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《数字信号处理》课程思政教学的探索与实践

2024-03-02李晓欧张欣司博宇朱耿王震

中国继续医学教育 2024年2期
关键词:数字信号处理信号处理医疗器械

李晓欧 张欣 司博宇 朱耿 王震

2020 年5 月,教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》[1],提出课程思政建设要在所有高校、所有学科专业全面推进,并提出了广共享、强培训、重合作、树表率、深研究的5 点要求[2-3]。进一步明确了课程思政在课程建设中的重要地位,也体现了课程思政建设是落实立德树人根本任务的战略举措。习近平总书记提出“要用好课堂教学这个主渠道,思想政治理论课要坚持在改进中加强,提升思想政治教育亲和力和针对性,满足学生成长发展需求和期待,其他各门课都要守好一段渠、种好责任田”。可通过有效的方式把思政教育融入日常教学中,把优秀、先进的文化和核心价值观与教学相结合,推进“全员、全过程、全方位”育人落实落地[4]。本学院主要培养医疗器械人才,在专业课程的教学过程中很好地融入思政教育,实现其润物细无声的德育功能,让学生充分理解课程中所蕴含的思政内容,从而达到立德树人的教育目的。如何将专业课程教学与思想政治教育很好地结合,形成协同立体化育人模式,有效发挥专业课程育人作用,已成为当前高校课程建设与改革的重要任务。文章以《数字信号处理》课程思政教学为例,阐述该课程的思政建设路径、元素挖掘、教学实施内容,提出《数字信号处理》课程思政教学建设路径。

1 课堂教学融入思政建设路径

面向国家大健康产业,以坚定学生正确的理想信念为本课程思政建设的宗旨,建立“数字化医疗打基础,电生理分析做载体,探究式学习获提升”的课程观[5-6]。以鲜活的医用数字信号处理知识为切入点,培养学生积极进取的工程思维,激发创新意识,达到思政元素“育心无形”的最佳效果。

本课程融合思政教育的建设路径从三个方面展开。首先是根据教学内容,结合学生思想认同的特质进行生物医学工程学科思维、学科理解和学科精神的课程思政元素分类挖掘;然后根据课程思政的基本元素,结合教学内涵进行分层挖掘,做到章章有思政,节节有领悟;最后深化课程教学内容精神内涵,进行问题导向的建构性教学实施[7-8]。具体来讲,从信号处理授课内容中挖掘社会主义核心价值观的基本思想和传递正能量;从信号处理技术发展历程中挖掘科学态度和探究意识;从医疗器械工程师职业素养中挖掘社会责任和职业道德;从大师成长之路中挖掘榜样力量和科技伦理;从体现国产医疗器械振兴热点问题中挖掘爱国情怀和成长方向。

本课程知识目标、技能目标、素养目标的思政教育三维递进内容见表1,树立教学目标、学习要求、思政目标视角下的系统性思维,以体现学习目标协同、潜在动力支持、正确价值导向的并进性[9-10]。在目标协同上,正确处理课程内容和价值教育协同育人的主要关系,实现二者的相互促进;在动力支持上,着重发挥师生教与学的自觉动力,实现教师教育力与学生学习力的互动融通;在价值导向上,着重凸显健康中国背景下医疗器械智能化国产化课程价值引领性,学好《数字信号处理》是打好医疗器械工程基础的第一步,实现知识教育与价值教育的内在契合[11]。

表1 《数字信号处理》课程三维递进内容

2 课堂教学具体思政元素的挖掘

人才培养是育人和育才相统一的过程,为了实现从知识育人到价值育才,需要在专业知识理论中凝练出具有正面价值引导作用的思政元素[12-13]。结合本课程的特点,对每一章的内容挖掘梳理,展开反思,在对离散时间信号与系统的时频域分析方法、数字滤波器的设计等教学内容进行了深度拓展,见表2。

表2 课程知识模块与思政育人元素的对应关系

医疗器械学院的学生未来主要从事医疗器械行业的相关工作,而医疗器械在促进医疗发展方面发挥着重要作用,也是保障人民医疗健康的重要工程,所以应将课程思政整体融入《健康中国行动(2019—2030 年)》这一大背景[15-17]。注重引用具有代表性的医疗器械工程作为教学实例,融入国产高端医疗装备发展介绍,展现医工匠人精神,激励学生努力学习,为国家健康事业的发展做贡献。将工程伦理和职业道德教育融入课堂教学中,设计案例和习题启发学生联系实际进行思考,不仅让学生掌握专业知识,更让学生学会思考作为一名“医械人”的责任与使命。例如改革开放40 多年来,我国医疗器械产业快速发展,建立了比较完备的医疗器械生产供应体系,实现了历史性跨越。以联影、迈瑞为代表的一批具有核心技术的国产医疗器械生产企业快速涌现。它们弯道超车打造“中国品牌”,跻身世界一流,在世界市场也占一席之地,振奋了民族精神。作为学生要以此为己任,认真学好专业课程知识。

3 课堂教学领悟性思政教学的实施

结合线上线下混合式学习平台,利用多媒体形式,以学生为中心开展多样化课程思政教学活动。将课前学生感悟、课中师生共悟、课后生生深悟进行一体化设计,形成课程思政的协同效应,达到显隐教育的贯通融合[18-20]。下面以“傅里叶变换求解”知识模块为例,说明本课程思政设计的教学实施方法。

3.1 课前推送医疗器械相关前沿技术的启发性案例

例如推送迈瑞公司研发的我国具有自主知识产权的数字化监护新技术的相关介绍,让学生思考“如何大力发展我国医疗器械数字化水平”等问题,引导学生关注《数字信号处理》新技术在医疗器械中的应用,以此激发学生学习兴趣与热情。学生反馈数字化医疗器械设计的学习体会,教师进行点评,以帮助学生更好地理解和掌握这一领域。通过这种互动方式,学生能够更好地感悟数字化医疗器械设计的精髓,为未来的学习和职业生涯做好准备。

3.2 课中将教学内容与思政要素紧密结合

例如在讲授离散傅里叶级数引出有限长序列的离散傅里叶变换的重要作用时,引申到现代医疗仪器中频谱分析的优势,指出现在学好频谱分析知识,后续就可以利用频谱解决临床监护仪器中信号分解和滤波问题。将“医械人”的职业感带入知识的传播过程中,增强学生的学习动力。同时注重采取焦点设疑方式,给出傅里叶的人物照片,询问学生“这是谁?”以此引入傅里叶本人引领数字信号领域技术发展的事迹,激励学生要勇攀学术高峰,互动中师生共悟。

3.3 课后进行思政教学内容的反思

课后借助“智慧树”在线学习平台或书面作业的形式,针对课堂讲授内容,给学生提供进一步的延伸思考问题。例如在课堂教学中,教师讲解低通信号的分析后,给出问题:“在实际电生理信号采集设备中,会遇到高频信号,该如何寻找合适的分析方案?”安排学生小组讨论,通过思想交锋碰撞,不断拓展思维空间,实现生生深悟。教师也利用坐班答疑或自习辅导的机会助推学生深入思考,归纳分享学生讨论成果。

4 课程评价和成效

本课程教学团队制定了课程教学大纲定期修订制度、课程考核审核制度、课程思政教研制度和学生满意度调研制度,以确保课程思政的效果持续改进。同时组织任课教师积极参与各层面专题培训,开展教学公开课和教学观摩,提高教师育德意识和育德能力[21-23]。

4.1 课程评价

(1)学生评价:主讲教师学生评价平均分都在90分以上,学生普遍对课程思政表示满意和有获得感。认为学习过程充实,尤其是能了解学科知识体系和信号处理新技术发展。(2)学校督导:对课程给予很高评价,认为课程思政融入后的教学课堂效果好,学生思维活跃,讨论气氛浓厚。(3)同行评价:学生受益面大,尤其对工程问题的理解,对后续专业课学习有很大帮助。(4)校外影响:课程建设成果多次在校内外教研会议上交流,受到同行重点关注。

4.2 建设成效

(1)有效拓展课程学习广度和深度,培养学生高阶思维能力。线上线下全景式思政教学模式使学生自主学习能力加强,实现了从被动接受知识到主动参与课堂的转变,引领学生解决好人生观和价值观“总开关”问题。(2)学生工程实践能力和创新能力得到很大提升。以培养学生科学观和民族自信心为凝练切入点,培养学生的科学态度、探究思维、社会责任、职业道德、科技伦理、爱国情怀等意识。走出课堂,学生已有专利和论文成果,课外作品在“挑战杯”和“互联网+”等大赛中斩获佳绩,例如“纳米刀高压脉冲发生器”在2021“互联网+”上海赛区决赛中获得金奖。(3)课程负责人在2021 上海市高校教师教学创新大赛说课汇报中获三等奖。课程团队承担省部级教改项目9 项,发表教学论文20 余篇,2022 年该课程获批上海市课程思政示范课程。

5 总结与展望

在课程教学中融入思政教育的理念,可以实现“立德树人”教育的根本任务,结合《数字信号处理》课程特点和教学内容,以培养学生科学观和民族自信心为切入点,提出《数字信号处理》教学中思政元素的融入措施,发挥课程的育德功能,实现知识传授和价值引领的有机统一。经过综合建设,该课程展现出以下创新点。

5.1 问题牵引培育学生奋斗精神

例如讲解系统的稳定性分析方法时,如果对系统做微小变化,系统就可能从稳定变为不稳定,使学生深刻认识到在医疗器械行业中,即使是毫厘之差的数据采集对于人体生命体征诊疗的重要性。通过由离散时间系统知识点本身逐步升华到进阶哲学思想的过程,体现了量变到质变的内涵。以呼吸机设备所需信号频谱处理问题为切入点,体现本课程知识在临床中发挥的积极作用,激发学生使命担当、不断奋斗的爱国情怀。

5.2 体验实践锤炼学生医工精神

在展示我国数字化医疗设备发展成就的同时,让学生了解当前国产器械研发中的不足,针对习近平总书记提出“要紧紧牵住核心技术自主创新这个‘牛鼻子’”,引发学生深入思考,激发创新意识[24-26]。例如讲解IIR滤波器设计方法时,以迈瑞公司为代表的工程师们克服困难自主研制出处于世界先进水平的国产临床监护设备为例,培养学生在学习过程中脚踏实地,做到实验不畏难。

5.3 展望前沿,推进学生医工思考

在介绍脑机接口技术时,涉及信号滤波、特征提取等核心理论,由此体现学好信号处理基础理论的重要意义。例如讲解滤波器基本网格结构时,信号流的指向有明确含义,一旦方向相反,求出的系统函数就不能表示原来的系统,引导学生养成良好规范作风,培育医疗器械设计和应用中的科学素养。

文章对《数字信号处理》课程思政教学进行了初步探索,实现了课程教学的思政融入。下一步将继续丰富教学内容,提高课程思政的实效性,做好“健康中国”背景下学生的价值观塑造。

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