基于思政與OBE理念融合的數(shù)字信號處理課程建設(shè)

摘"要：數(shù)字信號處理是電子信息類專業(yè)本科生課程體系中的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。在傳統(tǒng)的教與學(xué)的過程中，往往注重大量的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)證明，而忽視了公式和定理背后的物理意義，導(dǎo)致學(xué)生總是對知識吃不透、嚼不爛，教學(xué)過程難以實現(xiàn)閉環(huán)。課程本身所蘊(yùn)含的知識以外的育人元素也未得到充分地挖掘和利用。為探索新時代電子信息類專業(yè)課程建設(shè)方法，該文從課程思政的視域出發(fā)，結(jié)合成果導(dǎo)向教育（OutcomeBasedEducation，OBE）理念，以數(shù)字信號處理課程為研究對象，深入剖析現(xiàn)有專業(yè)課程建設(shè)中存在的問題，并結(jié)合南京郵電大學(xué)校情特色和專業(yè)背景，對課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、評價考核機(jī)制等各環(huán)節(jié)進(jìn)行重新設(shè)計，并將其融入課程教學(xué)實踐，探索一條“春風(fēng)化雨、潤物無聲”的課程建設(shè)之路。

關(guān)鍵詞：課程思政；OBE理念；課程建設(shè)；教學(xué)設(shè)計；數(shù)字信號處理

中圖分類號：G640"""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"""""文章編號：2096-000X（2024）36-0036-04

Abstract：\"DigitalSignalProcessing\"isanimportantfoundationalcourseforundergraduatestudentsmajoringinelectronicinformation.Inthetraditionalteachingandlearningprocess，thereisoftenafocusonderivingandprovingalargenumberofmathematicalformulas，whileneglectingthephysicalmeaningsbehindformulasandtheorems.Theeducationalelementsbeyondtheknowledgecontainedinthecurriculumitselfhavenotbeenfullyexploredandutilized.Inordertoexploretheconstructionmethodsofelectronicinformationprofessionalcoursesinthenewera，thispaperstartsfromtheperspectiveofideologicalandpoliticaleducationincourses，combinestheOBEconcept，andtakesthe\"DigitalSignalProcessing\"courseastheresearchobject.Thispaperdeeplyanalyzestheproblemsexistingintheconstructionofprofessionalcourses，takesthecharacteristicsofNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsandtheprofessionalbackgroundintoconsiderationandredesignstheteachingobjectives，teachingcontent，teachingmethods，evaluationandassessmentmechanisms，andintegratesthemintotheteachingpracticeofcourses，exploringapathof\"springwindandrain，moisteningthingssilently\"incourseconstruction.

Keywords：curriculum-basedideologyandpolitics;OBEconcepts;courseconstruction;teachingdesign;DigitalSignalProcessing

2013年6月，我國正式成為《華盛頓協(xié)議》簽約成員，從此具有國際實質(zhì)等效的工程教育專業(yè)認(rèn)證在我國拉開了帷幕。工程教育專業(yè)認(rèn)證遵循成果導(dǎo)向教育（Outcome-BasedEducation，OBE），包括三個基本理念：成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)。OBE理念的提出大大促進(jìn)了專業(yè)建設(shè)和教學(xué)改革、保障和提高了工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]。培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人是人才培養(yǎng)的根本問題[2]，國外的有益做法可以借鑒，但是從根本上講必須扎根中國大地辦教育，堅持社會主義辦學(xué)方向。2020年6月，教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》中明確指出：“落實立德樹人根本任務(wù)，必須將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體、不可割裂?！比嫱七M(jìn)課程思政建設(shè)是落實立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措[2]。在課程思政和OBE理念的指引下，我們不得不重新審視現(xiàn)有專業(yè)課程的教學(xué)理念和課程體系。

數(shù)字信號處理是電子信息類專業(yè)本科生課程體系中的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。作為信息技術(shù)與現(xiàn)代通信的基礎(chǔ)，數(shù)字信號處理對信息學(xué)科的發(fā)展和國家信息科技的強(qiáng)盛起著至關(guān)重要的作用[3]。數(shù)字信號處理課程的內(nèi)容通常涉及離散時間信號的常用變換，離散時間系統(tǒng)的分析、設(shè)計和實現(xiàn)等，課程理論性較強(qiáng)，對學(xué)生的數(shù)學(xué)功底有較高要求。傅里葉變換、拉普拉斯變換、z變換、線性卷積、循環(huán)卷積和周期卷積等一些概念和原理的理解與推導(dǎo)不可避免地涉及大量的數(shù)學(xué)知識和數(shù)學(xué)技巧，一直以來都是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)過程注重數(shù)學(xué)推導(dǎo)，必然導(dǎo)致概念與原理的實際應(yīng)用因課程時長的限制而講不透，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生對知識的理解不深入、容易對課程產(chǎn)生畏難情緒；用所學(xué)知識解決復(fù)雜工程問題的能力不足。課程在價值塑造方面的作用也有待進(jìn)一步挖掘。

為實現(xiàn)立德樹人的根本任務(wù)，本文從思政視域和OBE理念出發(fā)，深入剖析工科院校專業(yè)課程教學(xué)中存在的若干問題，并結(jié)合南京郵電大學(xué)校情特色和專業(yè)背景，對數(shù)字信號處理課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、評價考核機(jī)制進(jìn)行了重新設(shè)計，并將其有效地融入課程教學(xué)實踐，取得良好的育人效果。

一"思政視域和OBE理念下專業(yè)課程教學(xué)中存在的若干問題

第一，教學(xué)目標(biāo)中的育人目標(biāo)不明確。課程是人才培養(yǎng)的核心要素。課程思政的定位、目標(biāo)和過程分別針對教育的三個根本問題，即為誰培養(yǎng)人、培養(yǎng)什么人和怎樣培養(yǎng)人。然而，在專業(yè)課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)定時，往往強(qiáng)調(diào)知識和能力的達(dá)成，價值塑造在教學(xué)目標(biāo)中卻鮮有體現(xiàn)，最終導(dǎo)致德、識、能“三位一體”育人目標(biāo)未能形成一個和諧的整體[4-5]。

第二，在課程建設(shè)過程中，往往關(guān)注課程內(nèi)容的深度與難度、教學(xué)方式的先進(jìn)性與互動性，導(dǎo)致課程的“溫度”不夠。課程的“溫度”不夠，必將導(dǎo)致教學(xué)活動無法成為高水平的教學(xué)活動。課程思政提高課程內(nèi)涵和提高課程質(zhì)量的顯性功能得不到充分發(fā)揮，給知識和能力賦予正確價值觀取向的隱性功能也無法很好地體現(xiàn)[4-5]。

第三，在課程思政實踐過程中，生搬硬套和空洞說教的現(xiàn)象較為常見，導(dǎo)致“課程”與“思政”剝離，無法形成一個有機(jī)的整體，從而難以達(dá)到“春風(fēng)化雨、潤物無聲”的育人效果[4-5]。

第四，專業(yè)課程教學(xué)往往重理論推導(dǎo)，而忽視其物理意義和定理的實際應(yīng)用。因此，學(xué)生總是對知識吃不透、嚼不爛，教學(xué)過程無法形成閉環(huán)。

第五，課程考核和評價方式單一，不能反映學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力[6]。過程性考核和水平性考核相結(jié)合的力度不夠。

二"思政視域和OBE理念下的數(shù)字信號處理課程設(shè)計

針對專業(yè)課程教育教學(xué)中存在的諸多問題，本文以南京郵電大學(xué)數(shù)字信號處理課程為研究對象，結(jié)合南京郵電大學(xué)校情特色和專業(yè)背景，對課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、評價考核機(jī)制等各環(huán)節(jié)進(jìn)行了重新設(shè)計。

（一）"校情特色和專業(yè)背景

南京郵電大學(xué)是國家“雙一流”建設(shè)高校和江蘇高水平大學(xué)建設(shè)高校，享有“華夏IT英才的搖籃”之譽(yù)，其前身是1942年誕生于山東抗日根據(jù)地的八路軍戰(zhàn)郵干訓(xùn)班。學(xué)校始終秉承“信達(dá)天下、自強(qiáng)不息”的南郵精神，發(fā)揚(yáng)“勤奮、求實、進(jìn)取、創(chuàng)新”的校風(fēng)，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，開展教育改革與實踐。自2012年以來，學(xué)校將紅色校史文化與藍(lán)色信息科技創(chuàng)新教育體系融通，以紅色為本色，培養(yǎng)忠誠于黨的創(chuàng)新人才，以信息藍(lán)為底色，培養(yǎng)掌握信息技術(shù)、矢志信息報國的創(chuàng)新人才，構(gòu)建了“紅藍(lán)融通”的創(chuàng)新人才培養(yǎng)新模式。

此外，南京郵電大學(xué)的通信工程、電子信息工程等電子信息類專業(yè)均為全國高等工程教育專業(yè)認(rèn)證專業(yè)、國家級一流本科專業(yè)、江蘇省首批品牌專業(yè)（A類）。電子信息類相關(guān)專業(yè)和行業(yè)的發(fā)展史為數(shù)字信號處理課程提供了豐富的思政素材。

如圖1所示，我們將結(jié)合校情特色和專業(yè)背景，深入挖掘?qū)I(yè)課程中蘊(yùn)含的課程思政元素，與專業(yè)課程實現(xiàn)無縫銜接，從而將課程思政視域下的數(shù)字信號處理課程核心理念由教學(xué)變?yōu)榻逃?，實現(xiàn)“思想引領(lǐng)、價值塑造、知識傳授、能力培養(yǎng)”相統(tǒng)一。同時，切實落實OBE理念，通過教學(xué)方法和評價考核機(jī)制的設(shè)計，形成教學(xué)過程的閉環(huán)[7]。

（二）"教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

在教學(xué)目標(biāo)設(shè)計方面，聚焦國家對電子信息類專業(yè)高素質(zhì)高層次創(chuàng)新人才的培養(yǎng)要求，緊扣“信達(dá)天下、自強(qiáng)不息”的南郵精神和發(fā)源于“八路軍戰(zhàn)郵干訓(xùn)班”的紅色校史文化，確立了以培養(yǎng)學(xué)生“信達(dá)天下”的精神和“信息報國”的專業(yè)情懷為課程育人目標(biāo)，制訂每章每節(jié)對應(yīng)的價值塑造目標(biāo)，修訂課程教學(xué)大綱，重新設(shè)計課程教案，達(dá)到社會主義核心價值觀“進(jìn)教案、進(jìn)課堂、進(jìn)頭腦”的目標(biāo)。在課程思政與OBE理念指導(dǎo)下，南京郵電大學(xué)數(shù)字信號處理課程的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計如下。

目標(biāo)1：掌握離散時間信號的時域及變換域分析方法，能夠?qū)π盘栠M(jìn)行分析、計算和變換；掌握離散時間系統(tǒng)的基本概念、時域及變換域分析方法，能夠?qū)€性時不變系統(tǒng)的特性進(jìn)行分析和計算。培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)字信號與系統(tǒng)進(jìn)行分析、計算和變換以提取信息的能力，培養(yǎng)科學(xué)、辯證的思維方式。

目標(biāo)2：掌握數(shù)字濾波器的設(shè)計和實現(xiàn)方法，了解數(shù)字信號處理的優(yōu)勢、應(yīng)用和發(fā)展。培養(yǎng)學(xué)生對以數(shù)字濾波器為代表的數(shù)字信號處理系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計、實現(xiàn)的能力，熟悉研究解決相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的科學(xué)方法，能夠分析數(shù)字信號處理領(lǐng)域特定問題并提出解決思路，培養(yǎng)工程相關(guān)素養(yǎng)及理論聯(lián)系實際、精益求精的工匠精神，增強(qiáng)愛國情懷，樹立在電子信息領(lǐng)域奮發(fā)圖強(qiáng)、不斷創(chuàng)新的信念。

（三）"教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計方面，聚焦學(xué)生價值觀塑造和能力培養(yǎng)，聚焦課程質(zhì)量和內(nèi)涵，優(yōu)化課程思政內(nèi)容供給，以學(xué)生興趣為出發(fā)點(diǎn)，以問題引導(dǎo)為切入點(diǎn)，充分挖掘課程內(nèi)容中蘊(yùn)含的“信息強(qiáng)國”價值和“信息報國”情懷等思政育人素材，以問題為主線融入思政元素，重新設(shè)計課程大綱，優(yōu)化課程教案，在知識傳授的過程中實現(xiàn)入心入腦的價值塑造。部分融入思政元素的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計見表1。

此外，將理論性內(nèi)容與工程實踐緊密結(jié)合，以問題探究的方式進(jìn)行案例分析，結(jié)合編程實驗，幫助學(xué)生把相關(guān)公式和定理吃透、嚼爛。當(dāng)然，在課內(nèi)學(xué)時這一剛性約束下，教師必須在育人成效的加法和教學(xué)內(nèi)容的減法[2]之間做合理的折中。教師可根據(jù)不同專業(yè)學(xué)生的知識背景、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)效果，靈活調(diào)整課內(nèi)課外的學(xué)習(xí)內(nèi)容。課內(nèi)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注有助于開展思政教育、能夠引發(fā)深入思考和學(xué)生容易產(chǎn)生錯誤理解的內(nèi)容，重點(diǎn)選取能夠體現(xiàn)課程“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”（兩性一度）的典型案例。一些適合自學(xué)的內(nèi)容可以以作業(yè)、調(diào)研報告、小組研討等形式讓學(xué)生在課外利用在線資源和工具開展學(xué)習(xí)，并及時與教師展開交流，從而確保學(xué)習(xí)的質(zhì)量。

（四）"教學(xué)方法設(shè)計

在教學(xué)方法設(shè)計方面，聚焦學(xué)生的體驗、感知和感悟，以學(xué)生為中心，采取“探究式、研討式、開放式”等多種教學(xué)方法。

科學(xué)使用智慧教學(xué)工具[8-10]，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；增加課堂討論環(huán)節(jié)，加強(qiáng)師生互動，增強(qiáng)學(xué)生的課堂參與度；將教師科研課題及成果設(shè)計成課外研習(xí)題，開展富有挑戰(zhàn)性的訓(xùn)練或團(tuán)隊項目，通過問題探究式的小組合作學(xué)習(xí)方式，增加挑戰(zhàn)度，提升高階性和創(chuàng)新性；打造優(yōu)質(zhì)的慕課資源（南京郵電大學(xué)數(shù)字信號處理慕課課程被評為國家精品在線開放課程（2019），國家線上一流課程（2020）等），自2017年起針對通信工程和電子信息工程專業(yè)的本科生持續(xù)開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，使用雨課堂等智慧教學(xué)工具，開展線上線下混合式教學(xué)，將平鋪直敘的教學(xué)方法轉(zhuǎn)換為啟發(fā)式教學(xué)，構(gòu)建了線上線下結(jié)合、課內(nèi)課外結(jié)合、探究研討結(jié)合的開放式教學(xué)模式，寓價值觀塑造于知識傳授和能力培養(yǎng)之中，將“信達(dá)天下”南郵精神傳承與“信息報國”專業(yè)能力提升與社會主義核心價值觀有機(jī)融合，做到思政融入潤物細(xì)無聲。

（五）"考核評價方式設(shè)計

在考核評價方式設(shè)計方面，打破原有的卷面考試制度的單一性，聚焦學(xué)生發(fā)展，注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考核，注重學(xué)生知識獲得、能力提高、價值塑造并重，在課程考核評價中以提升綜合能力為目標(biāo)建立了一套行之有效的多維度課程考核機(jī)制。

課程將客觀量化評價與主觀效度檢驗結(jié)合起來，綜合采用終結(jié)性評價、過程性評價、動態(tài)性評價等方式，制定出更為精細(xì)和系統(tǒng)的評價指標(biāo)。嚴(yán)格考試質(zhì)量管理，考試命題要能夠從信度、效度、難易度、區(qū)分度等不同指標(biāo)充分檢驗教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成情況。通過課堂研討題、隨堂測試、調(diào)研報告、學(xué)期末綜合匯報等過程化考核方式考核學(xué)生多元知識和綜合素質(zhì)，探索建立教師評價+學(xué)生自我評價+團(tuán)隊評價結(jié)合的評價方法，以便及時動態(tài)地反映學(xué)生成長成才情況，反映課程中知識傳授、能力培養(yǎng)與價值引領(lǐng)的結(jié)合程度。重視考核數(shù)據(jù)的分析與整理，推斷學(xué)生對于知識、能力的掌握情況，價值塑造的達(dá)成情況，并作為后續(xù)教學(xué)實踐持續(xù)改進(jìn)的依據(jù)和學(xué)生持續(xù)發(fā)展的參考。

（六）"實施效果

基于思政視域和OBE理念的數(shù)字信號處理課程改革不僅提高了課程的內(nèi)涵和質(zhì)量，還傳遞了“信達(dá)天下”的南郵精神，升華了“信息報國”的專業(yè)情懷，踐行了“紅藍(lán)融通”的育人機(jī)制，使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中持續(xù)擁有獲得感，獲得學(xué)生的一致好評。數(shù)字信號處理課程被評為南京郵電大學(xué)課程思政示范課程，以課程組教師為核心的團(tuán)隊也被評為江蘇省巾幗文明崗。

三"結(jié)束語

本文從思政視域和OBE理念出發(fā)，對南京郵電大學(xué)的數(shù)字信號處理課程進(jìn)行了設(shè)計。在教學(xué)實踐過程中，應(yīng)以學(xué)生為中心，根據(jù)學(xué)生的知識背景、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)效果，對設(shè)計方案進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，并將考核分析結(jié)果用于持續(xù)改進(jìn)，以實現(xiàn)教學(xué)過程的閉環(huán)。

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基金項目：南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院通信工程學(xué)院一流專業(yè)建設(shè)項目（無編號）；南京郵電大學(xué)教學(xué)改革研究項目“面向翻轉(zhuǎn)課堂的智能課堂觀察系統(tǒng)”（JG00223JX36）

第一作者簡介：季薇（1979-），女，漢族，江蘇淮安人，工學(xué)博士，教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向為無線通信與通信信號處理、機(jī)器學(xué)習(xí)與信號處理的交叉應(yīng)用。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.36.009