“数字信号处理”课程思政元素提炼与实施的探索

张宏炜　张琳　赵志信

摘    要：文章探讨了“数字信号处理”课程在课堂教学中思政元素的提炼，挖掘了“数字信号处理”课程中的思政要素并与其专业内容有机结合，力求激发学生学习专业课的兴趣，发挥对其人生观、价值观和世界观建设的引领作用。

关键词：专业课程;“数字信号处理”;思政元素;教学改革

中图分类号：G642          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2022）02-0061-03

习近平总书记指出，我们的高校是党领导下的高校，是中国特色社会主义高校。办好我们的高校，必须坚持以马克思主义为指导，全面贯彻党的教育方针。要坚持不懈传播马克思主义科学理论，抓好马克思主义理论教育，为学生一生成长奠定科学的思想基础，要坚持不懈培育和弘扬社会主义核心价值观，引导广大师生做社会主义核心价值观的坚定信仰者、积极传播者、模范践行者，要坚持不懈促进高校和谐稳定，培育理性平和的健康心态，加强人文关怀和心理疏导，把高校建设成为安定团结的模范之地[1]。

从习近平总书记的讲话可以看出，课程思政必须以“立德树人”作为出发点，以培养具有社会主义核心价值观的社会主义事业建设者和接班人为核心，以实现民族复兴的理想为目标。“数字信号处理”课程是面向所有电子信息类本科专业学生开设的专业课。由于该课程涉及的数学知识比较多，各个知识点之间关联度比较大，因此学生学习该课程难度较大。如果教师没有较高的理论知识水平和丰富的教学经验，将很难使学生保持高度的学习兴趣和课堂专注度[2]。由于电子产品的普及，导致部分学生在课堂上玩手机。如果由于学生玩手机导致部分课堂讲解内容没有听到或个别重要的知识点没有听懂，则后续课程就会很难听懂，而且学生越不理解就越不爱听讲，最终放弃课堂听讲。因此，如何引入课程思政元素以吸引学生的注意力，培养他们的学习兴趣，强化其学习的内在主动性，帮助他们树立正确的人生观、价值观、世界观以提高”数字信号处理”课程的教学质量是一个非常重要的研究内容。

一、“数字信号处理”课程简介及思政元素的提炼

国际上把1965年作为”数字信号处理”这一学科的开端。作为一门新兴的学科，“数字信号处理”的发展非常迅速，目前已经广泛地应用在信息与通信工程、电路与系统、集成电路工程、生物医学工程、物理电子学、导航、制导与控制、遥感技术、电磁场与微波技术、水声工程、电气工程、动力工程、航空工程以及环境工程等领域。

“数字信号处理”所涉及的内容也非常广泛。学习该课程需要具备一定的数学基础和电路分析知识，所应用的数学工具主要有微积分、高等数学、差分方程、级数、复变函数、线性代数和各种离散域变换方法（离散时间傅里叶变换DTFT，Z变换，离散傅里叶变换DFT，小波变换）等。教師除了会对差分方程作适当讲解外，一般直接引用相关结论，这就要求学生要有扎实的数学功底。另外，在运用这些数学工具时，教师一般注重讲解的是如何解决工程问题，加强物理概念的解释，让学生把抽象的数学符号同实际物理现象结合起来，以便加深对各个知识点的理解。“数字信号处理”的理论基础包括信号与系统、网络理论、神经网络等;其实现技术又包括计算机、DSP技术、专用集成电路设计和程序设计等方面。“数字信号处理”课程通过理论与实践结合，培养学生能够从数学概念、物理概念及工程概念去分析和解决”数字信号处理”方面工程问题的能力，为学习后续专业课程进行创新性研究和解决复杂工程问题奠定坚实的专业基础、理论知识和工程实践能力。

“数字信号处理”课程中蕴含着丰富的课堂思政元素和思想品德教育题材，但由于工科专业课的特点，这些思政元素分布于各个章节的细微之处，如何提炼出这些思政元素需要极大的耐心与细心。教师在思政元素提炼实施的过程中可以结合“数字信号处理”课程中众多的专业知识点和教学目标，并通过以下原则来提炼思政元素。

1.培养学生具有社会主义核心价值观是课程思政

总的纲领。“富强、民主、文明、和谐，自由、平等、公正、法治，爱国、敬业、诚信、友善”这二十四个字是社会主义价值观的核心内容，是社会主义核心价值体系的内核，体现社会主义核心价值体系的根本性质和基本特征，反映社会主义核心价值体系的丰富内涵和实践要求，是社会主义核心价值体系的高度凝练和集中表达。在整个”数字信号处理”课程的教学任务中要贯穿始终。

第一，“数字信号处理”这一学科是新兴学科，其随着计算机技术的发展而不断地发展完善，被应用于各种现代化尖端领域，是直接实现“富强、民主、文明、和谐”这一国家层面核心价值观的有力工具。比如“数字信号处理”学科可以充分服务于人工智能技术的发展，使得人工智能技术能更好地服务于交通、制药、金融和法律等领域，可以促进社会文明的发展，有利于国家对于“富强、民主、文明、和谐”这一核心目标的实现;现在通信中的5G技术也离不开”数字信号处理”，而5G技术对于实现无人驾驶、车联网、智能电网和远程医疗等有重大意义，这些应用领域对于实现我国社会的繁荣稳定、提高人民的生活水平、维护社会的安定团结都有非常重要的现实意义。因此，这一国家层面的核心价值观思政内容可以贯穿整个“数字信号处理”课程始终，尤其在概述、各章节引论、课程导课以及知识点的物理含义及现实应用等方面穿插讲解。

第二，“数字信号处理”难度较大，学生容易丧失学习兴趣。为了保证学生的学习兴趣，教师可以在讲解复杂的数学工具（如傅里叶变换、狄利赫里条件、拉普拉斯变换等）时穿插讲解涉及的科学家的故事（傅里叶的生平、傅里叶变换条件最终完善的故事、拉普拉斯的主要贡献等），引导学生提高对“数字信号处理”课程的学习热情，激发其热爱科学的兴趣，引导他们走上科学探索的道路;还可以在讲解数学定理、公式和性质的推导过程时，引导学生学会科学思考问题的方法。比如在傅里叶变换和Z变换中，每种变换都是有前提条件的，连续时间傅里叶变换需要满足狄利赫里条件，离散时间傅里叶变换需要满足序列绝对可和，只有满足这些条件，时域信号才能用相应的变换域来进行分析，否则变换结果不成立，这就可以引申到所有事物的成立都需要有其前提条件，而民主和自由也必然是有其前提条件的，那就是热爱祖国，热爱人民，热爱中国共产党，失去了这样的一个先决条件，无论再怎样改头换面地提出自由、平等、人权都是错误的，因为这种结论没有产生的基础。

说到底，“数字信号处理”是一门注重应用的学科，教师在授课过程中必须结合科研前沿来讲解具体知识点的应用，在这些前沿科技的讲解中，可以加入在当今西方国家对我国航天工业、芯片产业和深海潜海器技术的打压和封锁下，我国探月工程、天宫空间站、火星探测器“天问一号”、量子计算机“九章”、华为5G通信技术和“蛟龙号”等依然取得了骄人成绩，以此激发学生的爱国热情，引导他们能够遵守“爱国、敬业、诚信、友善”这一公民个人层面的价值准则。

2.“立德树人”是高校的立身之本，也是课程思政的根本任务。正所谓“身教胜于言教”，教师的一言一行對学生的影响是极其深远的。教师不仅要从知识点的讲解上对学生进行理论的介绍，还要通过介绍思考问题的方式方法、学习的客观规律等对学生进行隐形的思政教育。比如教师在讲解求解差分方程时，可应用传统经典求解，首先，通过特征方程求解特征根，得到齐次解及其待定系数，其次，求解特解，将有待定系数的特解代入原差分方程求得特解，最后，根据方程的初始条件来求出齐次解的待定系数，最终才能求得全解。而通过单边Z变换，我们简单地把求解差分方程的问题变成求解代数方程的问题，直接就能得到系统的零输入响应、零状态响应和全响应，再用逆Z变换就能得到对应的时域解，这样问题就被简化了。教师在讲解这些知识点时就可以引申说明，当某个问题从一个角度很难分析解决或没有办法分析时，我们可以换个角度去看，这时就会发现问题可能很容易解决，从这一思想出发就可以教会学生问题转换的思路，学会创新的思维方式。教师在讲解信号分解和组合时，可通过把复杂信号在时域或频域上分解成某类基本信号的线性加权组合的方式进行分析和求解，因此就相当于把复杂问题进行简化后再进行分析和解决。这样的思路可以教会学生处理复杂问题的方法和手段，方便他们将来更好地立足社会，并提高其心理抗压能力。在这样的思政背景下，课堂上教师与学生之间的互动和课下的师生课业问题交流就会非常重要。通过广泛和频繁的交流，才能更好地进行言教身教，达到立德树人的目的。

3.课程思政的最终目标是要把学生培养成中华民

族复兴的接班人。中华民族创造了悠久的历史和灿烂的文化，也是世界上唯一一个未间断过的文明，我们深深地为我们国家辉煌的文化和历史感到骄傲。但是在近代，我国无论是在经济上还是科学技术上都落后于西方新兴资本主义国家。我们现在所学的科技知识中有很大一部分都是由西方科学家所发现和整理的，比如说“数字信号处理”课程中必须用到的数学工具，如高等数学中的微积分、傅里叶变换、模拟滤波器的设计方法等。授课教师要让学生知道，科技的发展与国家民族的复兴是息息相关的，西方科技中心的变更也证明了这一点，从文艺复兴的意大利、法国，到工业革命后的英国、二战前期的德国，再到现在的美国，一个国家越是繁荣富强，越能诞生更多的科学家，越能有更多的科学技术被发明和发现，越容易实现民族复兴。所以在介绍傅里叶和拉普拉斯等人生活的时代背景时，教师可以结合国家发展、民族复兴这一主题来鼓励学生奋发向上，以中华民族复兴为己任，克服学习上的畏难情绪，努力学习，把人生目标同国家民族复兴的伟大目标结合起来，以便在数字信号处理领域发现领先世界的理论方法。

二、“数字信号处理”课程思政的实施步骤

在思政元素被提炼出来以后，还要对课程思政的实施进行详细的规划，以便能够达到预期的德育目标。

1.在课程标准中融入思政元素。由于课程标准是规定某一学科的课程性质、课程目标、内容目标以及实施建议的教学指导性文件。因此，在制定“数字信号处理”课程标准时要加大对“数字信号处理”的基本理念、课程目标、课程实施建议等部分中课程思政元素的比重[3]。这样才能更好地指导教师在课程教学过程中始终贯穿爱国主义、集体主义和道德品质等社会主义核心价值观的教育，以立德树人为出发点来培养电子信息类专业人才。

2.增强教师自身的政治素养。在课堂思政实施过程中，教师是处于核心地位的，既是课程思政的实施者，又是课程思政的设计者，这就要求教师必须转变观念，适应新时期课程思政的要求，所以高校教师不光要有先进的课堂设计水平，高超的授课经验，还要有过硬的政治素质，这样才能实现课程思政的目标。这就要求授课教师必须关心时事新闻，关心国际形式，同时加强自身的政治素养，通过学习政治理论武装自己，坚持政治学习常态化、标准化，这样才能紧跟党中央和国家的号召，为课程思政的实施打下坚实的理论基础。

3.课堂讲授要结合多媒体等电子技术手段。学生在听课时，注意力更容易被图片、动画等教学资料吸引，因此在课堂上，教师应更多地引入一些历史人物图片、前沿科技演示动画等，让学生把注意力集中到PPT上，这时再对学生进行思政元素的渗透效果会更好。

4.多渠道多手段建立健全线上线下思政教学混合

模式。随着科技的发展，教学手段也越来越多样化：翻转课堂、对分课堂、新媒体教学电子通信工具（QQ、微信）和慕课资源等[4]。通过这些线上和线下教学手段的综合运用，可以及时发现学生的学习动态和思想动态，并通过及时的沟通和交流，保证学生的学习积极性，激发学生的学习热情，同时通过和学生的交流、讨论来达到思政元素的渗透和灌输，以避免传统的说教式教育，使学生能够自然地接受社会主义核心价值观的熏陶，在潜移默化中达到立德树人的目标。

三、结语

“数字信号处理”课程是电子信息类专业的专业核心课程，本文主要讨论了通过“数字信号处理”课程中的知识点来提炼思政元素的一些要点和实施的步骤，通过思政元素的提炼和实施来达到促进学生提高学习兴趣，激发爱国热情，最终达到立德树人的目的。工科专业课程思政才刚刚起步，还有更多的思政要素、思政方法、思政手段需要我们探索和发掘，只有在更好地总结思政经验后，才能够培育出具有社会主义核心价值观的接班人，才能够培育出民族复兴的新生力量。

参考文献：

[1]习近平.把思想政治工作贯穿教育教学全过程开创我国高等教育事业发展新局面[N].人民日报，2016-12-09（1）.

[2]殷世民，李定样，方成，等.课堂思政提高”数字信号处理”课程教学质量的研究[J].科教导刊（中旬刊），2020（3）.

[3]张宁，窦艳芳，肖雪，等.数字信号处理课程引入课程思政的方法探索与实践——以佳木斯大学为例[J].佳木斯大学社会科学学报，2020（4）.

[4]李琳娜，黄琼丹，陈怡君.基于微信公众号的课程思政新媒体教学——以数字信号处理课程为例[J].陕西教育（高教），2019（11）.

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