《數字信號處理》課程思政教育的研究與實踐

伍永峰　賴永菁

【摘要】? ? 本文全面分析了《數字信號處理》課程思政教育存在的問題，應用具體的教學案例，說明實際教學中如何更好地將課程思政、專業教學深度融合與匹配互動，把握課程思政與專業課教學的融合點、融合載體、融合方法，使課程思政與專業教學無縫對接、有機結合，開展符合課程實際和專業特點的課程思政教育，培養更加適合新時代、新工科人才培養目標要求的既有專業素養，又有家國情懷、強烈的社會責任感、美好道德情操、深厚人文底蘊的社會主義建設者和接班人。

【關鍵詞】? ? 課程思政? ? 數字信號處理? ? 新工科 教學實踐? ? 數字濾波器? ? 窗函數 OBE

引言：

《數字信號處理》是電子信息工程、通信工程等10多個專業開設的專業必修課/核心課/學位課，課程的總體培養目標：以立德樹人為根本，課程立足于電子信息領域高素質人才培養，發揮實踐需求引領、工程特色鮮明的優勢，以學生為中心，以“學”為核心，以工程實踐能力的提升為目標，線上線下結合，通過理論課的學習，培養理論分析能力;通過實驗課的學習對學生進行系統的工程項目訓練，培養學生的工程素養與工程研究能力;通過解決行業的實際問題，提高工程應用能力;通過開放性實驗，培養學生的創新理念與創新精神。

認真研究本學科特點與課程思政資源，將思政教育、專業課教學與實驗課教學深度融合與匹配互動，使學生樹立正確的人生觀、世界觀與價值觀，努力實現知識與能力、創新與創業、理論與實踐、科學性與價值性的辯證統一，鑄就學生的科學精神、工匠精神與愛國主義情懷。

一、存在的問題

課程思政作為高等教育的重要環節，是立德樹人的關鍵舉措[1]。全國高等教育課程在如火如荼地進行課程思政化的探討與改革，但存在的問題也比較突出，主要體現在：

1.對課程思政的目的、意義、重要性的認識不足[2]。很多高校教師認為專業課教師只要講好專業課足矣，思政相關的內容應該由思政課老師講授，使課程思政教育流于“表面化”，未取得應有的成效。

2.專業課教師課程思政育人的能力需要進一步提升[3]。對課程思政元素的挖掘不到位，進行課程思政教學所需的相關的知識和信息積累不足，對融合點、融合載體和融合方法的研究不足，思政教育與專業課教學融合時存在“硬融入”，顯得直白突兀，缺少課程思政教育的教學設計，教學效果不佳。

二、《數字信號處理》課程思政教育的總體目標

《數字信號處理》課程思政與電子信息工程專業開設的其它專業課的課程思政內容具有統一性，又有自身的個體性，把握的方向是立德樹人為根本，為黨育人、為國育才[5];要深刻認識到課程思政影響甚至決定著接班人問題、國家長治久安、民族復興和國家崛起。是高等教育中的“應有之義，必備內容，至關重要，必須做好”。概括起來就是：堅定學生的理想信念，大力弘揚中華民族的優秀傳統文化與傳統美德，使學生樹立愛黨、愛國、愛社會主義、愛人民、愛集體的深厚情感;培養學生的規矩意識，自覺遵紀守法、遵守職業道德;強化科學倫理、工程倫理教育，樹立科學精神與工匠精神[6]。

三、《數字信號處理》課程思政教學實踐

（一）課程思政與專業課教學的融合方法

1.熱點時事融合

主要通過講時事、熱點問題、經典案例融合，是最直接、最易講、也是最容易為學生接受的方式，適合各個思政目標點的融入。大力弘揚中華民族的優秀傳統文化和優秀傳統美德，培養學生樹立愛黨、愛國、愛社會主義、愛人民、愛集體的深厚情感。

2.工程項目及產品融合

通過對某一個工程項目或產品的不斷改進過程與結果的講解，融入科學精神的求實精神、探索精神、創新精神等。

3.程序融合

在講解各種計算機程序時，將規矩意識，科學精神、工匠精神融入專業課教學。比如講述C語言的循環結構時，由while、do-whil和for語句培養學生持之以恒、百折不撓、不斷打磨專業能力的工匠精神。

4.社會實踐融合

社會實踐由多種多樣的實踐活動，主要有環保類、科普類、愛心類、成長類、勵志類、支教類、普法類。依據不同的社會實踐類型選擇切入不同的課程思政點融入。如環保類，可以引入“綠水青山就是金山銀山”，進一步引申出愛黨、愛國、愛社會主義、愛人民、愛集體;通過普法教育類可以引出規矩意識，遵紀守法、遵守職業道德的等，依據不同類型、不同場景開展不同的思政教育。

實現課程思政與專業課教學的無縫連接與有機結合，一方面要求教師熟悉教學大綱、精通教學內容、采用恰當的教學方法，另一方面又要求教師研究課程思政目標、對各個思政元素的內涵有精準的理解，才能開展有效的課程思政教育，專業不精通的課程思政教育是無根之木、無源之水的思政;思政目標與思政元素內涵理解不通透的思政是表面化的思政、蒼白的思政、“硬融入”的思政，不但起不到思政教育應有的效能，還會造成學生的逆反思維，引起不良的教學效果。

下面以“窗函數法設計FIR數字濾波器”這一教學案例說明如何根據課程及所講授內容的特點把握課程思政與專業課教學的融合點、找到合適的融合載體、采用正確的融合方法實現課程思政與專業課教學的融合。

（二）教學案例

1.復習提問，引入新課

（1）教師提出問題進行討論，并就討論情況由教師歸納、總結，引入新課。

1）總結并討論第七章第一節中學習過的線性相位FIR數字濾波器的特點與線性相位條件。

2）給出事先準備的IIR數字濾波器設計的MATLAB程序，引導學生分析總結：IIR數字濾波器的設計思路、設計方法、MATLAB工具箱函數的調用方法、程序設計等，最后教師總結并引入FIR數字濾波器的設計方法的特點及本節課內容。

（2）課程思政

熱點時事融合：通過講解熱點時事、我國重大科技成果引入課程思政教育，在講透這些案例的基礎上，培養學生樹立愛黨、愛國、愛國主義的情懷，樹立為中華民族偉大復興事業獻身精神與理想。

2.新課教學

（1）窗函數法設計原理

采用講授法講解窗函數法設計FIR濾波器的設計原理。

（2）加窗截斷對FIR濾波器性能的影響

采用直觀演示法與講授法分析吉布斯（Gibbs）效應以及吉布斯效應產生的原因。

（3）選擇不同的窗函數減少吉布斯效應

1）專業課教學

①窗典型窗函數介紹（略）。

②選擇不同的窗函數對FIR數字濾波器性能的影響。

采用直觀演示、講授法、任務驅動法講解構造不同的窗函數對濾波器性能的影響。

分別從幾種典型的窗函數的時域表達式、幅度特性函數說明不同的窗函數的時域與頻域特性;通過展示六種典型窗函數時域波形、幅頻特性曲線，以及技術指標相同的條件下，應用不同的窗函數設計出的FIR數字濾波器的單位脈沖響應、濾波器的幅頻特性曲線，學生觀察、教師詳細分析說明構造不同的窗函數對濾波器性能的影響。

窗函數不同，濾波器的階數N不同;

不同的窗函數對阻帶的衰減不同，所設計出的濾波器的過渡帶帶寬也不同，因此構造不同的窗函數可以有效減小吉布斯效應，改善所涉及的濾波器的通帶、阻帶及過渡帶的特性;

各種教材種都只給出了矩形窗、三角窗、漢寧窗、哈明窗、布萊克曼窗和凱塞窗函數，隨著數字信號處理的不斷發展，學者們提出的窗函數已多達幾十種，MATLAB信號處理工具箱提供了14種窗函數的產生函數工我們調用。

2）課程思政

類比融合：隨著數字信號處理的發展，學者們提出的窗函數已多達幾十種，通過多種窗函數的不斷發展融入科學精神的創新精神?？茖W精神倡導創新思維和開拓精神，科學精神的本質要求是開拓創新?？茖W領域之所以不斷有新發明、新發現、新創意、新開拓，之所以充滿著生機和活力，就在于不斷更新觀念，大膽改革創新。

3.演示程序，分析比較結果

本問題采用任務驅動法、探究教學法，在例題講解討論完畢后提出問題，引入課程思政。

【例1】窗函數法設計低通FIR數字濾波器

1.專業教學

講解設計低通FIR數字濾波器的性能指標，首先采用哈明窗設計一個低通濾波器，給出MATLAB程序，運行程序后分析所設計的濾波器是否滿足性能指標要求。

用凱塞窗設計相同性能指標的低通FIR數字濾波器，講解程序。

程序運行完畢后，由學生討論、歸納出凱塞窗與哈明窗設計數字濾波器程序代碼的不同點，階數N、性能指標的不同點。

2課程思政

案例融合：通過本問題的討論與分析融入科學精神的探索精神，研究對象永無止境，科學永無止境，科學探索永無止境，思想解放亦永無止境?？茖W的最基本態度之一就是探索，科學的最基本精神之一就是批判。實踐、認識、再實踐、再認識，不斷探索真理、不斷追求真理、不斷堅持真理。

【例2】FIR濾波器設計及應用實例

1.專業教學

信號去噪聲：請設計低通濾波器，從高頻噪聲中提取xt中的單頻調幅信號，要求信號幅頻失真小于0.1 dB，將噪聲頻譜衰減60 dB。觀察x（t）的頻譜，確定濾波器指標參數。信號的時域波形和頻譜如圖1所示。采用任務驅動法、探究教學法。

本例中要求用窗函數法設計低通濾波器觀察波，信號濾波后的頻譜與時域波形。提出問題：FIR數字濾波器有三種設計方法：窗函數法、頻率采樣法和等波紋逼近法，課后先預習后兩種方法，并完成本例濾波器的設計，然后比較設計結果。

2.課程思政

數字信號處理是一門工程實踐特色非常鮮明的專業基礎課，要求具備較高的實踐動手能力，必須通過大量的上機實驗來鞏固和驗證所學理論知識，并且要求能夠舉一反三，綜合運用所學知識來解決工程實踐問題，真正地做到“從工程實踐中來，到工程實踐中去”。

工程項目融合：通過本例的分析融入工匠精神。

（1）全心的敬業精神：工匠精神最根本的因素就是愛崗敬業。敬業精神是中國人的傳統美德，也是社會主義核心價值觀的基本要求之一。

（2）嚴謹的工作態度：嚴謹指的是工作態度細致入微、一絲不茍，不惜花費時間精力，孜孜不倦、精益求精，追求完美和極致的職業品質。

（3）超強的工作能力：要求職業者具有充滿激情，全心投入，盡心工作，敢于擔當。

（4）大膽的創新意識：工匠精神所要求的大膽的創新意識，就是職業者要保持好奇的心態，善于發現問題、提出問題、分析問題、解決問題，有工作熱情，敢質疑，不斷探索，意志頑強，面對困難，克服困難。

四、結束語

專業課教師在課程思政中，要依據課程的知識目標、素質目標、技能目標的要求，認真研究課程思政目標與課程蘊含的思政資源，找準思政教育的融合點、選擇合適的融合載體、采用正確的融合方法，使思政教育、專業課教育、實驗教學實現有效融合，才能取得滿意的教學效果。

參? 考? 文? 獻

[1] 吳寶海，沈揚，徐冉.高校新工科課程思政建設的探索與實踐[J].學校黨建與思想教育. 2020，（21）：61-62+65.

[2] 強根榮，施仁信，王海濱，楊振平，王紅.有機化學實驗教學中融入思政教育的研究與實踐[J].實驗技術與管理.， 2021， （04）：243-246.

[3] 欒聲越，李慶華，崔國紅. 新時代思政課程教育探索——評《新時代高職院校工科專業課程思政教育探索》，[J].教育發展研究2020，40（21）：2.

[4] 張旭茗.新工科背景下材料實驗課思政教學模式——評《材料力學實驗教程》[J].中國科技論文， 2020，15（02）：257.

[5] 曹柳星，賀曦鳴，竇吉芳. 新工科”視角下的“課程思政”實踐——面向理工科專業本科生的主題式通識寫作課設計[J]. 高等工程教育研究， 2021，（01）：24-30.

[6] 胡軍，于澮.理工科專業課程思政教學模式探析——以“網絡化系統控制理論”課程為例[J].思想政治教育研究， 2021，37（04）：107-110.

[7] 岳宏杰.高校專業課教師課程思政能力建設研究[J].現代教育管理， 2021，（11）：66-71.