讲授内容（例如，授课教员所在项目组2020年获得了与本课程相关的军队科学技术进步一等奖一项，教员在2021年的授课过程中就会以该项目为例，详细的讲解该项目的立项、研制、工程实现、成果转化和推广应用等各过程），使学员充分了解科研的全过程，通过理论联系工程实际，变抽象为具体，不仅增强了学员的学习兴趣，还为学员后续攻读博士学位、参与科研项目和工作奠定了良好的基础。
3 小结
“雷达数据处理及应用”课程作为雷达专业的核心专业课程，涉及多门课程知识点，具有理论性强、概念抽象、信息量大，分析方法多样，应用较为广泛以及技术发展更新速度快等特点，如何在课堂上更好地引导学员自发和持续学习新知识，适应现代雷达技术发展和社会需要，是一个无止境的探索过程，也是一个不断改进和完善的动态过程。本文依据“雷达数据处理及应用”课程自身的特点和内涵，在分析当前课程教学中存在的问题基础上，分别从优化教学内容、改进教学方法以及扩充教学资源等方面进行了教学改革的探讨，从而提高课堂教学效果，使学员树立起系统的专业知识，进一步培养学员的创新和实践能力，为当前“雷达数据处理及应用”研究生课程教学提供一些有益的参考。
参考文献：
[1] 何友，修建娟，张晶炜，等.雷达数据处理及应用[M].3版.北京：电子工业出版社，2015.
[2] 李敏，田丽娜.EDA课程“理实一体化”教学改革与实践研究[J].教育教学论坛，2017（28）：116-117.
[3] 王宪保，王辛刚，王晓东.《传感器原理及应用》课程教学改革探讨[J].教育教学论坛，2019（4）：129-131.
[4] 马周明，林梦雷，张海洋.《粗糙集理论及其应用》研究生课程教学改革与实践[J].闽南师范大学学报（自然科学版），2020，33（1）：93-98.
【用稿通知：梁书】