“数字信号处理”课程思政探索与实践

张 林， 王艳芬， 芦楠楠

(中国矿业大学 信息与控制工程学院， 徐州 221116)

课程思政属于隐性思想政治教育，缘起于全国高校思想政治工作会议，是实现“立德树人”根本教育任务的有效途径[1]。所谓课程思政，就是在大学专业课(非思政课)教学中，融入思想观念、政治观点、道德规范、价值观等思想政治教育。从高等教育“育人”的本质出发，充分挖掘专业课程的德育元素，充分发挥课堂教学承载的立德树人的职责功能，促使学生在特别设计的教学活动中潜移默化地接受思想政治教育。在教学过程中力求实现知识传授与价值引领的有机统一，把知识教育与价值观教育、能力教育结合起来，与思政课程同向同行、协同发展，从全员、全过程、全方位“三全育人”的广度深化课程思政建设，从根本上树立教书育人、立德树人。

“数字信号处理”课程是电子信息工程专业一门传统的工科课程。表面上看，其教学与培养思想政治情操无关，但从多年的该课程的教学实践基础上，我们充分认识到：该课程，乃至于所有的工科课程讲授的不仅是一套准确的科学理论，更是一种理工科思维模式和素养。因此，围绕“数字信号处理”教学平台，作者探索高校工科课程思政新要求，充分发掘该课程的特点，对教学模式和教学方法的改革，将素质教育贯穿教学全过程，润物无声地给学生以情的熏陶。

根据“知识传授与价值引领相结合”的课程目标，突出“以人为本”的课程理念，强化显性思政、细化隐性思政，围绕课程教学内容及相关课程思政方法进行了有效地改革，构建全课程育人格局。课程改革分别从培养学生的“科学思维”、“国家意识”、“专业责任感”、“团结协作精神”及“严谨认真态度”等多个角度进行剖析和融合，对课程内容的编排及课堂的讲授方式等进行改进，充分发掘课程的思政资源，开阔了学生视野，加深了专业自信，强化了学生的创新能力、职业素养和工匠精神的养成。整个教学过程也更注重培养学生的专业责任感和主人翁意识，鼓励探索精神、创新精神、团队协作以及坚忍不拔的毅力，营造尊重科学、崇尚科学的氛围[2-4]。

1 “科学思维”、“国家意识”及“专业责任感”的培养

《朱子语类》卷九《论知行》篇中说：“不可去名上理会。须求其所以然[5]。”因此，在课程的内容编排上，面对一些新的方法，引领学生建立“3W+1H”的科学思维模式，将复杂问题分解为“What”、“Why”、“Where”和“How”四个角度。比如，在课程绪论中的模拟信号数字化处理知识点讲解过程中，将原先的数字信号处理系统的特点、数字信号处理系统的组成以及数字信号处理系统的应用等几个方面的内容经过重新组织和整合，融汇成“3W+1H”，包括“模拟信号数字化处理是什么？”、“为什么要对模拟信号进行数字化处理？”、“模拟信号数字化处理可以干什么？”以及“怎么样实现模拟信号的数字化处理？”四个问题。按照“3W+1H”的思维模式，课程教学过程中分别针对模拟信号数字化处理的定义、数字系统和模拟系统相比的优点、数字系统的典型应用及模拟信号数字化处理的流程分别进行分析和讲解。通过此类教学思路，着重开发学生分析和处理复杂问题的科学思维方式。

分析比较是人类由此及彼，由表及里，全面深刻认识事物，辨别失误的优劣、高低、美丑的重要科学思维方法。在“Why”环节，我们可以引导学生通过比较分析的科学方法，对模拟系统和数字系统分别从系统精度、可靠性、灵活性、性能指标的达成等多个方面进行比较，深入理解数字系统的优点。在此过程中着重训练学生设疑、析疑的逻辑思维和能力。在“Where”环节，我们则通过中国独创的射电望远镜的介绍，帮助学生了解先进的与课程相关的科学成果。同时，特别强调被誉为“天眼之父”的中国科学院首席科学家南怀仁带领科研团队，克服重重困难，建成世界最大的单口径球面射电望远镜FAST(Five hundred meters Aperture Spherical Telescope)，为我国探索宇宙科学提供了新的科学装置，终其一生让中国领先全球20年。这是人类认识宇宙、探索宇宙奥秘的标志性成果之一，不仅可作为经典的专业知识教学案例，也是极好的培养学生创新精神和科学思维的思政素材，既展示了我国老一辈科学家的奉献精神，也强烈地激发了学生为实现中华民族伟大复兴而发愤刻苦的自觉性和责任感。

与此类似，在本课程的改革过程中，我们在模拟信号的数字化处理、快速傅里叶变换，尤其是数字信号处理的应用等知识点中，均引入案例及相关科学家故事，将“国家、责任、荣誉”等信念融入教学各环节，注重“工匠文化”熏陶，不断挖掘专业课程中孕育的思政元素，从教学目标、教学内容、教学方法等多方面融入价值引领内容，实现社会主义核心价值观的内化于心、外化于行，帮助学生树立“功成不必在我、功成必定有我”的家国情怀和坚定的理想信念。

2 团队协作精神的培养

在信息技术飞速发展的时代，社会需求愈来愈呈现多样化，人们在工作学习中所面临的环境和问题极其复杂，竞争日益激烈。在很多情况下，单靠个人能力已经很难全方位地处理各种错综复杂的问题并采取切实高效的行动，因此，团队意识、合作意识的培养势在必行。

孔子云：“三人行，必有我师焉！”小溪只能泛起细碎的浪花，海纳百川才能激发惊涛骇浪，个人和团队的关系犹如小溪和大海。因此，每个人都要将自己充分地融入团队，才能在团队中发挥个人的作用。本课程在编排过程中也充分地考虑了学生的团结协作精神培养的因素，对学生进行分组结对，充分利用各种教育教学资源，开展翻转、探究和研讨等各种教学活动[1]。分组的讨论和研讨，让学生意识到团队的力量和团结的优势，在无形中从收益上强化了他们的团结协作意识。

正如2019-2020年度秋季学期开课班级中的学生在课程报告中总结道：“通过本门课程的学习，我们更深地感受到自身对专业发展的重要性，对理论知识的掌握更加牢靠，提高了自己的实践能力，同时，通过分组讨论，我们认识到了同学之间相互合作的重要性。想把所学的内容融会贯通，只学好课本知识是不够的，要把所学习的知识加以应用。”

3 严谨认真态度的养成

俗语云：“细节决定成败”。严谨细致，即对一切都抱有认真、负责的态度，一丝不苟、精益求精，在细微处显精神，在细微处显境界，在细微处显水平。把做好每件事情的着力点放到每一个细节、步骤上，不心浮气躁，不好高骛远，从一件一件的小事做起。作为一种工作态度，反映在学习中是一种学习习惯，反映到工作中则代表着一种工作作风。本课程主要通过对比案例的编排实现端正学生严谨认真态度教育的环节。

比如，数字滤波器相关知识点以简单的一阶滤波器为例，无形中让学生切身体会严谨认真态度的重要性。典型的一阶滤波器的信号流图如图1所示，可通过差分方程y(n)=x(n)+ay(n-1)加以描述[2, 3]。

图1 一阶数字滤波器的信号流图

以该系统为例，首先引导学生比较a=0.9和-0.9两种情况。当a=0.9时，系统的幅频特性和相频特性曲线如图2(a)所示，可见该系统为低通滤波器；a=-0.9时系统的幅频特性和相频特性曲线如图2(b)所示，此时，该系统为高通滤波器。两个系统之间只是系数a的符号相反，但频率特性截然相反。

其次，引导学生分析符号相同数值不同的系数a构成的系统，如a=-0.9和a=-0.4。a=-0.4时系统的频率特性曲线如图2(c)所示。比较图2(b)和(c)可以看出，a=-0.9和a=-0.4时两个系统均可实现高通滤波，但前者的频率选择性明显优于后者。差之毫厘，谬以千里。通过类似案例的对比，学生在无形中能够体会工程上严谨认真、实事求是有多么重要。

(a)a=0.9时系统的幅频特性和相频特性曲线

同时，遵循“3W+1H”的科学思维模式，进一步引导学生从系统函数H(z)、零极点位置等角度深入分析上述系统出现差别的本质原因，强化学生对“零点位置主要影响频响谷值、极点位置主要影响频响峰值”等结论的认知，反向巩固“系统频率响应”相关基本理论。

4 结语

通过这一系列的教学目标、教学模式、教学方法以及考核机制的改革，本次教学改革活动在2019年秋季学期的课程全过程获得应用。

课程结束后，学生反馈收益颇丰，他们以小组总结发言的形式表达了心声。

xx小组总结说：“通过本门课程的学习，锻炼了我们自学能力和团队协作的能力。”

xx小组总结说：“通过本门课程的学习，我们深深地感受到我的国真的厉害了，也更深地感受到我们对专业发展的重要性。同时通过丰富的课堂活动我们对理论知识的掌握更加牢靠，提高了自己的实践能力，同时，通过分组讨论，我们认识到了同学之间相互合作的重要性。想把所学的内容融会贯通，只学好课本知识是不够的，要把所学习的知识加以利用。”

xx小组总结说：“……最后也希望学院可以多多设立翻转课堂和探究课题，可以提高学生独立思考和实验能力。”

可见，专业课程是载体，思政教育是灵魂。课程育人是目的，以专业技能知识为载体开展育人工作，在知识传授中强调主流价值引领，真正做到显性教育与隐性教育的融会贯通，思想政治理论要与专业教育协调同步、相得益彰，才能起到“润物细无声”的效果，从而真正实现课堂教学主渠道“寓道于教，寓德于教，寓教于乐”，实现“立德树人”的最终目标。