康長青，朱麗娟，胡春陽，寧彬，王敏，鄭毅

摘要：專業(yè)課課程思政是當(dāng)前高校全面課程思政建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提出了以科學(xué)精神為主線的信號與系統(tǒng)課程思政建設(shè)思路。首先闡述了科學(xué)精神的內(nèi)涵和專業(yè)課課程思政的總體思路，然后詳細(xì)介紹了利用教師師德和個人魅力、科學(xué)家案例、科研進(jìn)展、科學(xué)家的成才經(jīng)歷，學(xué)科原理、教學(xué)模式、實驗實踐項目和科研課堂進(jìn)行思政融入的具體做法，最后說明了課程思政的改革效果。

關(guān)鍵詞：課程思政；科學(xué)精神；信號與系統(tǒng)；科學(xué)家案例；科研進(jìn)展；科研課堂

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）35-0131-04

《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)新形勢下高校思想政治工作的意見》要求高校要全員育人、全程育人、全方位育人[1]。教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》要求各個高校要全面推進(jìn)課程思政建設(shè)，把課程思政從工作要求轉(zhuǎn)化為政策實施表和行進(jìn)路線圖[2]。專業(yè)課程在專業(yè)人才培養(yǎng)方案中課時占比高，需要學(xué)生花費的學(xué)時長，不僅是課程思政建設(shè)的主要載體，更是全面課程思政建設(shè)能否取得實效的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

《信號與系統(tǒng)》課程是電子類和計算機(jī)類專業(yè)本科生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程以高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、模擬電路等課程為基礎(chǔ)，是通信原理、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理，傳感器原理等后續(xù)課程的重要基礎(chǔ)課，在專業(yè)培養(yǎng)計劃中起著承上啟下的關(guān)鍵作用，更是不少電類專業(yè)的考研課程。雖然有關(guān)信號與系統(tǒng)的課程改革有較多的研究成果[3-5]，然而在思政元素的挖掘和融入上[6-7]，成果仍是偏少。因此作為專業(yè)課任課教師，應(yīng)當(dāng)深度挖掘提煉專業(yè)課程中所蘊含的思想價值和精神內(nèi)涵，有機(jī)融入專業(yè)課程教學(xué)，不斷拓展課程的高階性和創(chuàng)新性，逐步達(dá)到潛移默化，潤物無聲的育人效果。

現(xiàn)有的計算機(jī)類本科生雖然認(rèn)識到信號與系統(tǒng)等專業(yè)課程的重要性，然而受到功利主義、實用主義等思想影響，存在學(xué)習(xí)態(tài)度不端正，實踐活動不積極，缺少問題意識等表現(xiàn)[8]，反映出他們大都缺乏科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)思維的嚴(yán)格訓(xùn)練，因此本文以科學(xué)精神為主線，討論在信號與系統(tǒng)課程中開展課程思政改革的思路和做法，來達(dá)到提高綜合素質(zhì)、確立高尚的人生目標(biāo)的育人效果。

1 課程思政的總體設(shè)計思路

不同的學(xué)者對科學(xué)精神有著不同的定義。美國學(xué)者托馬斯威斯定義科學(xué)精神為“對邏輯的尊重，對尋求數(shù)據(jù)的渴望，對知識和理解的愿望，對結(jié)果的考慮，對前提條件的考慮，對驗證的要求，以及質(zhì)疑一切”[9]。布魯諾烏斯基提出，科學(xué)精神是以追求真理為目標(biāo)的最高價值。具備科學(xué)精神的人在從事實踐活動中必須實事求是、勇于探索，以積極樂觀的態(tài)度面對生活中的困難[10]。文獻(xiàn)[11]提出，科學(xué)精神的內(nèi)涵包括求實精神、懷疑和批判精神、實證精神、寬容精神，文獻(xiàn)[12]提出科學(xué)精神包括客觀求真精神、理性批判精神、競爭協(xié)作精神和創(chuàng)新超越精神。但是總的來說，科學(xué)精神大都包括實事求是精神，理性批判精神、探索實踐精神、開拓創(chuàng)新精神等基本內(nèi)容。

融入科學(xué)精神的《信號與系統(tǒng)》課程思政，需要從教師本身、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、課堂教學(xué)、實驗實踐和學(xué)習(xí)方法等諸多方面進(jìn)行全方位課程改革，因此構(gòu)建以科學(xué)精神為主線的課程思政教學(xué)設(shè)計思路如表1所示。

2 以科學(xué)精神為主線的課程思政實踐

科學(xué)精神是無數(shù)的科學(xué)家和科研工作者長期積累的寶貴精神財富。以科學(xué)精神為主線的課程改革實踐需要專業(yè)教師不但要提努力提高自身的科學(xué)素養(yǎng)，具有科學(xué)精神培育的強(qiáng)烈意識，還要掌握科學(xué)的教育方法，在教學(xué)內(nèi)容中融入科學(xué)精神，在教育方式上體現(xiàn)科學(xué)精神。

2.1用師德和個人魅力去影響學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生追求真理、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的求實精神

專業(yè)教師既是對學(xué)生起到教育作用的最直接的影響者，也是為大學(xué)生指引人生道路的引路人。習(xí)近平主席說過要堅持教育者先受教育，只有專業(yè)教師在日常生活中通過不斷學(xué)習(xí)努力提高自身品德修養(yǎng)和專業(yè)技能，才能在潛移默化中，引導(dǎo)學(xué)生樹立高尚的人生目標(biāo)和科技強(qiáng)國的理想。要想培養(yǎng)學(xué)生追求真理、嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)精神，專業(yè)教師必須自身要先具求真與創(chuàng)新，懷疑和批判，合作與開放的科學(xué)精神，要掌握一切從實際出發(fā)，實事求是，持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)方式，堅持科學(xué)的價值觀，慢慢開展教學(xué)，逐步感召，凝聚和融入。專業(yè)教師只有不斷提升個人魅力，真切地關(guān)愛學(xué)生、理解學(xué)生、尊重學(xué)生、信任學(xué)生、保護(hù)學(xué)生、幫助學(xué)生，才能讓學(xué)生樹立自尊自信，激發(fā)學(xué)習(xí)動力，用心學(xué)習(xí)專業(yè)知識，為以后成為建設(shè)科技強(qiáng)國的奉獻(xiàn)者、崇高思想品格的踐行者、良好社會風(fēng)尚的引領(lǐng)者奠定良好的基礎(chǔ)。

2.2 結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，引入科學(xué)家案例，展現(xiàn)科學(xué)家精神，培養(yǎng)家國情懷

教學(xué)內(nèi)容是專業(yè)課實施教學(xué)的主要載體和思政元素挖掘的切入點。信號與系統(tǒng)的第一章通常介紹會一維信號，二維信號和多維信號的概念和數(shù)學(xué)抽象公式，為了便于學(xué)生理解，我們介紹一維雷達(dá)信號的工作原理和在國防，汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，同時引入我國對海探測新體制雷達(dá)理論體系的奠基人劉永坦院士，突破11項關(guān)鍵技術(shù)，解決了在強(qiáng)海雜波、電臺干擾等惡劣條件下信號處理和目標(biāo)檢測問題，并建成了中國第一個新體制雷達(dá)站，獲得2018年度國家科學(xué)技術(shù)最高獎。人民日報評價他凝聚了一支專注海防科技創(chuàng)新的“雷達(dá)鐵軍”，培養(yǎng)了兩院院士等一大批科技英才，耄耋之年仍奔波在教學(xué)、科研一線，繼續(xù)為筑起"海防長城"貢獻(xiàn)力量。在二維圖像信號處理領(lǐng)域，介紹圖像去霧的在智能駕駛場景中實際應(yīng)用，引出中國學(xué)者何凱明博士，介紹他發(fā)明的暗通道先驗去霧算法，導(dǎo)向濾波算法，Resnet網(wǎng)絡(luò)，帶掩碼的自動編碼器等科研成就，為中國人推動計算機(jī)視覺領(lǐng)域的快速發(fā)展做出了杰出的貢獻(xiàn)。在三維視頻信號處理方面，中國工程院高文院士針對mpeg標(biāo)準(zhǔn)高昂的專利費用嚴(yán)重阻礙我國數(shù)字化音頻、視頻相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，研制出了中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)——數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是我國從“制造大國”向“創(chuàng)新型國家”轉(zhuǎn)變的成功范例。用這些科學(xué)家與課程教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合的教學(xué)案例，既增加了理論課程的趣味性，也展現(xiàn)了科學(xué)家們胸懷祖國，艱苦奮斗、勇攀高峰，科學(xué)報國的優(yōu)秀品質(zhì)和愛國情懷。

2.3 課堂引入科研進(jìn)展，豐富教育內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)關(guān)注度和科技敏感度

科學(xué)研究工作反映了專業(yè)理論知識的實際應(yīng)用及學(xué)科發(fā)展前沿，將現(xiàn)有的科學(xué)研究成果反哺課堂教學(xué)，具有拓展教育資源，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生科技敏感度的良好效果。

比如教材上的采樣定理解決了在什么條件下，采樣信號能夠保留原始信號全部信息的問題。然而距離采樣定理過了70多年，為什么還要研究采樣理論和方法？采樣頻率過高會產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大、硬件開銷高，實時性沒法保證等問題，因此圍繞保留信號有用成分為前提，以降低采樣速率和減少采集數(shù)據(jù)量為目標(biāo)、新的采樣理論和采樣方法也不斷被提出。可以向?qū)W生簡單介紹科學(xué)研究中的非均勻采樣框架，壓縮感知采樣框架，X-采樣系統(tǒng)框架[13]，引導(dǎo)學(xué)生閱讀采樣理論的相關(guān)文獻(xiàn)，并使用程序演示案例向?qū)W生介紹以壓縮感知采樣為代表的稀疏采用在通信、雷達(dá)、聲吶及高分辨率成像等領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。同時還可以引入我國學(xué)者在這方面的具體成就，如李衍達(dá)院士利用相位譜、幅度譜或附加部分時域采樣點恢復(fù)有限長離散信號等問題，在信號重構(gòu)理論及算法的研究上達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

2.4 介紹學(xué)科人物的成才經(jīng)歷，弘揚淡泊名利、潛心研究的奉獻(xiàn)精神

在信號處理的學(xué)科發(fā)展史上，凝結(jié)多位重要科學(xué)家的磨難和心血人物。數(shù)學(xué)家歐拉經(jīng)歷了右眼失明、雙眼完全失明、眾多研究成果被大火燒毀等沉重打擊，依然靠著頑強(qiáng)的毅力和孜孜不倦的科學(xué)精神進(jìn)行數(shù)學(xué)的研究，時間長達(dá)17年，發(fā)表的論文高達(dá)1525篇，著作有32部，成為數(shù)學(xué)史上發(fā)表論文數(shù)第二多的數(shù)學(xué)大家。傅里葉經(jīng)歷了父母雙亡，伸張正義被捕入獄，撰寫的論文15年得不到發(fā)表等人生坎坷，依然靜心篤志，潛心研究提出了傅里葉級數(shù)和傅里葉變換等理論，啟發(fā)和推動了后續(xù)的快速傅里葉變換在信號處理各個分支領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。這些科學(xué)家不畏權(quán)威，追求真理，數(shù)十年的鉆研和奉獻(xiàn)精神，可以成為學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)，獻(xiàn)身科學(xué)，擔(dān)當(dāng)作為，報效國家的強(qiáng)大精神動力。

2.5 挖掘?qū)W科原理，培養(yǎng)分析問題解決問題的科學(xué)思維

信號與系統(tǒng)課程主要介紹以3大變換（傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z 變換）為基礎(chǔ)的兩類線性時不變系統(tǒng)（連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)）的分析方法，每一種變換都需要選取不同的基函數(shù)進(jìn)行信號的分解和合成，來求解系統(tǒng)的各種響應(yīng)[3]?？梢詫r域，頻域，復(fù)頻域看作分析同一問題的不同角度，當(dāng)我們在一種觀念下舉步維艱時，需要經(jīng)過科學(xué)訓(xùn)練，形成切換問題角度來分析問題，從不同視角去選取解決方案，可能達(dá)到海闊天空的效果。比如對系統(tǒng)函數(shù)建模有微分方程，差分方程、脈沖響應(yīng)、頻率響應(yīng)、系統(tǒng)框圖、零極點圖等多種方式，要分析各種方式的優(yōu)缺點，形成全面的多角度分析問題的方式和思維。從事學(xué)習(xí)也需要像PID控制器的三個部件一樣，需要正能量的比例放大器激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，需要積分器的長時間不斷知識和技能積累，需要反饋器一樣經(jīng)常反思個人的學(xué)習(xí)目標(biāo)和不足，積極有深度學(xué)習(xí)，產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出。實際的信號應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)都有科學(xué)的思維模式，一般都有采集信號，過濾無用干擾，選取可分辨的特征，建立功能模型，利用模型產(chǎn)生結(jié)果，系統(tǒng)評價等主要步驟，需要培養(yǎng)學(xué)生從系統(tǒng)整體上建立分析問題解決問題的科學(xué)思維。

2.6豐富教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)的學(xué)習(xí)方法

梁啟超強(qiáng)調(diào)要“教人求得有系統(tǒng)之真知識的方法”，丁肇中說過“要授之以方法，打開學(xué)生的思路，培養(yǎng)他們的自學(xué)能力”。工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)也有培養(yǎng)學(xué)生具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力的關(guān)鍵指標(biāo)。因此教師學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)理論，應(yīng)用問題學(xué)習(xí)法、項目學(xué)習(xí)法 ，流程學(xué)習(xí)法，CDIO法、案例學(xué)習(xí)法 、研究學(xué)習(xí)法等多種教學(xué)手段持續(xù)改進(jìn)教學(xué)模式，構(gòu)建課程的線上學(xué)習(xí)課程資源（雨課堂、中國大學(xué)MOOC等）和實踐資源平臺（頭哥實踐教學(xué)平臺、程序設(shè)計類實驗輔助教學(xué)平臺），教會學(xué)生利用金字塔學(xué)習(xí)原理、費曼學(xué)習(xí)法等方式，開展自學(xué)、討論、合作、反思等科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，激發(fā)學(xué)生課堂課下的學(xué)習(xí)積極性，逐步形成科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，引導(dǎo)他們建立積極的學(xué)習(xí)態(tài)度、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的意義、發(fā)展學(xué)習(xí)的能力。

2.7 通過實驗實踐項目，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和工匠精神

實驗教學(xué)是樹立學(xué)生實踐觀念，培養(yǎng)分析解決實際問題能力，啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維，提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)[14]。驗證性實驗中的信號的方波合成實驗和圖像的傅里葉變換實驗均會產(chǎn)生吉布斯效應(yīng)，有助于培養(yǎng)學(xué)生善于觀察，勤于思考的職業(yè)習(xí)慣。設(shè)計性實驗中包含利用中值濾波實現(xiàn)一維信號時域去噪實驗和圖像信號空域去噪實驗，要求學(xué)生從濾波原理出發(fā)，了解算法的計算步驟，在不調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)的前提下自己進(jìn)行濾波算法設(shè)計和實現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計和程序調(diào)試能力，逐步培養(yǎng)學(xué)生面向未來職業(yè)的核心素養(yǎng)。綜合性實驗中的基于機(jī)械信號的故障診斷，來源于生產(chǎn)實際，要求同學(xué)以團(tuán)隊形式進(jìn)行寫作完成，在整個項目的文獻(xiàn)查閱，方案設(shè)計，算法和編程實現(xiàn)，系統(tǒng)測試和成果匯報等各個環(huán)節(jié)要著重培養(yǎng)學(xué)生集智攻關(guān)、精益求精、團(tuán)結(jié)協(xié)作、追求卓越的新時代工匠精神。雖然學(xué)生在實驗環(huán)節(jié)會陷入一些困境，產(chǎn)生一些挫敗和焦慮感，要鼓勵學(xué)生去克服這些值得追求的困難，這些困境掙扎不斷嘗試最終解決的經(jīng)歷，非常有助于學(xué)生在未來的環(huán)境中進(jìn)行學(xué)生能力和問題求解能力的遷移，為未來逐步形成良好的職業(yè)精神和素養(yǎng)、積極的人生態(tài)度打下堅實的基礎(chǔ)。

2.8 開展科研課堂，培養(yǎng)學(xué)生的勇于探索不怕困難的研究精神

開展科研課堂的目的是應(yīng)用和拓展課程的核心原理和思想，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。將部分科研項目和橫向課題設(shè)計成課外實踐作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生課外自主閱讀、深入思考與不斷實踐，培養(yǎng)學(xué)生的勇于探索不怕困難的探究精神。一方面可以從教師服務(wù)地方的橫向課題中選取與課程相關(guān)的課題如管道泄露監(jiān)測與定位，電能質(zhì)量分類和識別等，培養(yǎng)學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)、整理文獻(xiàn)來跟蹤研究前沿和熱點，引導(dǎo)學(xué)生了解快速傅里葉變換，小波變換，經(jīng)驗小波變換，同步壓縮小波變換等方法的優(yōu)缺點，并利用Matlab軟件進(jìn)行系統(tǒng)課題的仿真和實現(xiàn)。另一方面裁剪部分真實的科研課題（如駕駛員疲勞檢測、垃圾分類自動裝置等），組建學(xué)生競賽團(tuán)隊，參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，軟件杯和挑戰(zhàn)杯等學(xué)科競賽，讓學(xué)生經(jīng)歷從文獻(xiàn)查閱、方案設(shè)計、模塊設(shè)計、算法和系統(tǒng)實現(xiàn)、系統(tǒng)測試和成果匯報等整個流程，讓學(xué)生在深度參與項目實踐中培養(yǎng)學(xué)生的勇于探索不怕困難的研究精神。

3 結(jié)語

以科學(xué)精神培養(yǎng)為切入點，詳細(xì)探討了在《信號與系統(tǒng)》課程中開展課程思政融入方式和具體實踐，在突出課程的科學(xué)性和實用性的同時，更有效地凸顯了課程蘊涵的科學(xué)價值和精神引領(lǐng)作用。以科學(xué)精神為思政元素的課程改革實施兩年多來，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和科研意識，促進(jìn)了學(xué)生問題求解能力和高級思維的培養(yǎng)，學(xué)生對課程的總體滿意度逐年上升，取得了較好的課程育人效果。學(xué)生依托課程成功獲得國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目1項，國家級學(xué)科競賽獎項5 項，省級學(xué)科競賽獎項9項，軟件著作權(quán)授權(quán)3個。高校學(xué)生是未來國家科技創(chuàng)新發(fā)展的后備軍，大力倡導(dǎo)和弘揚科學(xué)精神是高等學(xué)校本科教育的重要任務(wù)之一，未來作者將進(jìn)一步研究如何將社會主義核心價值觀更有機(jī)地融入專業(yè)工科課程，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，不斷更新教學(xué)方法，為培養(yǎng)學(xué)生成為德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人而不斷努力。

參考文獻(xiàn)：

[1]中共中央國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)新形勢下高校思想政治工作的意見》[J].社會主義論壇，2017（3）：4-5.

[2]教育部．關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》的通知 （教高〔2020〕3號） [EB/OL].（2020-05-28）[2020-06-05].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

[3] 康長青.推動信號與系統(tǒng)課程的產(chǎn)教融合[J].計算機(jī)教育，2015（9）：96-99.

[4] 卜方玲，徐新，鄒煉，等.面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的信號與系統(tǒng)教學(xué)改革[J].計算機(jī)教育，2016（1）：52-55.

[5] 陳旭生，郭華平，孫艷歌.混合式學(xué)習(xí)背景下基于PBL的教學(xué)模式構(gòu)建與實踐——以信號與系統(tǒng)課程為例[J].計算機(jī)教育，2021（8）：40-44.

[6] 龔成瑩，蘭聰花.基于課程思政的“信號與系統(tǒng)”課程建設(shè)探索[J].工業(yè)和信息化教育，2020（4）：19-23.

[7] 孟繁杰，郭寶龍，張玲霞，等.新時代“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2020，42（3）：38-40.

[8] 宋冬雪.大學(xué)生科學(xué)精神及培育研究[D].沈陽：遼寧大學(xué)，2021：9-14，16-25.

[9] 易顯飛，林慧岳.當(dāng)代大學(xué)生科學(xué)精神現(xiàn)狀的實證分析[J].株洲工學(xué)院學(xué)報，2005，19（2）：23-26.

[10] Weiss T M.The spirit of science[J].Science Education，1969，53（4）：365-367.

[11] 劉行坦，梁燕紅.論科學(xué)精神的基本內(nèi)涵與大學(xué)生科學(xué)精神的培養(yǎng)途徑[J].當(dāng)代教育理論與實踐，2017，9（1）：97-100.

[12] 王貝.大學(xué)生科學(xué)精神的本質(zhì)與結(jié)構(gòu)研究[J].中國成人教育，2010（2）：66-67.

[13] 宋壽鵬，邵勇華，堵瑩.采樣方法研究綜述[J].數(shù)據(jù)采集與處理，2016，31（3）：452-463.

[14] 孫愛民.深化高校實驗教學(xué)改革的實踐與思考[J].實驗室研究與探索，2002，21（2）：9-11.

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