《數(shù)字信號處理》課程思政教學(xué)改革探索

□吳 杰 葉青娣 田 錦 劉 靜

一、引言

“課程思政”是一種把“立德樹人”作為教育根本任務(wù)的創(chuàng)新教育理念，通過充分挖掘各門課程自身所蘊(yùn)含的思想政治教育元素，把它們?nèi)谌氲秸n程的教學(xué)過程中，發(fā)揮其承載的思想政治教育功能，實(shí)現(xiàn)各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[1]。

《數(shù)字信號處理》是通信工程專業(yè)一門重要的專業(yè)限選課，是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，其理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)。該課程的授課目的是了解信號獲取和處理的基本步驟；掌握離散時(shí)間信號與系統(tǒng)的基本概念和分析方法；掌握時(shí)域和頻域采樣定理，Z變換的原理和應(yīng)用，離散傅立葉變換及其快速算法；掌握數(shù)字濾波器的原理、設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用。并且能夠應(yīng)用這些基本概念、基本理論和基本方法分析實(shí)際工程問題。顯然，課程現(xiàn)在的授課目的很少涉及對學(xué)生科學(xué)思維方法、創(chuàng)新能力以及職業(yè)素養(yǎng)等方面的培養(yǎng)。

通過引入“課程思政”，可以將數(shù)字信號處理學(xué)科中所蘊(yùn)含的唯物辯證法的基本范疇實(shí)例化、形象化、具體化，以具體的問題實(shí)例探討矛盾是事物發(fā)展的根本動(dòng)力，科學(xué)的發(fā)展需要經(jīng)過足夠多的努力和探索。不僅教會學(xué)生怎樣解決已知問題，也教會學(xué)生為什么這樣解決問題，以及如何解決未知問題等，實(shí)現(xiàn)知識向思維、思維向能力的有效泛化，真正培養(yǎng)出有知識有能力有素養(yǎng)的新時(shí)代人才。

二、《數(shù)字信號處理》課程實(shí)施課程思政的總體思路

遵循習(xí)近平總書記所提出的“守渠”與“種田”指導(dǎo)思想，將思想政治工作貫穿于課程的教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)“三全育人”，結(jié)合數(shù)字信號處理課程本身的特點(diǎn)，形成課程改革的總體實(shí)施思路。

(一)提高教師的個(gè)人修為和綜合素養(yǎng)，增強(qiáng)教師思政教育的主動(dòng)性。教師是課堂教學(xué)和管理的主導(dǎo)者，也是實(shí)施“課程思政”改革的主體。因此，“課程思政”的教學(xué)改革能否順利進(jìn)行，效果如何？教師的素養(yǎng)和能力起到了關(guān)鍵作用。課程組通過鼓勵(lì)主講教師參加教育教學(xué)改革專題培訓(xùn)、向思政教師和輔導(dǎo)員請教來增強(qiáng)自身的德育能力，在課程教學(xué)中主動(dòng)研究，在課堂陣地中自覺實(shí)踐，力爭做到不忘初心，德才兼?zhèn)?，學(xué)高為師，身正為范[2]。

(二)以“潤物無聲”的形式將正確的價(jià)值觀和理想信念有效傳導(dǎo)給學(xué)生。道德教育元素是課程思政的源泉和根基。傳統(tǒng)的優(yōu)秀中華文化、地方特色文化以及校本課程資源等都蘊(yùn)涵著豐富的道德教育元素，它們所倡導(dǎo)的道德規(guī)范和價(jià)值觀念都可以融入到專業(yè)課程中。授課前，任課教師應(yīng)該深入挖掘課程中所蘊(yùn)含的思想政治教育資源，精心設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，制定恰當(dāng)?shù)亟虒W(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，通過對教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等環(huán)節(jié)的有效設(shè)計(jì)和實(shí)施，在傳授專業(yè)知識和專業(yè)技能的同時(shí)，積極引導(dǎo)學(xué)生提升思想道德修養(yǎng)[3]。針對數(shù)字信號處理課程，考慮到其理論性較強(qiáng)，在道德元素挖掘的時(shí)候應(yīng)該結(jié)合具體的知識點(diǎn)，切忌喧賓奪主。比如在講解IIR和FIR濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過對兩種濾波器性能的比較讓學(xué)生學(xué)會抓住事物的主要矛盾。

教學(xué)過程是課程思政融入的主要路徑，授課教師在準(zhǔn)備教學(xué)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)以問題為導(dǎo)向，以育人目標(biāo)和授課效果為目的尋找課程育德點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)。同時(shí)，充分利用現(xiàn)代教學(xué)手段，通過圖片、動(dòng)畫、視頻和思維導(dǎo)圖等方式，將“課程思政”用靈活多樣的教學(xué)方法加以融合呈現(xiàn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升課程思政的育德效果。

(三)探索新媒體教學(xué)模式，注重教學(xué)效果評價(jià)，保證思政元素融入后的教學(xué)效果。授課過程中融入思想政治元素必然會擠占部分專業(yè)知識的課時(shí)，為了保證課堂教學(xué)效果，課程組在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，進(jìn)行新媒體教學(xué)模式探索，利用學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、班級微信群等新媒體手段，有效延展教學(xué)的時(shí)間和空間。比如：在授課前，將課程的教學(xué)資源(包括：教學(xué)大綱、授課計(jì)劃、課件、視頻、習(xí)題解答、隨堂測試練習(xí)題等)上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，學(xué)生可以結(jié)合自身情況進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)等，實(shí)現(xiàn)自助式學(xué)習(xí)。

教學(xué)效果評價(jià)是檢驗(yàn)“課程思政”教學(xué)改革效果的關(guān)鍵所在。單一從專業(yè)維度進(jìn)行教學(xué)與學(xué)習(xí)評價(jià)已經(jīng)不能適應(yīng)新的“課程思政”教學(xué)改革，應(yīng)該采用“多元化”考核方式，將評價(jià)體系向思維方法、創(chuàng)新能力以及職業(yè)素養(yǎng)等多維度延展，并且以立德樹人為著力點(diǎn)，全面考核學(xué)生的知識、能力和綜合素質(zhì)，著手完善更加科學(xué)的教學(xué)評價(jià)體系，保證課程融入思想政治后的教學(xué)效果。

三、《數(shù)字信號處理》課程思政教學(xué)改革實(shí)踐

(一)講述信號處理的發(fā)展史，讓學(xué)生學(xué)會用科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)學(xué)習(xí)和生活?？茖W(xué)發(fā)展觀是馬克思主義關(guān)于發(fā)展的世界觀和方法論的集中體現(xiàn)，是新時(shí)代指導(dǎo)一切工作的準(zhǔn)繩。信號處理從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)變，諾基亞的興衰，柯達(dá)的消亡，TI公司的轉(zhuǎn)型……打敗一個(gè)企業(yè)的往往不是它的競爭對手而是時(shí)代的車輪，通過講述這些公司的發(fā)展歷程，讓學(xué)生明白任何事物的發(fā)展必須遵循客觀規(guī)律，人生道路上機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存，只有堅(jiān)守科學(xué)原理，堅(jiān)持正確的世界觀和方法論，才能獲取分析和解決問題的正確方法，贏取最后的勝利。

(二)講述科學(xué)家的家國情懷，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和民族自信心。科學(xué)沒有國界，但是科學(xué)家有自己的祖國，他們胸懷國家和民族，有著濃厚的家國情懷。授課過程中，結(jié)合知識點(diǎn)講述在我國信號處理的發(fā)展過程中，科學(xué)家們在各個(gè)歷史時(shí)期“舍小家為大家”，力學(xué)篤行、無私奉獻(xiàn)報(bào)效祖國的崇高精神，激發(fā)學(xué)生的使命擔(dān)當(dāng)。

通信技術(shù)發(fā)展十分迅速，很多新技術(shù)和人們的日常生活息息相關(guān)，在講解相關(guān)知識點(diǎn)時(shí)，補(bǔ)充講解我國通信行業(yè)的前沿技術(shù)，有利于培養(yǎng)學(xué)生對于通信行業(yè)的認(rèn)知，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力。比如，在介紹數(shù)字信號處理的應(yīng)用時(shí)，可以融入前沿的人工智能技術(shù)的介紹。通過介紹近十年來中國在電子、通信行業(yè)的貢獻(xiàn)(比如：量子通信、天眼等)，闡明學(xué)科的戰(zhàn)略地位，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，激發(fā)他們的責(zé)任心和民族自豪感。

(三)引導(dǎo)學(xué)生從不同角度探尋問題的本質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生的辯證思維能力。作為一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦砉W(xué)科，數(shù)字信號處理的誕生、研究、發(fā)展既是對模擬信號處理、信號與系統(tǒng)等前身學(xué)科的繼承，又聚焦于自身學(xué)科的發(fā)展矛盾，發(fā)展了一系列具有學(xué)科特色的思路方法體系，其發(fā)展變化規(guī)律具有普遍性又有特殊性，是唯物辯證法的具體體現(xiàn)。比如在講解信號處理中重要的知識點(diǎn)頻譜分析時(shí)，由FT、DTFT到DFT再到FFT，傅立葉變換的發(fā)展史也是從模擬到數(shù)字的變遷史。FFT這一信號處理發(fā)展史上的里程碑事件是信號處理學(xué)科發(fā)展到一定階段對矛盾累積的突破。以學(xué)科內(nèi)容為主線，以探討唯物辯證法作為思政接入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生從不同角度探尋問題的本質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生的辯證思維能力。以學(xué)科本身蘊(yùn)含的大量科學(xué)思維方法為主要目的講授數(shù)字信號處理課程，易于消除學(xué)生對專業(yè)課程中加入思想政治元素的抵觸情緒，起到“潤物細(xì)無聲”的效果。這也是理工科課程進(jìn)行課程思政改革過程中一個(gè)最容易被抓住也很容易被忽略的方面。

通過引入課程思政，將數(shù)字信號處理學(xué)科中所蘊(yùn)含的現(xiàn)象和本質(zhì)、內(nèi)容和形式、原因和結(jié)果、可能性和現(xiàn)實(shí)性、偶然性和必然性等唯物辯證法的基本范疇實(shí)例化、形象化、具體化；闡述清楚對立統(tǒng)一規(guī)律、質(zhì)量互變規(guī)律和否定之否定規(guī)律，以具體的問題實(shí)例探討矛盾是事物發(fā)展的根本動(dòng)力，問題的解決需要經(jīng)過足夠多的努力和探索，科學(xué)研究突破的“同時(shí)性”背后蘊(yùn)含的矛盾與量質(zhì)規(guī)律等；以學(xué)科發(fā)展史和關(guān)鍵問題解決突破過程為抓手，闡述清楚世界普遍聯(lián)系與永恒發(fā)展的兩個(gè)基本特征，映射到當(dāng)前中美外交困局，看透美方刻意主導(dǎo)的“脫鉤”在哲學(xué)邏輯上的荒謬性，構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的深刻內(nèi)涵。從唯物辯證法的角度設(shè)計(jì)授課內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)課程知識向思想政治元素在思維、方法、內(nèi)容、手段上的實(shí)例化映射，不僅教會學(xué)生怎樣解決已知問題，也教會學(xué)生為什么這樣解決問題，以及如何解決未知問題等，實(shí)現(xiàn)知識向思維、思維向能力的有效泛化，真正培養(yǎng)出有知識有能力有素養(yǎng)的新時(shí)代人才。

(四)通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作，培養(yǎng)學(xué)生新時(shí)代的大國“工匠”精神。新時(shí)代的工匠精神主要包括愛崗敬業(yè)的職業(yè)精神、精益求精的品質(zhì)、協(xié)作共進(jìn)的團(tuán)隊(duì)精神、追求卓越的創(chuàng)新精神[4]。通信工程是一門工科專業(yè)，需要注重學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)，堅(jiān)定他們追求精益求精的信念。在數(shù)字信號處理理論授課過程中，增加課堂討論環(huán)節(jié)，通過討論加深同學(xué)們對基本理論的理解；在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，設(shè)置一些完整的實(shí)驗(yàn)課題作為課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，比如讓學(xué)生從含噪語音信號的采樣做起，到信號頻譜分析、濾波器設(shè)計(jì)，最后實(shí)現(xiàn)純凈信號的提取。通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成完整的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并撰寫報(bào)告進(jìn)行答辯，幫助學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神，形成專注的習(xí)慣。

四、結(jié)語

“課程思政”改革是實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力培養(yǎng)與價(jià)值引導(dǎo)的有效途徑，它為專業(yè)課教師指明了“方向”，為課堂教學(xué)增添了“活力”，為課程建設(shè)和課程改革注入了“靈魂”。本文探索了數(shù)字信號處理課程進(jìn)行“課程思政”改革的方法，從提高教師個(gè)人專業(yè)素養(yǎng)和人格影響力著手，深入挖掘提煉數(shù)字信號處理課程中所蘊(yùn)含的思想政治元素和承載的德育功能，以學(xué)科內(nèi)容為主線，以探討唯物辯證法作為思政接入點(diǎn)，以學(xué)科本身蘊(yùn)含的大量科學(xué)思維方法為主要目的講授數(shù)字信號處理課程，將育人工作落實(shí)于課堂教學(xué)的主渠道中，培養(yǎng)學(xué)生用辯證思維的方法，發(fā)展的觀點(diǎn)去分析問題、解決問題，從而實(shí)現(xiàn)“價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授”三位一體化教學(xué)[5]。