基于工程專業(yè)認證和課程思政的數(shù)字信號處理教學(xué)研究與實踐*

◆宋公飛 趙興強

0 引言

數(shù)字信號處理是南京信息工程大學(xué)自動化專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程主要講授通信系統(tǒng)、控制工程系統(tǒng)、遙感技術(shù)、故障檢測和自動化儀表等領(lǐng)域的有關(guān)圖像、聲吶、雷達、語音、地震等數(shù)字信號處理的理論知識。該課程致力于使學(xué)生掌握數(shù)字信號處理的基礎(chǔ)理論和常用方法，具有運用數(shù)字信號處理專業(yè)知識和進行學(xué)術(shù)研究的基本素質(zhì)及實事求是、精益求精的嚴謹科學(xué)精神，培養(yǎng)學(xué)生與他人合作開展科研工作的團隊協(xié)作精神及組織、協(xié)調(diào)團隊協(xié)作的領(lǐng)導(dǎo)能力。

工程專業(yè)認證是提高我國工程教育質(zhì)量的重要保障和堅強后盾，認證標準堅持OBE理念，通過七個一級指標，即學(xué)生、培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、持續(xù)改進、課程體系、師資隊伍、支持條件，開展工科教育教學(xué)水平和人才培養(yǎng)效果評價[1-5]。另外，課程思政并不等于思想政治教育，而是思想政治教育的延伸，包含培養(yǎng)當代大學(xué)生正確的價值觀、人生觀、科學(xué)觀等。要求教師通過高校所開設(shè)的專業(yè)課、選修課等一系列非思政課程，在課堂教學(xué)的內(nèi)容中和各個環(huán)節(jié)有機地融入價值塑造的要素來開展思想政治教育實踐[6-7]。各課程教學(xué)組教師研討修改教學(xué)大綱，把思政元素融入新大綱，改進課堂教學(xué)方法，結(jié)合課程特點努力建立本課程的思政案例數(shù)據(jù)庫，從而實現(xiàn)在傳授專業(yè)知識的同時進行思想政治教育的效果。

為了更好地落實立德樹人根本任務(wù)，課程組結(jié)合自動化工科課程特點全方位推進課程思政建設(shè)。以數(shù)字信號處理課程為例，在該課程教學(xué)大綱中融入育人元素，主要通過教學(xué)資源的匯聚、線上線下混合教學(xué)模式的構(gòu)建、課堂教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新，逐步完成該課程的課程思政建設(shè)。具體建設(shè)思路：首先，系主任帶領(lǐng)課程組教師學(xué)習(xí)相關(guān)課程思政建設(shè)的文件；其次，課程組教師一起研討融入思政元素的新大綱撰寫；再次，課程組教師集體備課，研討課堂教學(xué)方法、制訂教學(xué)計劃以及完善教案；最后，課程組教師商討課程考核和教學(xué)質(zhì)量評價方式。為了進一步提高教學(xué)質(zhì)量，依據(jù)最后的考核和評價結(jié)果，提出持續(xù)改進的措施，以期達到全方位育人效果。

1 課程教學(xué)大綱的制定

根據(jù)學(xué)校自動化專業(yè)培養(yǎng)方案制定包含課程思政的新版教學(xué)大綱，基于培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，制定數(shù)字信號處理的課程目標：

1）了解數(shù)字信號與系統(tǒng)的基本概念、特性以及運算，理解數(shù)字信號的時頻特性與分析方法，理解數(shù)字信號的濾波器的設(shè)計思路與計算過程，具有利用相關(guān)數(shù)學(xué)知識對數(shù)字信號與系統(tǒng)進行分析、建模及求解的能力；

2）具有通過查閱文獻和調(diào)研，運用數(shù)字信號處理的專業(yè)知識分析復(fù)雜工程問題并提出解決方案的能力，擁有求真務(wù)實、切問近思等科學(xué)精神；

3）具有根據(jù)應(yīng)用場景及信號特性，選擇或設(shè)計有效分析與處理方法的能力，要求學(xué)生能夠通過課外學(xué)習(xí)、查閱文獻，撰寫科技報告。

為了充分提煉自動化專業(yè)的內(nèi)在價值和社會價值，努力挖掘自動化專業(yè)中的思想政治元素，將課程思政指標嵌入該課程大綱，設(shè)定課程思政目標為培養(yǎng)學(xué)生的專注和求實精神。

2 課程目標達成路徑及評價方法

2.1 師資隊伍建設(shè)

數(shù)字信號處理是南京信息工程大學(xué)自動化專業(yè)的基礎(chǔ)課程，同時是其他專業(yè)的必修課程或主干課程，因此組建該課程的課程組。首先，筆者所在學(xué)院組織課程組教師集體學(xué)習(xí)《關(guān)于加強和改進新時代師德師風(fēng)建設(shè)的意見》以及學(xué)校出臺的關(guān)于師德師風(fēng)方面的系列文件，加強師德師風(fēng)建設(shè)；其次，學(xué)校成立教師發(fā)展與教學(xué)評估中心，以“建設(shè)教學(xué)服務(wù)平臺，促進教師教學(xué)發(fā)展，提升教育教學(xué)質(zhì)量”為宗旨，長期開展各項教學(xué)改革研究、新教師培訓(xùn)、課程教學(xué)評價、教育資源建設(shè)等工作，不斷幫助課程組教師提升教學(xué)能力，促進教師成長；最后，學(xué)校和學(xué)院制定一系列措施提高教師的工程實踐能力，鼓勵課程組教師積極參加國內(nèi)外各類教學(xué)研討會，緊跟國家新工科建設(shè)方向，始終以工程認證的視野把握專業(yè)建設(shè)方向。

2.2 創(chuàng)新課程教學(xué)方式

首先，多方共建、協(xié)同育人，整合課程教學(xué)資源。邀請氣象局、熊貓集團等行業(yè)企業(yè)專家參與課程建設(shè)研討，及時將科研新進展、實踐新經(jīng)驗、社會新需求融入教學(xué)。

其次，競賽引領(lǐng)、科教融合，提升學(xué)生實踐創(chuàng)新能力。以“寓教于研、科教相長”為理念，通過科研小助手、智能機器人競賽實驗班等引導(dǎo)學(xué)生參與教師科研或參加相關(guān)學(xué)科競賽，實現(xiàn)科教深度融合，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。

最后，為了創(chuàng)新專業(yè)課程思政教學(xué)方法，重點搜集學(xué)科發(fā)展前沿及與專業(yè)相連的反映社會熱點的教學(xué)案例，進行數(shù)字信號處理課程思政教學(xué)案例庫建設(shè)，通過實例分析，曉之以理、動之以情，從而增強思政教育的實效性和說服力，實現(xiàn)思政元素與專業(yè)知識的無縫銜接和自然過渡。

2.3 建立教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控機制

堅持以生為本的辦學(xué)理念，從校院系層面構(gòu)建多方位的教學(xué)過程監(jiān)控機制。備課方面主要包括教學(xué)大綱制定、教材選取、教案設(shè)計以及教學(xué)計劃制訂。課堂教學(xué)方面主要包括教學(xué)內(nèi)容確定和教學(xué)方法創(chuàng)新。在課外，課程組教師定期開展輔導(dǎo)答疑，精 心布置課后作業(yè)。在考核方面主要體現(xiàn)在考試試題的精挑細選和認真撰寫課程教學(xué)質(zhì)量分析報告。

2.4 提出課程目標評價方法

依據(jù)OBE教育理念，將評教轉(zhuǎn)換為評學(xué)，建立完善的課程目標達成評價流程。本輪課程結(jié)束，從定量評價（課程考核）和定性評價（學(xué)情問卷調(diào)查）兩方面進行課程目標評價：定量評價主要由課程目標達成度的加權(quán)求和得到，而定性評價主要采用問卷調(diào)查法，計算和調(diào)查的對象為教學(xué)班級的數(shù)據(jù)。評價結(jié)果與期望值（期望值=評價平均值/評價總分值）比較，若評價結(jié)果小于期望值即為未達成。

該課程教學(xué)大綱規(guī)定各考核環(huán)節(jié)的比例以及課程目標對應(yīng)的各考核環(huán)節(jié)的分值。各課程目標i達成值Ci計算方法為：

其中，Oi為課程目標i對應(yīng)的各考核環(huán)節(jié)的滿分值之和，mi為課程目標i對應(yīng)的各考核環(huán)節(jié)的平均成績之和。課程的最終達成值為各課程目標達成的最小值，此為定量評價。

定性評價通過調(diào)查問卷由學(xué)生自評獲得，調(diào)查學(xué)生掌握知識及能力等課程目標達成情況。根據(jù)課程目標設(shè)計調(diào)查問卷，每個課程目標由完全掌握、掌握、基本掌握、基本不掌握、完全不掌握五個評價項目構(gòu)成，為較好地量化評價，分別定義分值為5、4、3、2、1分，最后匯總分析問卷調(diào)查的數(shù)據(jù)，從而得到一個定性評價結(jié)果。

3 持續(xù)改進

根據(jù)課程目標實際達成情況，結(jié)合學(xué)生學(xué)情調(diào)查表、督導(dǎo)和同行聽課反饋情況等，針對具體問題，進一步分析原因，進一步優(yōu)化課堂教學(xué)方法，加強基礎(chǔ)知識點的內(nèi)涵及外延講解，以利于學(xué)生對所學(xué)知識點有更為深入和透徹的理解；加強平時作業(yè)管理，以提高學(xué)生理解、應(yīng)用知識能力；反思考核方式是否科學(xué)合理，匯聚更多課堂外的教學(xué)資源；改善該課程課內(nèi)實驗條件；修改課程大綱以進一步改進教學(xué)效果，從而形成圖1 所示閉環(huán)持續(xù)改進的機制。

圖1 持續(xù)改進機制框圖

以數(shù)字信號處理課程為例，在學(xué)期之初，課程組組長召集課程組其他教師一起研讀課程大綱，熟悉講授的重難點內(nèi)容；在此基礎(chǔ)上，制訂該學(xué)期教學(xué)計劃和教案，進一步探討教學(xué)方法；學(xué)期結(jié)束后，按照大綱規(guī)定的考核方式進行考核，針對課程考核結(jié)果，結(jié)合督導(dǎo)聽課反饋、同行聽課反饋、學(xué)生學(xué)情調(diào)查問卷等情況，給出一份合理的課程質(zhì)量分析報告，分析是否達到既定的課程目標，最后提出持續(xù)改進的舉措。

4 結(jié)束語

工程專業(yè)認證是培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實和創(chuàng)新能力強的應(yīng)用型一流自動化人才的重要保障。本文闡述以O(shè)BE理念為指導(dǎo)理念的課程目標達成路徑以及評價方法，結(jié)合質(zhì)量監(jiān)控機制，提出持續(xù)改進的措施，通過這一循環(huán)舉措，不斷優(yōu)化教學(xué)方法，更好地達成課程目標。以數(shù)字信號處理課程為例，通過理論與實踐一體化對教學(xué)實踐環(huán)節(jié)進行創(chuàng)新，依據(jù)課程目標的達成度對該課程建設(shè)進行持續(xù)改進，從而提升課堂教學(xué)質(zhì)量與工程專業(yè)認證理念的契合度，搭建該課程的課程思政教學(xué)體系，不斷增強教學(xué)成效。