“數(shù)字信號(hào)處理”課程思政元素提煉與實(shí)施的探索

張宏煒　張琳　趙志信

摘? ? 要：文章探討了“數(shù)字信號(hào)處理”課程在課堂教學(xué)中思政元素的提煉，挖掘了“數(shù)字信號(hào)處理”課程中的思政要素并與其專業(yè)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，力求激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課的興趣，發(fā)揮對(duì)其人生觀、價(jià)值觀和世界觀建設(shè)的引領(lǐng)作用。

關(guān)鍵詞：專業(yè)課程;“數(shù)字信號(hào)處理”;思政元素;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2022）02-0061-03

習(xí)近平總書記指出，我們的高校是黨領(lǐng)導(dǎo)下的高校，是中國(guó)特色社會(huì)主義高校。辦好我們的高校，必須堅(jiān)持以馬克思主義為指導(dǎo)，全面貫徹黨的教育方針。要堅(jiān)持不懈?jìng)鞑ヱR克思主義科學(xué)理論，抓好馬克思主義理論教育，為學(xué)生一生成長(zhǎng)奠定科學(xué)的思想基礎(chǔ)，要堅(jiān)持不懈培育和弘揚(yáng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀，引導(dǎo)廣大師生做社會(huì)主義核心價(jià)值觀的堅(jiān)定信仰者、積極傳播者、模范踐行者，要堅(jiān)持不懈促進(jìn)高校和諧穩(wěn)定，培育理性平和的健康心態(tài)，加強(qiáng)人文關(guān)懷和心理疏導(dǎo)，把高校建設(shè)成為安定團(tuán)結(jié)的模范之地[1]。

從習(xí)近平總書記的講話可以看出，課程思政必須以“立德樹人”作為出發(fā)點(diǎn)，以培養(yǎng)具有社會(huì)主義核心價(jià)值觀的社會(huì)主義事業(yè)建設(shè)者和接班人為核心，以實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興的理想為目標(biāo)。“數(shù)字信號(hào)處理”課程是面向所有電子信息類本科專業(yè)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)課。由于該課程涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)比較多，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)度比較大，因此學(xué)生學(xué)習(xí)該課程難度較大。如果教師沒有較高的理論知識(shí)水平和豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將很難使學(xué)生保持高度的學(xué)習(xí)興趣和課堂專注度[2]。由于電子產(chǎn)品的普及，導(dǎo)致部分學(xué)生在課堂上玩手機(jī)。如果由于學(xué)生玩手機(jī)導(dǎo)致部分課堂講解內(nèi)容沒有聽到或個(gè)別重要的知識(shí)點(diǎn)沒有聽懂，則后續(xù)課程就會(huì)很難聽懂，而且學(xué)生越不理解就越不愛聽講，最終放棄課堂聽講。因此，如何引入課程思政元素以吸引學(xué)生的注意力，培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化其學(xué)習(xí)的內(nèi)在主動(dòng)性，幫助他們樹立正確的人生觀、價(jià)值觀、世界觀以提高”數(shù)字信號(hào)處理”課程的教學(xué)質(zhì)量是一個(gè)非常重要的研究?jī)?nèi)容。

一、“數(shù)字信號(hào)處理”課程簡(jiǎn)介及思政元素的提煉

國(guó)際上把1965年作為”數(shù)字信號(hào)處理”這一學(xué)科的開端。作為一門新興的學(xué)科，“數(shù)字信號(hào)處理”的發(fā)展非常迅速，目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在信息與通信工程、電路與系統(tǒng)、集成電路工程、生物醫(yī)學(xué)工程、物理電子學(xué)、導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制、遙感技術(shù)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)、水聲工程、電氣工程、動(dòng)力工程、航空工程以及環(huán)境工程等領(lǐng)域。

“數(shù)字信號(hào)處理”所涉及的內(nèi)容也非常廣泛。學(xué)習(xí)該課程需要具備一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和電路分析知識(shí)，所應(yīng)用的數(shù)學(xué)工具主要有微積分、高等數(shù)學(xué)、差分方程、級(jí)數(shù)、復(fù)變函數(shù)、線性代數(shù)和各種離散域變換方法（離散時(shí)間傅里葉變換DTFT，Z變換，離散傅里葉變換DFT，小波變換）等。教師除了會(huì)對(duì)差分方程作適當(dāng)講解外，一般直接引用相關(guān)結(jié)論，這就要求學(xué)生要有扎實(shí)的數(shù)學(xué)功底。另外，在運(yùn)用這些數(shù)學(xué)工具時(shí)，教師一般注重講解的是如何解決工程問(wèn)題，加強(qiáng)物理概念的解釋，讓學(xué)生把抽象的數(shù)學(xué)符號(hào)同實(shí)際物理現(xiàn)象結(jié)合起來(lái)，以便加深對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解。“數(shù)字信號(hào)處理”的理論基礎(chǔ)包括信號(hào)與系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等;其實(shí)現(xiàn)技術(shù)又包括計(jì)算機(jī)、DSP技術(shù)、專用集成電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)等方面。“數(shù)字信號(hào)處理”課程通過(guò)理論與實(shí)踐結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生能夠從數(shù)學(xué)概念、物理概念及工程概念去分析和解決”數(shù)字信號(hào)處理”方面工程問(wèn)題的能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程進(jìn)行創(chuàng)新性研究和解決復(fù)雜工程問(wèn)題奠定堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)、理論知識(shí)和工程實(shí)踐能力。

“數(shù)字信號(hào)處理”課程中蘊(yùn)含著豐富的課堂思政元素和思想品德教育題材，但由于工科專業(yè)課的特點(diǎn)，這些思政元素分布于各個(gè)章節(jié)的細(xì)微之處，如何提煉出這些思政元素需要極大的耐心與細(xì)心。教師在思政元素提煉實(shí)施的過(guò)程中可以結(jié)合“數(shù)字信號(hào)處理”課程中眾多的專業(yè)知識(shí)點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)，并通過(guò)以下原則來(lái)提煉思政元素。

1.培養(yǎng)學(xué)生具有社會(huì)主義核心價(jià)值觀是課程思政

總的綱領(lǐng)。“富強(qiáng)、民主、文明、和諧，自由、平等、公正、法治，愛國(guó)、敬業(yè)、誠(chéng)信、友善”這二十四個(gè)字是社會(huì)主義價(jià)值觀的核心內(nèi)容，是社會(huì)主義核心價(jià)值體系的內(nèi)核，體現(xiàn)社會(huì)主義核心價(jià)值體系的根本性質(zhì)和基本特征，反映社會(huì)主義核心價(jià)值體系的豐富內(nèi)涵和實(shí)踐要求，是社會(huì)主義核心價(jià)值體系的高度凝練和集中表達(dá)。在整個(gè)”數(shù)字信號(hào)處理”課程的教學(xué)任務(wù)中要貫穿始終。

第一，“數(shù)字信號(hào)處理”這一學(xué)科是新興學(xué)科，其隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷地發(fā)展完善，被應(yīng)用于各種現(xiàn)代化尖端領(lǐng)域，是直接實(shí)現(xiàn)“富強(qiáng)、民主、文明、和諧”這一國(guó)家層面核心價(jià)值觀的有力工具。比如“數(shù)字信號(hào)處理”學(xué)科可以充分服務(wù)于人工智能技術(shù)的發(fā)展，使得人工智能技術(shù)能更好地服務(wù)于交通、制藥、金融和法律等領(lǐng)域，可以促進(jìn)社會(huì)文明的發(fā)展，有利于國(guó)家對(duì)于“富強(qiáng)、民主、文明、和諧”這一核心目標(biāo)的實(shí)現(xiàn);現(xiàn)在通信中的5G技術(shù)也離不開”數(shù)字信號(hào)處理”，而5G技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛、車聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)和遠(yuǎn)程醫(yī)療等有重大意義，這些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ趯?shí)現(xiàn)我國(guó)社會(huì)的繁榮穩(wěn)定、提高人民的生活水平、維護(hù)社會(huì)的安定團(tuán)結(jié)都有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此，這一國(guó)家層面的核心價(jià)值觀思政內(nèi)容可以貫穿整個(gè)“數(shù)字信號(hào)處理”課程始終，尤其在概述、各章節(jié)引論、課程導(dǎo)課以及知識(shí)點(diǎn)的物理含義及現(xiàn)實(shí)應(yīng)用等方面穿插講解。

第二，“數(shù)字信號(hào)處理”難度較大，學(xué)生容易喪失學(xué)習(xí)興趣。為了保證學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師可以在講解復(fù)雜的數(shù)學(xué)工具（如傅里葉變換、狄利赫里條件、拉普拉斯變換等）時(shí)穿插講解涉及的科學(xué)家的故事（傅里葉的生平、傅里葉變換條件最終完善的故事、拉普拉斯的主要貢獻(xiàn)等），引導(dǎo)學(xué)生提高對(duì)“數(shù)字信號(hào)處理”課程的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)其熱愛科學(xué)的興趣，引導(dǎo)他們走上科學(xué)探索的道路;還可以在講解數(shù)學(xué)定理、公式和性質(zhì)的推導(dǎo)過(guò)程時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)思考問(wèn)題的方法。比如在傅里葉變換和Z變換中，每種變換都是有前提條件的，連續(xù)時(shí)間傅里葉變換需要滿足狄利赫里條件，離散時(shí)間傅里葉變換需要滿足序列絕對(duì)可和，只有滿足這些條件，時(shí)域信號(hào)才能用相應(yīng)的變換域來(lái)進(jìn)行分析，否則變換結(jié)果不成立，這就可以引申到所有事物的成立都需要有其前提條件，而民主和自由也必然是有其前提條件的，那就是熱愛祖國(guó)，熱愛人民，熱愛中國(guó)共產(chǎn)黨，失去了這樣的一個(gè)先決條件，無(wú)論再怎樣改頭換面地提出自由、平等、人權(quán)都是錯(cuò)誤的，因?yàn)檫@種結(jié)論沒有產(chǎn)生的基礎(chǔ)。

說(shuō)到底，“數(shù)字信號(hào)處理”是一門注重應(yīng)用的學(xué)科，教師在授課過(guò)程中必須結(jié)合科研前沿來(lái)講解具體知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，在這些前沿科技的講解中，可以加入在當(dāng)今西方國(guó)家對(duì)我國(guó)航天工業(yè)、芯片產(chǎn)業(yè)和深海潛海器技術(shù)的打壓和封鎖下，我國(guó)探月工程、天宮空間站、火星探測(cè)器“天問(wèn)一號(hào)”、量子計(jì)算機(jī)“九章”、華為5G通信技術(shù)和“蛟龍?zhí)枴钡纫廊蝗〉昧蓑溔顺煽?jī)，以此激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)熱情，引導(dǎo)他們能夠遵守“愛國(guó)、敬業(yè)、誠(chéng)信、友善”這一公民個(gè)人層面的價(jià)值準(zhǔn)則。

2.“立德樹人”是高校的立身之本，也是課程思政的根本任務(wù)。正所謂“身教勝于言教”，教師的一言一行對(duì)學(xué)生的影響是極其深遠(yuǎn)的。教師不僅要從知識(shí)點(diǎn)的講解上對(duì)學(xué)生進(jìn)行理論的介紹，還要通過(guò)介紹思考問(wèn)題的方式方法、學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律等對(duì)學(xué)生進(jìn)行隱形的思政教育。比如教師在講解求解差分方程時(shí)，可應(yīng)用傳統(tǒng)經(jīng)典求解，首先，通過(guò)特征方程求解特征根，得到齊次解及其待定系數(shù)，其次，求解特解，將有待定系數(shù)的特解代入原差分方程求得特解，最后，根據(jù)方程的初始條件來(lái)求出齊次解的待定系數(shù)，最終才能求得全解。而通過(guò)單邊Z變換，我們簡(jiǎn)單地把求解差分方程的問(wèn)題變成求解代數(shù)方程的問(wèn)題，直接就能得到系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)，再用逆Z變換就能得到對(duì)應(yīng)的時(shí)域解，這樣問(wèn)題就被簡(jiǎn)化了。教師在講解這些知識(shí)點(diǎn)時(shí)就可以引申說(shuō)明，當(dāng)某個(gè)問(wèn)題從一個(gè)角度很難分析解決或沒有辦法分析時(shí)，我們可以換個(gè)角度去看，這時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可能很容易解決，從這一思想出發(fā)就可以教會(huì)學(xué)生問(wèn)題轉(zhuǎn)換的思路，學(xué)會(huì)創(chuàng)新的思維方式。教師在講解信號(hào)分解和組合時(shí)，可通過(guò)把復(fù)雜信號(hào)在時(shí)域或頻域上分解成某類基本信號(hào)的線性加權(quán)組合的方式進(jìn)行分析和求解，因此就相當(dāng)于把復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化后再進(jìn)行分析和解決。這樣的思路可以教會(huì)學(xué)生處理復(fù)雜問(wèn)題的方法和手段，方便他們將來(lái)更好地立足社會(huì)，并提高其心理抗壓能力。在這樣的思政背景下，課堂上教師與學(xué)生之間的互動(dòng)和課下的師生課業(yè)問(wèn)題交流就會(huì)非常重要。通過(guò)廣泛和頻繁的交流，才能更好地進(jìn)行言教身教，達(dá)到立德樹人的目的。

3.課程思政的最終目標(biāo)是要把學(xué)生培養(yǎng)成中華民

族復(fù)興的接班人。中華民族創(chuàng)造了悠久的歷史和燦爛的文化，也是世界上唯一一個(gè)未間斷過(guò)的文明，我們深深地為我們國(guó)家輝煌的文化和歷史感到驕傲。但是在近代，我國(guó)無(wú)論是在經(jīng)濟(jì)上還是科學(xué)技術(shù)上都落后于西方新興資本主義國(guó)家。我們現(xiàn)在所學(xué)的科技知識(shí)中有很大一部分都是由西方科學(xué)家所發(fā)現(xiàn)和整理的，比如說(shuō)“數(shù)字信號(hào)處理”課程中必須用到的數(shù)學(xué)工具，如高等數(shù)學(xué)中的微積分、傅里葉變換、模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法等。授課教師要讓學(xué)生知道，科技的發(fā)展與國(guó)家民族的復(fù)興是息息相關(guān)的，西方科技中心的變更也證明了這一點(diǎn)，從文藝復(fù)興的意大利、法國(guó)，到工業(yè)革命后的英國(guó)、二戰(zhàn)前期的德國(guó)，再到現(xiàn)在的美國(guó)，一個(gè)國(guó)家越是繁榮富強(qiáng)，越能誕生更多的科學(xué)家，越能有更多的科學(xué)技術(shù)被發(fā)明和發(fā)現(xiàn)，越容易實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興。所以在介紹傅里葉和拉普拉斯等人生活的時(shí)代背景時(shí)，教師可以結(jié)合國(guó)家發(fā)展、民族復(fù)興這一主題來(lái)鼓勵(lì)學(xué)生奮發(fā)向上，以中華民族復(fù)興為己任，克服學(xué)習(xí)上的畏難情緒，努力學(xué)習(xí)，把人生目標(biāo)同國(guó)家民族復(fù)興的偉大目標(biāo)結(jié)合起來(lái)，以便在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)領(lǐng)先世界的理論方法。

二、“數(shù)字信號(hào)處理”課程思政的實(shí)施步驟

在思政元素被提煉出來(lái)以后，還要對(duì)課程思政的實(shí)施進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃，以便能夠達(dá)到預(yù)期的德育目標(biāo)。

1.在課程標(biāo)準(zhǔn)中融入思政元素。由于課程標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)定某一學(xué)科的課程性質(zhì)、課程目標(biāo)、內(nèi)容目標(biāo)以及實(shí)施建議的教學(xué)指導(dǎo)性文件。因此，在制定“數(shù)字信號(hào)處理”課程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)要加大對(duì)“數(shù)字信號(hào)處理”的基本理念、課程目標(biāo)、課程實(shí)施建議等部分中課程思政元素的比重[3]。這樣才能更好地指導(dǎo)教師在課程教學(xué)過(guò)程中始終貫穿愛國(guó)主義、集體主義和道德品質(zhì)等社會(huì)主義核心價(jià)值觀的教育，以立德樹人為出發(fā)點(diǎn)來(lái)培養(yǎng)電子信息類專業(yè)人才。

2.增強(qiáng)教師自身的政治素養(yǎng)。在課堂思政實(shí)施過(guò)程中，教師是處于核心地位的，既是課程思政的實(shí)施者，又是課程思政的設(shè)計(jì)者，這就要求教師必須轉(zhuǎn)變觀念，適應(yīng)新時(shí)期課程思政的要求，所以高校教師不光要有先進(jìn)的課堂設(shè)計(jì)水平，高超的授課經(jīng)驗(yàn)，還要有過(guò)硬的政治素質(zhì)，這樣才能實(shí)現(xiàn)課程思政的目標(biāo)。這就要求授課教師必須關(guān)心時(shí)事新聞，關(guān)心國(guó)際形式，同時(shí)加強(qiáng)自身的政治素養(yǎng)，通過(guò)學(xué)習(xí)政治理論武裝自己，堅(jiān)持政治學(xué)習(xí)常態(tài)化、標(biāo)準(zhǔn)化，這樣才能緊跟黨中央和國(guó)家的號(hào)召，為課程思政的實(shí)施打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

3.課堂講授要結(jié)合多媒體等電子技術(shù)手段。學(xué)生在聽課時(shí)，注意力更容易被圖片、動(dòng)畫等教學(xué)資料吸引，因此在課堂上，教師應(yīng)更多地引入一些歷史人物圖片、前沿科技演示動(dòng)畫等，讓學(xué)生把注意力集中到PPT上，這時(shí)再對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政元素的滲透效果會(huì)更好。

4.多渠道多手段建立健全線上線下思政教學(xué)混合

模式。隨著科技的發(fā)展，教學(xué)手段也越來(lái)越多樣化：翻轉(zhuǎn)課堂、對(duì)分課堂、新媒體教學(xué)電子通信工具（QQ、微信）和慕課資源等[4]。通過(guò)這些線上和線下教學(xué)手段的綜合運(yùn)用，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)和思想動(dòng)態(tài)，并通過(guò)及時(shí)的溝通和交流，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)通過(guò)和學(xué)生的交流、討論來(lái)達(dá)到思政元素的滲透和灌輸，以避免傳統(tǒng)的說(shuō)教式教育，使學(xué)生能夠自然地接受社會(huì)主義核心價(jià)值觀的熏陶，在潛移默化中達(dá)到立德樹人的目標(biāo)。

三、結(jié)語(yǔ)

“數(shù)字信號(hào)處理”課程是電子信息類專業(yè)的專業(yè)核心課程，本文主要討論了通過(guò)“數(shù)字信號(hào)處理”課程中的知識(shí)點(diǎn)來(lái)提煉思政元素的一些要點(diǎn)和實(shí)施的步驟，通過(guò)思政元素的提煉和實(shí)施來(lái)達(dá)到促進(jìn)學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)愛國(guó)熱情，最終達(dá)到立德樹人的目的。工科專業(yè)課程思政才剛剛起步，還有更多的思政要素、思政方法、思政手段需要我們探索和發(fā)掘，只有在更好地總結(jié)思政經(jīng)驗(yàn)后，才能夠培育出具有社會(huì)主義核心價(jià)值觀的接班人，才能夠培育出民族復(fù)興的新生力量。

參考文獻(xiàn)：

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