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做新时代好老师|“背”着雷达上课堂

“嘿,同学,你挡住我的回波了!”

“快看,我的距离是3.5米!”

“许老师,多出来的那个波峰是什么?”

教室里,同学们正围在一个墨绿色的“大箱子”周围,对着屏幕上的各类回波处理结果兴奋地讨论着。这是国防科技大学电子科学学院许可副教授的“数字信号处理”课堂,眼前这个“大箱子”是某型太赫兹雷达,该雷达可实现测距、成像和微动探测等功能。为了便于学生理解课本中“DFT(离散傅里叶变换)”这一抽象概念,许可将雷达“背”进了课堂。

墨绿色的“大箱子”——某型太赫兹雷达系统

作为学院首批核心骨干教师,许可的教学被学生们称为最有“温度”的一门专业基础课。“数字信号处理”这门课程涉及许多抽象概念,很多学生听到DFT、FFT等专业术语直呼“难以理解”。为了让这些专业术语不再“冷冰冰”,许可做了很多尝试。

在许可的课堂上,不仅能听到丰富的工程案例,还能听到诙谐幽默的独家“信号处理杂谈”。许可常常讲这样一个故事:在信号处理系列课程里面,以美国人奈奎斯特命名的“奈奎斯特采样定理”大名鼎鼎,但其实苏联科学家科捷利尼科夫才是最早用公式严格表述了这个定理,在苏联教科书中都称作“科捷利尼科夫采样定理”,然而相比奈奎斯特,科捷利尼科夫在后世获得的声望太小,实则是前苏联在科技领域的话语权不够。想不到在这样一门抽象、深奥的专业课堂上,能听到如此多的“段子”和故事,还能把傅里叶、拉普拉斯、高斯等专业领域的“大神”讲得如此清新脱俗,惟妙惟肖,学生大呼过瘾。

许可结合设备讲解数字信号处理课程

再优秀的算法,如果只出现在PPT或者教科书中,都是纸上谈兵。作为“数字信号处理”课程负责人,许可一直积极探索如何将工程项目和课程的具体知识点相结合。每次出差开会或项目联调都成为他为课堂积累“素材”的最佳时机。

在对某型太赫兹雷达的联调测试期间,目标的细微转动会引起回波信号频谱发生“奇妙”的变化。许可立刻想到,既然DFT方法在工程上的应用广泛,为何不把微动信号频谱分析的实例引入课堂实践中,让学生亲身感受信号处理在实际应用中的“威力”,并运用课上所学信号处理方法分析各种实际信号的频谱特征,让大家热爱这门课程。生活中的微动其实随处可见,比如伏案写字时桌子的晃动,呼吸时胸口的起伏,甚至心跳引起的胸口起伏,都属于信号处理的对象。于是,一台太赫兹雷达就这样被许可教员“背”进了课堂。

用于教学演示的生命体征探测雷达

“想不到胸口这么轻微的起伏都能被雷达监测到,还能用课堂上讲的数字信号处理知识来处理,真是不可思议啊。”当看到自己的心率和呼吸被雷达远程探测到时,学生王雨来非常兴奋。他坦言,虽然平生第一次被雷达这么照(作者注:信号辐射功率远小于手机发射功率),心里确实有些发慌,不过看到自己成为了信号,就更愿意亲身分析并处理信号,“这样的课堂教学感受的确不一样!”

正在展示雷达远程测量呼吸和心跳频率

“教研室在信号处理和雷达探测方面具有丰富的教学优势和工程资源,长期重视挖掘教研室现成的科研成果和设备,以许可教员为代表的一大批优秀中青年专家教授,一直坚持‘从工程实践中来,到工程实践中去’的教学理念,走出了一条前沿技术引领,信号处理驱动的电子信息领域人才培养之路。”教研室某领导说道。