伍永峰　賴永菁

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

【關(guān)鍵詞】? ? 課程思政? ? 數(shù)字信號處理? ? 新工科 教學(xué)實踐? ? 數(shù)字濾波器? ? 窗函數(shù) OBE

引言：

《數(shù)字信號處理》是電子信息工程、通信工程等10多個專業(yè)開設(shè)的專業(yè)必修課/核心課/學(xué)位課，課程的總體培養(yǎng)目標(biāo)：以立德樹人為根本，課程立足于電子信息領(lǐng)域高素質(zhì)人才培養(yǎng)，發(fā)揮實踐需求引領(lǐng)、工程特色鮮明的優(yōu)勢，以學(xué)生為中心，以“學(xué)”為核心，以工程實踐能力的提升為目標(biāo)，線上線下結(jié)合，通過理論課的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)理論分析能力;通過實驗課的學(xué)習(xí)對學(xué)生進行系統(tǒng)的工程項目訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)與工程研究能力;通過解決行業(yè)的實際問題，提高工程應(yīng)用能力;通過開放性實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新理念與創(chuàng)新精神。

認真研究本學(xué)科特點與課程思政資源，將思政教育、專業(yè)課教學(xué)與實驗課教學(xué)深度融合與匹配互動，使學(xué)生樹立正確的人生觀、世界觀與價值觀，努力實現(xiàn)知識與能力、創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)、理論與實踐、科學(xué)性與價值性的辯證統(tǒng)一，鑄就學(xué)生的科學(xué)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(huán)節(jié)，是立德樹人的關(guān)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(xiàn)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(yè)課教師只要講好專業(yè)課足矣，思政相關(guān)的內(nèi)容應(yīng)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(yīng)有的成效。

2.專業(yè)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(xué)所需的相關(guān)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(yè)課教學(xué)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(xué)設(shè)計，教學(xué)效果不佳。

二、《數(shù)字信號處理》課程思政教育的總體目標(biāo)

《數(shù)字信號處理》課程思政與電子信息工程專業(yè)開設(shè)的其它專業(yè)課的課程思政內(nèi)容具有統(tǒng)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(fù)興和國家崛起。是高等教育中的“應(yīng)有之義，必備內(nèi)容，至關(guān)重要，必須做好”。概括起來就是：堅定學(xué)生的理想信念，大力弘揚中華民族的優(yōu)秀傳統(tǒng)文化與傳統(tǒng)美德，使學(xué)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(yǎng)學(xué)生的規(guī)矩意識，自覺遵紀(jì)守法、遵守職業(yè)道德;強化科學(xué)倫理、工程倫理教育，樹立科學(xué)精神與工匠精神[6]。

三、《數(shù)字信號處理》課程思政教學(xué)實踐

（一）課程思政與專業(yè)課教學(xué)的融合方法

1.熱點時事融合

主要通過講時事、熱點問題、經(jīng)典案例融合，是最直接、最易講、也是最容易為學(xué)生接受的方式，適合各個思政目標(biāo)點的融入。大力弘揚中華民族的優(yōu)秀傳統(tǒng)文化和優(yōu)秀傳統(tǒng)美德，培養(yǎng)學(xué)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(chǎn)品融合

通過對某一個工程項目或產(chǎn)品的不斷改進過程與結(jié)果的講解，融入科學(xué)精神的求實精神、探索精神、創(chuàng)新精神等。

3.程序融合

在講解各種計算機程序時，將規(guī)矩意識，科學(xué)精神、工匠精神融入專業(yè)課教學(xué)。比如講述C語言的循環(huán)結(jié)構(gòu)時，由while、do-whil和for語句培養(yǎng)學(xué)生持之以恒、百折不撓、不斷打磨專業(yè)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(huán)保類、科普類、愛心類、成長類、勵志類、支教類、普法類。依據(jù)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(huán)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(guī)矩意識，遵紀(jì)守法、遵守職業(yè)道德的等，依據(jù)不同類型、不同場景開展不同的思政教育。

實現(xiàn)課程思政與專業(yè)課教學(xué)的無縫連接與有機結(jié)合，一方面要求教師熟悉教學(xué)大綱、精通教學(xué)內(nèi)容、采用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，另一方面又要求教師研究課程思政目標(biāo)、對各個思政元素的內(nèi)涵有精準(zhǔn)的理解，才能開展有效的課程思政教育，專業(yè)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(biāo)與思政元素內(nèi)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(yīng)有的效能，還會造成學(xué)生的逆反思維，引起不良的教學(xué)效果。

下面以“窗函數(shù)法設(shè)計FIR數(shù)字濾波器”這一教學(xué)案例說明如何根據(jù)課程及所講授內(nèi)容的特點把握課程思政與專業(yè)課教學(xué)的融合點、找到合適的融合載體、采用正確的融合方法實現(xiàn)課程思政與專業(yè)課教學(xué)的融合。

（二）教學(xué)案例

1.復(fù)習(xí)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(jié)，引入新課。

1）總結(jié)并討論第七章第一節(jié)中學(xué)習(xí)過的線性相位FIR數(shù)字濾波器的特點與線性相位條件。

2）給出事先準(zhǔn)備的IIR數(shù)字濾波器設(shè)計的MATLAB程序，引導(dǎo)學(xué)生分析總結(jié)：IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計思路、設(shè)計方法、MATLAB工具箱函數(shù)的調(diào)用方法、程序設(shè)計等，最后教師總結(jié)并引入FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計方法的特點及本節(jié)課內(nèi)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(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生樹立愛黨、愛國、愛國主義的情懷，樹立為中華民族偉大復(fù)興事業(yè)獻身精神與理想。

2.新課教學(xué)

（1）窗函數(shù)法設(shè)計原理

采用講授法講解窗函數(shù)法設(shè)計FIR濾波器的設(shè)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(yīng)以及吉布斯效應(yīng)產(chǎn)生的原因。

（3）選擇不同的窗函數(shù)減少吉布斯效應(yīng)

1）專業(yè)課教學(xué)

①窗典型窗函數(shù)介紹（略）。

②選擇不同的窗函數(shù)對FIR數(shù)字濾波器性能的影響。

采用直觀演示、講授法、任務(wù)驅(qū)動法講解構(gòu)造不同的窗函數(shù)對濾波器性能的影響。

分別從幾種典型的窗函數(shù)的時域表達式、幅度特性函數(shù)說明不同的窗函數(shù)的時域與頻域特性;通過展示六種典型窗函數(shù)時域波形、幅頻特性曲線，以及技術(shù)指標(biāo)相同的條件下，應(yīng)用不同的窗函數(shù)設(shè)計出的FIR數(shù)字濾波器的單位脈沖響應(yīng)、濾波器的幅頻特性曲線，學(xué)生觀察、教師詳細分析說明構(gòu)造不同的窗函數(shù)對濾波器性能的影響。

窗函數(shù)不同，濾波器的階數(shù)N不同;

不同的窗函數(shù)對阻帶的衰減不同，所設(shè)計出的濾波器的過渡帶帶寬也不同，因此構(gòu)造不同的窗函數(shù)可以有效減小吉布斯效應(yīng)，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(shù)，隨著數(shù)字信號處理的不斷發(fā)展，學(xué)者們提出的窗函數(shù)已多達幾十種，MATLAB信號處理工具箱提供了14種窗函數(shù)的產(chǎn)生函數(shù)工我們調(diào)用。

2）課程思政

類比融合：隨著數(shù)字信號處理的發(fā)展，學(xué)者們提出的窗函數(shù)已多達幾十種，通過多種窗函數(shù)的不斷發(fā)展融入科學(xué)精神的創(chuàng)新精神?？茖W(xué)精神倡導(dǎo)創(chuàng)新思維和開拓精神，科學(xué)精神的本質(zhì)要求是開拓創(chuàng)新。科學(xué)領(lǐng)域之所以不斷有新發(fā)明、新發(fā)現(xiàn)、新創(chuàng)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(chuàng)新。

3.演示程序，分析比較結(jié)果

本問題采用任務(wù)驅(qū)動法、探究教學(xué)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(shù)法設(shè)計低通FIR數(shù)字濾波器

1.專業(yè)教學(xué)

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

用凱塞窗設(shè)計相同性能指標(biāo)的低通FIR數(shù)字濾波器，講解程序。

程序運行完畢后，由學(xué)生討論、歸納出凱塞窗與哈明窗設(shè)計數(shù)字濾波器程序代碼的不同點，階數(shù)N、性能指標(biāo)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(xué)精神的探索精神，研究對象永無止境，科學(xué)永無止境，科學(xué)探索永無止境，思想解放亦永無止境。科學(xué)的最基本態(tài)度之一就是探索，科學(xué)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(shè)計及應(yīng)用實例

1.專業(yè)教學(xué)

信號去噪聲：請設(shè)計低通濾波器，從高頻噪聲中提取xt中的單頻調(diào)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(biāo)參數(shù)。信號的時域波形和頻譜如圖1所示。采用任務(wù)驅(qū)動法、探究教學(xué)法。

本例中要求用窗函數(shù)法設(shè)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(shù)字濾波器有三種設(shè)計方法：窗函數(shù)法、頻率采樣法和等波紋逼近法，課后先預(yù)習(xí)后兩種方法，并完成本例濾波器的設(shè)計，然后比較設(shè)計結(jié)果。

2.課程思政

數(shù)字信號處理是一門工程實踐特色非常鮮明的專業(yè)基礎(chǔ)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(xué)理論知識，并且要求能夠舉一反三，綜合運用所學(xué)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(yè)精神：工匠精神最根本的因素就是愛崗敬業(yè)。敬業(yè)精神是中國人的傳統(tǒng)美德，也是社會主義核心價值觀的基本要求之一。

（2）嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度：嚴謹指的是工作態(tài)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(yè)品質(zhì)。

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

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

四、結(jié)束語

專業(yè)課教師在課程思政中，要依據(jù)課程的知識目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)、技能目標(biāo)的要求，認真研究課程思政目標(biāo)與課程蘊含的思政資源，找準(zhǔn)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(yè)課教育、實驗教學(xué)實現(xiàn)有效融合，才能取得滿意的教學(xué)效果。

參? 考? 文? 獻

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