信号分析与处理实验课程思政教学改革实践*

苗桂君 姜大光 邱宪波

摘  要  分析当前课程思政建设状况及课程思政研究进展情况，构建“知识传授—能力培养—价值塑造”三位一体的信号分析与处理实验课程思政教学模式，探究新媒体技术应用于实验教学和课程思政的教学方式。实践证明：该实验教学模式在培养学生动手实践能力的同时，能有效发挥课程思政的育人价值。

关键词  课程思政；信号分析与处理实验；实验教学

中图分类号：G641    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）22-0112-04

0  引言

课程思政作为一种综合教育理念，以立德树人为教育的根本任务，以构建全员、全程、全方位育人格局的形式实现各类课程与思想政治理论课同向同行，推动教学工作与学校德育工作相互结合，形成协同育人效应。改革开放以来，党中央先后出台多个关于学校思想政治工作的文件，对思政课建设提出明确要求。习近平总书记也先后在多个教育教学重要会议上就高等教育改革发展和课程思政建设发表重要论述，强调课程思政建设的工作和方法[1-2]。

2020年，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》（以下简称《纲要》），进一步明确课程思政建设的目标要求和内容要点，提出要结合课程特点科学设计课程思政教学体系，对于公共基础课程、专业教育课程和实践类课程有针对性地给出课程思政教学目标。《纲要》还指出要推进现代信息技术在课程思政教学中的应用，努力拓展课程思政建设方法和途径[3]。

高校教师的80%是专业教师，课程的80%是专业课程，而实验实践教学是专业课程教学和培养工程技术人才的重要环节。要切实提高人才的全面素质和创新能力，必须强化实验实践教育。如何将课程思政与实验课程教学进行有机融入，通过课程思政提高实验课程的教学和人才培养质量，成为困扰所有高校实验教师的难题。

1  课程思政建设现状

当前，各大高校认真贯彻落实有关课程思政建设的会议精神，各专业的课程思政建设正在如火如荼地开展并取得显著成效。目前在中国知网上以“课程思政”为关键词可以检索到2.9万篇相关文章发表。图1列出过去六年（2016—2021年）中国知网每年发布的关于课程思政的文章数量，呈逐年递增趋势，仅2021年一年的文章发表量就达到1.4万篇之多。据教育部高等教育司统计：目前已经建设课程思政优秀课程1 400余门次，全国共建设10个课程思政资源库，如对外经贸大学组建的财经类、同济大学组建的交通运输类、华中农业大学组建的农林类、南京理工大学组建的军工类、南方医科大学组建的医药类课程思政联盟资源库等。各学科专业课程思政建设深入推进。

各大高校在文学、经济学、法学、教育学、理工学、农学、医学以及艺术学等专业课程中分别开展课程思政建设。曲金桥等[4]完成诊断学基础课程中的课程思政教学改革与实践，进行学生对课程思政的认识及相关问题的调查，调查结果表明：课程思政在提高学生学习兴趣的同时，对学生的世界观、人生观、价值观产生积极影响，课程思政与互联网及其他先进的教学平台与方法结合时能够增强教学效果。另外，部分高职院校、军校等也结合课程特点相继开展课程思政探索与实践。饶翚等[5]以数字信号处理课程为例，以实现为战育人的技能教育和立德树人的思政育人为目标，在增强学生的爱国爱军情怀的同时，练就过硬的军事本领。

2  信号分析与处理实验课程的定位与课程思政研究进展

信号分析与处理实验课程是北京化工大学信息科学与技术学院电子信息工程和通信工程专业信号类课程群单独开设的专业必修实验课，开设于大学三年级第一学期。本课程的教学目的是综合应用信号与系统、数字信号处理以及随机信号分析三门课程所学的关于信号分析与处理、系统分析与设计等方面的知识，应用MATLAB软件实现信号的仿真、变换、分析和处理以及系统的分析和设计等功能。实验课程按照信号分析与处理、系统分析与设计、信号处理综合应用三个层面展开，侧重培养学生综合利用信号处理的理论和技术解决实际问题的能力。

近年来，部分高校对数字信号处理、信号分析与处理等课程纷纷开展课程思政研究和探索，进行信号处理相关的思政元素挖掘和课程思政教学设

计[6]，并在思政融入点和融入方式上进行相关研究和探讨。例如：刘会衡[7]以数字信号处理课程为例，探讨线上线下混合式教学的课程思政建设内容和途径；郭俊美等[8]探索了信号分析与处理课程中的课程思政建设，强调在不破坏专业课原有独立性和特色的基础上适当融入思政元素。但研究大多限于理论课的课程思政探索与研究，缺乏具体的课程思政教学过程设计。况且，针对信号分析与处理实验课程尚未有专门的课程思政的研究与文章发表。而由于实践实验类课程与理论课程的教学目标、教学方法、教学手段的不同，导致课程思政的融入方法也不尽相同。因此，如何根据实践实验课程特点挖掘实验环节相关的课程思政元素，如何在实验课中有机融入课程思政，如何利用新媒体技术、网络教学等丰富实验课的课程思政教学手段，实现学生工程思维、探索精神、问题解决能力的培养，是实验教师亟待解决的问题。

3  实验课程思政设计思路与教学实践

3.1  课程思政设计思路

本实验课程的课程思政设计以《纲要》为指导，结合专业特点、信号分析与处理实验课程特色及不同教学环节的具体要求，积极了解学生的心理动态、思想困惑，将知识传授、能力培养和价值塑造三者融为一体，寓课程思政于知识传授、能力培养和价值塑造之中，构建图2所示“知识传授—能力培养—价值塑造”三位一体的课程思政教学模式。在实践课教学中，将思政之“盐”溶于专业课之“水”，实验与思政交融，专业与育人互促，在潜移默化中影响学生思想，实现育德、育人、育才的根本任务和目标。

遵循本课程的学习特点及规律，在学生掌握基础知识、编程技能、应用拓展的同时，培养他们独立的学习能力，并能将信号分析处理方法运用于解决实际工程问题，掌握信号分析与处理系统的建模方法，锻炼独立设计能力；培养学生的综合工程素养，为后续课程学习以及从事相关领域的工程技术和科学研究工作奠定基础；培养学生强烈的社会责任感，激发创新精神和爱国热情；培养学生抓住事物主要矛盾、多角度思考问题的能力，具备解决问题和分析问题的科学思维方式、严谨专注和精益求精的大国工匠精神；引导学生全方位地认识疫情防控，在个人与集体、国家与社会的关系中定位人生价值，树立爱国爱民、勇担责任的家国情怀。

3.2  实验教学中的思政元素挖掘

实验课的主要目的是让学生通过动手实验进一步巩固理论课堂中学到的基本理论知识，掌握基本的专业技能，在此基础上培养工程思维和系统设计能力。因此，实验课具有实践性、应用性较强的特点，在实验课教学中不仅需要充分挖掘应用层面的技术问题和技术现状，还需要激发学生的探究兴趣和社会责任感，提高学生的自主创新能力，切实肩负起实现中华民族伟大复兴的使命和重任。要想引入适时适度的思政元素，需要按照紧扣学生思想实际，贴近学生的年龄、心理和生活实际，紧跟时代步伐和当前社会热点等要求来选择德育结合点，确保不牵强、不枯燥，在激发学生学习兴趣的同时，实现春风化雨、润物无声的思政效果。

结合信号分析与处理实验课程的主要实验内容，本文挖掘相关思政元素，表1列出每个实验相关的实验内容（知识传授）、教学成效（能力培养）和思政元素融入点（价值引领）。下面以“数字滤波器的设计与滤波实验”为例，详细说明课程思政的切入点和实施路径。

国际知名计算机视觉科学家沈俊因为研究滤波器而闻名海内外，他提出的指数滤波器被国际学术界称为沈氏滤波器，并荣获美国IEEE计算机学会颁发的“傅京孙奖”。以此引入滤波器知识点，引导学生要有坚定的信心、顽强的毅力和勇于挑战的精神，利用科学创造人生，提高生命价值。结合学科前沿，以5G移动通信中使用的滤波器毫米波滤波器为例，引导学生在科技强国道路上要有一定的责任感和使命感，培养学生守正创新、自信自强和精益求精的大国工匠精神。在讲解数字滤波器的设计方法和实现方法时，通过中兴、华为的芯片制裁事件，培养学生强烈的社会责任感，激发学生的自主创新精神和爱国热情。在讲解数字滤波器的应用时，以核酸检测仪器中的滤波器为例，普及滤波器的应用知识：为降低高频噪声干扰并防止频谱混叠发生，在光电检测模块使用二阶有源滤波器；核酸扩增实时PCR曲线中含有大量噪声，通过设计合适的数字滤波器，实现PCR扩增曲线的平滑滤波处理。由于核酸检测仪器在新冠疫情防控中发挥了重要作用，目前新冠疫情防控仍处于关键阶段，引导学生全方位地认识疫情防控，深入理解党“为中国人民谋幸福，为中华民族谋复兴”的初心使命，引导学生在个人与集体、国家与社会的关系中定位人生价值，树立爱国爱民、勇担责任的家国情怀。

3.3  课程思政教学实践

实验课教学与理论课教学不同，少部分时间用于讲解实验目标、实验内容及要求，大部分时间用于学生动手练习和操作，教师针对实验过程中遇到的问题进行及时指导。所以，如何将课程思政潜移默化地引入实验课教学过程具有很大挑战性。伴随着新媒体技术和网络教学与教育教学的融合发展，新媒体技术和网络教学在提升课堂教学效率和质量上发挥了重要作用，故本文将新媒体技术和网络教学作为实验课有机融入课程思政的关键教学手段，探究新媒体技术应用于实验教学和课程思政行之有效的教学方式。

3.3.1  基于微信公众号的课程思政教学新模式

依赖新形势下大学生信息获取的主要工具——微信，开发以信号分析与处理实验课程为基础的微信公众号，利用微信公众号、班级企业微信群等新媒体手段，开展信号分析与处理实验课程的基础教学及课程思政教学。该模式具有技术上创新、形式上新颖、理念上先进的特点，可以有效延伸思政教学的时间和空间，增强该门课程思政教学的针对性、时效性，提升课程的吸引力和感染力。

3.3.2  数字化线上线下混合教学模式

改革传统实验教学模式，将实验相关的PPT、思政微课、仿真演示、作业题目等资料上传到北化在线平台，基于在线平台采用数字化线上线下混合教学模式。实验课程如果只讲解编程技巧和实验仿真，会比较枯燥，而将丰富的图形、动画引入实验教学中，将课程思政用灵活多样的教学方法加以融合呈现，既能提高学生的学习兴趣，又能增强教学效果。同时，将纷繁的信号形态用多样的图形及动画来展示，形象直观地引申出不同的人生哲理和生活感悟，可以在实现知识传承的同时增强课程思政的德育效果。

3.3.3  精心设计教学环节、创新教学方法  教学方法主要采用案例启发式教学、线上线下高效互动、实践体验式教学、线上大作业助力课程思政等相结合的方式。

1）案例启发式教学。实验内容深入浅出，以问题驱动内容。如以科学家沈俊的故事及5G移动通信中使用的滤波器为例，作为“数字滤波器的设计与滤波”实验的引入点，促使学生积极思考，引发学生学习兴趣，再提出解决方案。通过实例启发式教学方法，增加实验课堂的趣味性，增强学习效果。

2）线上线下高效互动。应用北化在线辅助教学平台和微信公众号，实现教师与学生之间线上线下的高效互动。课前阶段，集合本次课程授课内容，从资源库中提取匹配内容，通过微信公众号、企业微信课程群等网络平台，推送历史人文、社会热点、科技前沿等融合知识性、趣味性、启发性的小文章。如推送5G、北斗等我国具有自主知识产权的数字化新技术的相关介绍视频，并通过问卷星设置课前预习测试题目，引导学生重点预习，有助于教师把握难点，在线下实验课中进行重点讲解。

3）实践体验式教学。如在“数字滤波器的设计与滤波”实验中，让学生根据题目要求独立设计滤波器，使用filter函数实现复杂信号的滤波。使用计算机录入一段自己的语音信号，使用FFT进行频谱分析，并分别设计线性相位FIR低通和高通滤波器，使用该FIR数字滤波器对语音信号进行滤波，使用sound函数播放滤波前后的信号，对比分析滤波效果。

4）线上大作业助力课程思政。在每次实验教学的最后，教师结合课程内容巧妙设计思政大作业，布置如以“谈谈你对5G建设成为我国国家战略的理解”为题的线上课程思政作业、讨论，让学生结合课程所学知识点进行深入思考，谈感想、悟人生，潜移默化地进行思政教育。

4  结束语

本文在分析课程思政建设现状的基础上，针对信号分析与处理实验课程思政教学模式，提出科学的课程设计思路、教学实践与改革举措。实践证明：课程思政和新媒体技术、在线教学的结合，可以有效提高实验课的教学效率和质量，很好地发挥专业课的育人功能，有效促进专业课与课程思政的协同育人发展，对其他实验课程的课程思政融合教学具有参考价值。

参考文献

[1] 中共教育部党组关于学习贯彻落实全国高校思想政治工作会议精神的通知[A/OL].（2016-12-13）[2022-06-20].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A13/moe_772/201612/t20161223_292849.html.

[2] 教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见[A/OL].（2019-09-29）[2022-06-20].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/ t20191011_402759.html.

[3] 教育部关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知[A/OL].（2020-06-05）[2022-06-20].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

[4] 曲金桥，倪菲，辛华，等.基于课程思政教育教学理念在诊断学基础教学中的初步探索[J].中国中医药现代远程教育，2022，20（3）：40-42.

[5] 饶翚，袁俊泉，刘振，等.数字信号处理课程思政设计的探索与实践[J].空军预警学院学报，2021，35（3）：225-227，231.

[6] 黄琼丹，卢光跃，陈怡君.理工科“课程思政”教学方法研究[J].教书育人（高教论坛），2019（9）：101-103.

[7] 刘会衡.数字信号处理混合式教学中的课程思政[J].福建电脑，2021，37（7）：124-127.

[8] 郭俊美，刘海英，汪宁，等.《信号分析与处理》课程中的思政教学探索[J].产业与科技论坛，2021，20（24）：107-108.

*项目来源：国家自然科学基金“带核酸提取的一体化对流CPCR微流控核酸诊断方法研究”（基金编号：81871505）。

作者：苗桂君，通信作者，北京化工大学信息科学与技术学院，实验师，研究方向为计算机技术及应用、信号分析与处理；姜大光，北京化工大学信息科学与技术学院，高级工程师，研究方向为Python程序设计；邱宪波，北京化工大学信息科学与技术学院，教授，研究方向为智能检测技术、微流控芯片系统与装置（100029）。