[出处] 教育教学论坛_2022年第10期

汪枫 刘润华 谢超 方群乐 王晋晶

[关键词] 雷达原理与系统;BOPPPS教学模式;教学设计

[中图分类号] G642.42 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）10-0119-04 [收稿日期] 2021-03-31

军队院校“金课”应具有“政治性、实战性、创新性、高阶性和挑战度”即“四性一度”基本特征[1，2]，主要内涵要求表现在几个方面：课程功能加强立德树人使命;课程教学目标维度增加;课程内容及呈现形态立体化;教学模式方法以学生为中心;教员需成为知识的“加工师”和“设计师”;课程实施综合能力考核。为了适应新时代对军队院校高等教育课程提出的新要求，结合BOPPPS教学模式的独特优势，提出了BOPPPS教学模式下的“雷达原理与系统”课程教学设计理念。选择“模拟I/Q正交鉴相电路”这一典型教学案例，展示了如何运用BOPPPS教学模式进行“雷达原理与系统”课程教学设计，并给出了课程教学改革思路。结合教学实践，发现基于BOPPPS教学模式开展“雷达原理与系统”教学改革是一种行之有效的方法。

一、BOPPPS教学模式简介

BOPPPS教学模式[3-5]将课堂教学过程实施分为六个基本环节：引入、教学目标、前测、参与式学习、后测和总结。该教学模式倡导教学理念是以学员为中心，教学设计核心突出的是学员能力的提升，教学方式强调的是学员参与式学习。在BOPPPS教学模式设计中，要充分平衡教员“讲授”和学员“参与”的关系，无论是30分钟、45分钟或90分钟的教学时长，都要尽可能以六个环节为依据。模块化的课堂教学安排使得整个教学过程条理清晰、内容连贯，学员通过参与式学习，最终达到较好的教学效果，其教学流程如图1所示。

二、BOPPPS教学模式下“雷达原理与系统”教学设计理念

“雷达原理与系统”课程的教学目标中明确指出要求学员理解基本概念和基础理论，如基本概念包括噪声系数、灵敏度、全相参、驻波比、相位噪声等，基础理论包括模糊函数、匹配滤波、目标检测等，因此针对这些内容在BOPPPS教学模式的“引入”和“教学目标”环节要注意方法。一般应避免直接讲解基本概念和基础理论，可以采用增强与上次课或前期章节内容的关联性，强调基本概念和理论的重要性，从装备案例的实际应用中自然引入等多种方法，这样既能实现理论联系实际，又能激发学员的学习兴趣。

“雷达原理与系统”是电类课程的综合应用，要求学员具有较好的电路分析、信号与线性系统、电子线路等课程基础，这些课程开设于大二或大三上，而本课程开设于大三下，因此经过几个学期后，大部分学员对“电类”知识点仅存部分模糊印象。基于这样的学情，在BOPPPS教学模式的“前测”环节可以设置相关的“电类”基础知识题，这样既能回顾“电类”知识点，为新知识点的学习打下基础，又能自然过渡到所要学习的新内容，符合认知规律。

BOPPPS教学模式的核心是“参与式学习”，这一环节组织实施一定要体现“以学员为主体”。由于“雷达原理与系统”课程中基础理论和工作原理模块中常常有数学公式推导与计算、工作原理分析与仿真、系统组成设计和实现，因此在这一环节，可以采取“翻转课堂”模式[6，7]，教员引导学员分析工作过程，引导学员利用“电类”知识、软件仿真结果或典型例题求解，从中找到解决问题的方法，其具体公式推导与计算、工作波形分析、实现框图画法等交给学员来完成，这样既节省了课堂教学时间，又锻炼了学员逻辑推理、综合应用能力，真正实现“教员主导、学员主体”教学理念，让教员从“编剧和主演”转变为“策划人和组织者”，学员从“观众”转变为“主演”。在“参与式学习”环节利用“多频次、碎片化”的“翻转课堂”，可以让学员真正参与其中，有利于集中学员的注意力，还可以逐步提升学员的合作、表达能力，符合高素质新型军事人才的培养目标。

由于“雷达原理与系统”是后续“雷达或电子对抗装备”课程的基础，注重培养学员理论联系实际及分析和解决问题的能力。所以在BOPPPS教学模式的“后测”环节可以设置精选的典型装备实例或部队实训实战案例让学员分析，这样既能够检验学员的学习效果，又能巩固所学的知识。在“总结”环节，除了回顾本次课所学基本知识点，还要布置下次课所学内容并说明与本次课内容的联系，尤其新教学内容中将要用到哪些“电类”知识、微波技术知识，引导学员课后进行有目的、有针对性地预习，同时也为下次课的“前测”环节做好铺垫。

三、基于BOPPPS教学模式的课堂教学案例设计

“I/Q正交鉴相”电路是雷达接收机的重要组成部分，是从雷达回波信号到雷达信息提取的第一个环节，对理解雷达信息提取非常关键，鉴于此下面以教学时长约为30分钟左右的“模拟I/Q正交鉴相电路”作为典型教学案例，展示如何利用BOPPPS模式进行课堂教学设计以达到更好的教学效果。

（一）引入

在导入环节可以围绕两个核心问题展开，采用启发式、探究式的引入方式，能够吸引学员的注意力，激发学员的学习兴趣。

1.雷达中频回波信号中包含哪些信息？紧贴学员专业方向进行导入，提问：雷达情报中包含目标的哪些信息呢？这些信息如何体现在雷达中频回波信号中呢？

2.中頻回波信号中的幅度和相位信息如何提取？那么雷达接收机如何提取中频信号幅度和相位信息呢？引导学员思考的同时，自然引入将要学习的新内容。

（二）教学目标

1.知识目标。掌握模拟I/Q正交双通道处理电路在雷达接收机中的作用;理解模拟I/Q正交双通道处理电路性能优缺点;能画出模拟I/Q正交鉴相电路的实现框图。

2.能力目标。通过探究I/Q正交双通道处理电路的作用和性能特点，提高学员发现问题、分析问题和归纳总结的能力。

3.情感与素质目标。通过探究I/Q正交双通道处理电路的作用，培养学员树立“取长补短、合作共赢”的价值观。

（三）前测

为顺利开展后续的课堂教学活动，利用前测环节进一步了解学员对前期知识掌握情况。

雷达波长为1m，目标径向速度为50m/s，雷达脉冲重复频率为800Hz，请计算目标多普勒频率，目标多普勒周期和1个多普勒周期内相参脉冲个数。

通过前测，学员已经掌握多普勒信息在雷达中频回波信号中数学表示方法及其单通道正交鉴相的原理框图。

（四）参与式学习

1.雷达接收机为何要进行I/Q双通道正交鉴相处理？

教员：直接点明雷达接收机采用的I/Q双通道正交鉴相处理，引导学员利用仿真软件自行找到原因。

实验一：请学员观察模拟I/Q正交处理输入/输出信号的时、频域波形，注意I/Q两路时域波形中零点位置，并分析出现的原因。

实验二：请学员观察模拟I/Q正交处理输入/输出信号的时域波形，注意I/Q两路时域波形变化，并分析出现的原因。

学员归纳出雷达接收机采用I/Q双通道处理的原因：克服盲相、区分多普勒正负。教员自然说出思想政治内容，双通道处理能做到取长补短，达到合作共赢的目标。接着引出如何实现的问题。

2.雷达接收机如何实现模拟I/Q双通道正交鉴相处理？

教员引导学员梳理仿真实验中输入/输出信号频域变化，利用前测过程中画出的单通道的实现框图，分组讨论画出I/Q双通道处理的实现框图。

教员利用PPT再次强调实现方法中相参振荡信号频率与雷达中频频率（忽略多普勒频率）要相等，并引导学员深入分析框图，找出模拟实现框图中模拟器件包括：乘法器、放大器和滤波器、移相器等。这些器件本身误差会给处理结果带来一定的影响，自然引出模拟I/Q实现正交鉴相方法的优缺点问题。

3.模拟I/Q双通道正交鉴相处理性能特点是什么？

（1）教员引导学员分组讨论器件带来的误差，得出结论放大器、滤波器可能带来两支路增益的不同，移相器的实际相移值不是90°。针对这两个可能出现的问题，学员通过仿真软件，观察实验结果，讨论性能特点。

实验三：请学员观察模拟I/Q正交处理输入/输出信号的时域波形，注意I/Q两路时域波形变化，并分析变化可能带来的影响。

实验四：请学员观察模拟I/Q正交处理输入/输出信号的时域波形，注意I/Q两路时域波形变化，并分析变化可能带来的影响。

学员归纳出模拟I/Q正交鉴相处理的性能缺点为：存在幅度不平衡和相位不正交。

（2）教员启发学员分析模拟I/Q正交鉴相处理的优点，让学员接着讨论对后续A/D电路的影响。

至此，新知识已经学习完毕，接下来要检测教学效果。“后测环节”可以多准备几个题目，视学情合理选择。

（五）后测

1.（选填）雷达接收机采用包络检波电路能提取中频回波信号中的          （幅度/相位）信息，采用I/Q正交双通道处理能提取中频回波信号中          （幅度/相位）信息。

2.（选填）雷达接收机采用I/Q正交双通道处理可以克服          （盲相/盲速），区分多普勒频率          （正负/大小）。

（六）总结

1.总结本堂课教学内容。（1）雷达接收机采用I/Q正交鉴相电路目的是：提取雷达中频回波中幅度和相位信息。（2）雷达接收机采用I/Q正交鉴相电路原因是：克服盲相、区分多普勒正负。（3）模拟I/Q正交鉴相电路的优点：降低对A/D采样率的要求，缺点：存在幅度不平衡和相位不正交。

2.引出下堂课教学内容。针对模拟I/Q正交鑒相电路的特点，主要用于超宽带雷达接收机中用于降低对采样率的要求，对于防空预警雷达接收机，可以采用数字I/Q正交鉴相处理，用于克服模拟I/Q正交鉴相电路的缺点，因此下堂课学习数字I/Q正交鉴相电路。

四、基于BOPPPS教学模式的教学效果分析与总结

通过对“模拟I/Q正交鉴相电路”的课堂教学设计案例可以看出，该课堂强调的是通过合理选择教学内容和优化教学环节安排，有机地将学员前期电类课程基础知识和课堂综合应用融为一体;最大限度地激发学员学习的热情，最后将学员变为课堂的主角，而教员只是负责引导学员学习的配角。

教学效果主要体现在对学员和对教员的影响两个方面，对学员的影响主要有以下两点。

1.通过创造和谐融洽的课堂氛围，鼓励学员积极参与课堂讨论，自主完成仿真实验，极大增强了学员在课堂学习的积极性。

2.通过分享展示小组讨论结果，提升学员个人的口头表达能力和思辨能力。

对教员的影响主要有以下两点。

1.教员技能的提升。课前对BOPPPS六个教学环节的精心设计;课中热情饱满、积极引导学员;课后给学员提供及时答疑，同时对自己的教学进行科学的反思与分析。这一系列的教学活动提高了教员在各方面的教学能力，让教员的教学效果得到质的提升。

2.对“教学”的重新认识，有教有学才是教学。要做到“有教有学”，教员不仅要认真备课，积极创造条件让学员学习（教员教）;同时也能激发学员的参与热情，让学员能做到“知无不言，妙不可言”，从而教员也能从学员身上学到新的知识或理念（教员学）。

结语

基于BOPPPS教学模式，课程团队对“雷达原理与系统”课程进行了两期课堂教学探索与实践，发现BOPPPS教学模式具有较强的实践性和可操作性，大部分学员消除了“雷达原理与系统”课程是“天书”的畏难思想，课堂教学质量和效益得到明显提升。因此，采用BOPPPS教学模式进行“雷达原理与系统”课程改革是一种行之有效的方法。但必须说明的是，BOPPPS教学模式仅仅给出课堂教学设计的基本要素，教员在BOPPPS教学实施过程中，应该结合学时、学情和教学内容等实际情况对该教学模式的基本要素进行调整，只有结合实际的灵活应用才能更好地因材施教。