“频率扫描法”课堂教学改革研究

梁冠辉　孟亚峰　吕贵州军械工程学院　河北石家庄　050003

“频率扫描法”课堂教学改革研究

梁冠辉孟亚峰吕贵州
军械工程学院河北石家庄050003

针对传统“频率扫描法”课堂教学存在理论性强、教学方法单一和教学内容陈旧等问题，提出了“发现问题、分析问题、解决问题”的 “频率扫描法”教学思路。教学内容紧密结合装备，在教学过程中运用图形描述和程序编辑，突出问题引领，启发学员思考，极大地改善了课堂教学质量。

频率扫描；装备；图形描述；程序编辑

雷达原理与系统课程在雷达类专业教学培养计划中起着承上启下的作用，是雷达工程专业任职岗位必修课，是雷达维修专业的专业基础必修课，其重要性不言而喻。雷达原理与系统的课程内容分为雷达组成、基本理论和工作体制三大块，“频率扫描法”是工作体制中研究新型雷达工作原理的重要一课。[1，2]由于“频率扫描法”的理论性很强，学员大多会觉得该节课的内容深奥难懂从而失去学习的兴趣。因此，如何能够讲出新意，如何能够在吸引学员的同时帮助学员建立良好的学习习惯，成了每位讲授该节课教员的主要任务之一。

1　现状分析

“频率扫描法”是雷达原理与系统课程中的重要内容，是学习雷达构造和雷达维修等专业课的理论基础。如果该节课的内容掌握不好，就会造成学员在学习装备构造与维修课程时只能知其然，而不知其所以然。[3]从以前的情况来看，学员在学习“频率扫描法”时效果并不好，造成这种现象的原因主要有以下几点。

1.1理论性强 学员理解起来比较困难

“频率扫描法”的内容包含多个知识点：基本原理、栅瓣抑制和波束宽度，涉及高等数学、微波工程的相关知识，具有相当大的难度和理论深度。由于高等数学和微波工程等相关知识学习时间较早，很多学员当时理解的就不够深入，现在用到该知识点，难免理解起来比较困难，容易跟不上教员思路。

1.2教学内容和方式陈旧 学员参与积极性差

有些教员长年上雷达原理与系统课程，由于工作忙、事情多，因此，直接采用以前的教案、课件，导致教学内容陈旧。几十年如一日，既没有结合该理论最新的一些进展情况，又没有结合该理论在新型装备中的应用情况，因此，学生对授课内容兴趣不大。

1.3教学模式单一 教学效果不佳

原理课的教学模式相对比较单一，一般采用传统的教学模式，许多年轻教员大都从老教员那里继承了这种以讲授为主的传统教学方法。讲授式教学方法基本以“灌输”为主，学员反馈不够。很少启发引导，学生的参与积极性不高，理论和实践脱节，教学效果很难保证。[4]

2　“频率扫描法”课堂教学改革探索

“频率扫描法”虽然非常重要，但从目前情况看授课效果不佳。为改善该局面，特进行以下教学改革探索。

2.1遵循“发现问题、分析问题、解决问题”的思路来研究“频率扫描法”

如果直接按照教材上“频率扫描法”的章节内容来讲解，学生很难体会到科学家发现该理论的思维过程，容易学前忘后。因此，在设计本节课的教学内容时，遵循“发现问题、分析问题、解决问题，在解决问题过程中发现新问题、分析新问题和解决新问题”的思路。以频扫目的、频扫原理、栅瓣抑制和限制波束展宽为主线。首先分析传统机械扫描方法存在的局限性：扫描速度慢，且只能跟踪一批目标，为克服该局限性，引入频率扫描。频率扫描指的是通过改变输入信号的频率从而实现雷达波束指向在空间的扫描，该过程是如何实现的呢？这就牵涉到频率扫描法的基本原理。能否利用波束指向来确定目标的方位呢？如果雷达波束只有一个主瓣是可以的，如果除了主瓣还有栅瓣，此时就需要将栅瓣抑制掉。抑制掉栅瓣后就可以利用波束指向确定目标方位。雷达波束在扫描过程中，波束宽度有没有发生变化呢？如果有变化，是变宽了还是变窄了？对雷达天线增益有没有影响？对探测距离有没有影响？通过以上教学设计，使课堂内容环环相扣，引导学员思考，提高学员参与的积极性。

2.2紧密结合装备 将理论问题实践化

频率扫描法的概念较多，理论性比较强，学员学习时普遍有畏难情绪，学习积极性不高。为了提高学员学习的积极性，也为了让学员对该理论有一个直观的认识，在讲解过程中始终注意紧密结合装备，将理论问题实践化。比如，在引入频率扫描前，首先介绍传统机械扫描方法的局限性。教材上指出机械扫描惯性大、速度不高、跟踪时只能跟踪一个目标，如果纯粹照本宣科，学员很难留下深刻印象。为了加深学员印象，我们以某雷达为例进行讲解，通过给出该雷达在机械扫描时的扫描速度和频率扫描的扫描速度，使学员意识到频率扫描的扫描速度要远远高于机械扫描。同时，播放了该雷达采用频率扫描跟踪多个目标的视频，通过观看视频使学员直观感受到：频率扫描无论是扫描速度还是跟踪目标的能力都远远高于机械扫描，也极大地调动了学员学习频率扫描的积极性。

此外，在研究频率扫描波束宽度时，教材通过复杂的公式推导给出一个计算波束宽度的公式，学员不太清楚这个公式应用的时机，很容易学过就忘。为了让学员理解的更加深刻，在讲解时结合某频率扫描雷达的波束宽度，利用该公式推导出为了达到预定的波束宽度，该雷达至少需要41个阵元。如果进一步增加阵元的个数，就可以继续压缩波束宽度。通过结合装备讲解波束宽度，使学员深刻认识到该公式揭示了波束宽度和阵元个数之间的内在联系，是设计频扫天线阵元个数时的理论依据。将“频率扫描法”的基本原理、栅瓣抑制以及限制波束展宽等问题和实际装备紧密结合，使学员对该方法的认识更加直观，对相关原理的理解更加深刻。

2.3运用图形描述 使复杂问题简单化

在讲述“频率扫描法”的基本原理、栅瓣抑制以及波束宽度的过程中，牵涉到大量的公式推导，如果完全按照教材上的描述进行讲解，会使得大多数学员被纷繁复杂的公式弄得晕头转向，导致学习效率低下。为解决该问题，特使用了大量图形描述来代替公式推导。如在研究波束指向为非雷达天线法线方向时的波束宽度时，教材指出半功率点θ+与波束指向θ0之间的夹角很小，这一点很多学员表示不理解。为了使学员易于理解，特给出如图1所示的波束宽度图。

图1　波束宽度图

由图1可知，方向图最大值为1，半功率点为最大值0.707处对应的自变量，波束宽度为最大值0.707处自变量之间的距离，也就是图中两条虚线之间的距离。图1中，两个半功率点之间的距离也就是波束宽度2θ+比较小，而θ+-θ0为波束宽度的一半，显然也比较小。通过图形化的展示方式，学员很轻松地理解了这个问题。图形描述方式的大量运用，使复杂问题简单化，学员更加容易理解频率扫描法的相关知识。

2.4运用程序编辑 将抽象问题形象化

在研究了“频率扫描法”基本原理、栅瓣抑制和波束宽度等问题后，为了使学员对该抽象问题有一个形象化的认识，特别编写了频率扫描法的相关软件程序，软件界面如图2所示。

图2　 “频率扫描法”软件主界面

图3　 “频率扫描法”运行效果图

利用该软件可以研究阵元个数、阵元间距/波长等参数改变时对波束宽度的影响，可以动态展示波束扫描过程中波束宽度的变化情况，以及限制波束扫描范围对波束宽度的影响，将“频率扫描法”的相关理论问题进行直观展示。通过学员自己动手操作该软件，使学员对“频率扫描法”中相关参数如何影响波束扫描过程以及波束宽度有了更加直观的认识，理解也更加深刻，充分调动了学员学习的积极性，极大地提高了学习效果。

3　“频率扫描法”课堂教学要注意的问题

3.1搞明白解决问题的思路 减少不必要的公式推导

在研究“频率扫描法”的基本原理、栅瓣抑制和波束宽度时，牵涉到大量的公式。如果教员一味地给学生讲解如何从一个公式推导另一个公式，容易使学员陷入公式推导的汪洋大海，将雷达原理课变成了高等数学课。这样一方面使得学员非常疲惫，另一方面也不容易使学员陷入公式推导的一个局部，搞不清解决问题的整体思路。

因此，在讲解这些问题时，要重点给学生讲清楚解决问题的思路，让学生对该问题的解决有一个整体的认识。对于那些非公式不足以表达清楚的问题，还是要进行公式推导；对于公式推导中的一些细节问题，可以留给学员课后自己推导。这样一方面使学员能够抓住问题的本质，另一方面也使学员课后还能继续思考该问题，从而有效地提高学习效果。

3.2改变“满堂灌” 引导学生思考

“频率扫描法”的理论性很强，一些教员在教授该堂课时，唯恐学员听不明白，就整堂课给学员灌输，这样学员是听明白了，可学员没有思考的时间，学习效果不佳。

因此，在讲解过程中，通过设置一些小问题，引导学生主动思考，使学员的思路始终跟着教员。比如，在研究“频率扫描法”基本原理时，需要计算方向性函数的最大值，如果直接利用公式就算比较复杂，反问学员有没有简单的方法，部分学员就发现利用矢量图来计算最大值简单、直观。通过启发学员，引导学员思考，使学员的思维高度活跃，不仅能有利于激发学员学习的积极性，而且有助于培养学生初步的工科思维和良好的学习、科研习惯。

4　结束语

将以上教学改革思路运用到授课过程中，并针对两个教学班次分别采用传统教学方法和改革后的教学方法进行教学，结果表明：后一教学班次的课堂气氛明显优于前者，并且对该理论的理解更加深刻，掌握的也更加扎实。然而，教学改革是一个漫长的过程，作为教员必须积极地面对和处理学员的反馈，并引导学员提出对于“频率扫描法”课堂建设的意见和建议，不断完善“频率扫描法”教学的方式方法，因材施教。最终，不仅使学员能够高效的掌握该堂课的内容，而且对学员思维能力的提升也有较大帮助。

[1] 丁鹭飞.雷达原理与系统[M].西安:西安电子科技大学出版社，2010.

[2] 吕波，张宏伟，马俊涛.信息化条件下雷达原理与系统课程教学内容革新研究[J].中国现代教育装备，2013(11):57-59.

[3] 张清泉，杨虎.“通信原理”课程教学改革创新与实践研究[J].科技信息，2014(7):28-29.

[4] 孙保良，蔡复清，康健.雷达原理课程教学改革研究与实践[J].教育教学论坛，2013(48):42-43.

Teaching Reform Research of “frequency scanningmethod” classroom

Liang Guanhui，meng Yafeng， Lv Guizhou
Department of Electronics and Optics Engineering Ordnance Engineering College， Shijiazhuang ， 050003， China

Aiming at the question of highly theoretical， single teachingmethod and old teaching content of traditional frequency scanningmethod， this paper advances the teaching idea of discovering problem， analyzing problem and solving problem. The teaching content closely combining with equipment， using graphic description and program editing， highlighting the lead of problem， inspires students to think， and greatly improves the quality of classroom teaching.

frequency scanning； equipment； graphics description； program editing

2014-09-04

梁冠辉，博士，讲师。