初心 匠心 中国心：《数字信号处理》课程思政教学典型案例

初心 匠心 中国心

初心 匠心 中国心：《数字信号处理》课程思政教学典型案例

人工智能学院（未来技术学院）  周先春

一、课程基本情况

    《数字信号处理》课程是高校电子信息类本科生的专业主干课，总学时数为48。该课程注重基本概念、基本理论和基本分析方法的论述，并结合实例建立数学模型，系统地讨论了数字信号处理的基础理论、基本概念、基本分析方法、算法及设计。培养学生从数学概念、物理概念及工程概念去分析问题和解决问题，具有初步的算法分析和运用MATLAB编程能力，为今后从事数字信息技术领域的科研和工程工作进一步研究打下坚实的理论基础。

    思政案例所属的教学章节内容：第1章 数字信号处理绪论（信号、系统和信号处理 ；数字信号处理系统的基本组成 ；数字信号处理的应用及发展）

    教学内容与思政融入点：本节课讲述的信号、系统和信号处理，数字信号处理系统的基本组成以及数字信号处理的应用及发展等内容，可以融入目前与数字信号处理息息相关的科技、我国在科技创新方面的现状和取得的重大科技成果，如：打压华为、中兴的芯片之痛，新冠病毒检测装置和研发以及“墨子号”量子卫星等，增强新时代青年的国情意识、社会责任和民族自豪感。

    使用教材：周先春，石兰芳编著，《数字信号处理》，北京，清华大学出版社，2015年。

二、课程思政教学设计思路

1．总体思路

    充分挖掘蕴含在信号、系统和信号处理中的教育因素，无痕融入思政内容，将时代的、社会的正能量内容引入课堂，把培育筑梦新时代、民族复兴的精神融入课程。激发学生共同探讨思政与数字信号处理的关系，破除学生认为思政课程只能单独开设的传统看法，引导学生树立思政就是价值塑造的基本理念，帮助学生提升家国情怀，政治担当，形成正确的人生观和良好的职业素养。主要做到以下3点：（1）政教结合-课程思政融入教学；（2）践行融政-课程思政融入实践；（3）线上载体-激发课程思政活力。

2．教学目标

（1）厚植爱国情怀，坚定理想信念

    教育引导学生热爱和拥护中国共产党，增强学生的中国特色社会主义道路自信、理论自信、制度自信、文化自信，立志扎根人民、奉献国家，肩负起民族复兴的时代重任。

（2）培养砥砺奋斗，加强学好学专

    通过介绍数字信号处理的应用领域，引入当前新型冠状病毒的检测与防疫与数字信号处理密切相关，加深了学生对数字信号处理应用领域的了解，引导学生树立高远志向，历练敢于担当、不懈奋斗的精神，加强学生学好专业技能的使命感。

（3）启迪发掘规律，引导转换思路

    通过分析数字信号处理概念和特点，以及将其与传统的模拟技术相比，学习从不同角度、转换领域，对同一事物进行认识，沿着求真理、悟道理、明事理的方向前进，找出其中的联系与区别，从而发现规律，以便更好的拓展与应用。在实际生活中，也要学会多方面看待问题，如果遇到困难与瓶颈，学会转换思路，可能问题就会迎刃而解。

（4）加强品德锤炼，坚定自主创新

    通过说明数字信号处理发展概况以及拓展介绍其国内外发展情况及趋势，引入“墨子号”量子卫星等成果为案例，将数字信号的压缩与传输技术与课堂知识相结合，向学生们讲述了所学知识和国防应用间的联系。针对当前美国对华为等的“芯片之痛”，让学生领悟在当今竞争激烈的电子产业链里必须有自主的核心技术企业，才不会被“卡脖子”，坚定学生具备善于学习，提高自身综合素质，树立自主创新的强烈信念

三、教学方法与手段

1、问题导入方法，激发学生的好奇心。

    与课程相关的芯片、航空、病毒检测以及当前流行的各类APP研究目的及意义？

2、线上线下混合，线上教学主要利用南信大教育在线平台/超星学习通进行。 

3、创新教学方法，保证深度融合效果。

    根据教学内容和教学主体的差异性，在充分了解学生关心什么、对什么感兴趣、在思政方面想学习到什么的基础上，采用讲授与提问，讲授与探讨，学生讲课体验和混合式教学等教学方法，激发学生的积极性和主动性，提升学生的主体性。

    同时融合教学重点、社会热点及学生特点在创新实践课程中进行德育渗透，使学生在学习掌握专业技能的同时提升德育素质，做到思政教育的潜移默化，实现价值导向与知识技能培育的统一。

4、案例列举方法，培养工程实践能力。

    在案例分析过程中，可以实现课本知识与工程应用于一体，使学生拥有初步的工程应用能力，有利于培养创新思维和工程实践能力。同时列举古今中外和课程相关的著名人物和成果案例，使学生在学习知识、技能训练、提升创新能力的过程中培养社会责任感，帮助学生形成正确的人生观和价值观，实现了“润物细无声”的立德树人。 

四、教学过程和内容

    与课程相关的新冠病毒检测、华为芯片、“墨子号”量子卫星等问题导入（3分钟）

    第一章 数字信号处理概论

1．信号、系统以及信号处理（12分钟）

    （1）数字信号处理的含义

    是把信号用数字或符号表示的序列，通过计算机或通用(专用)信号处理设备，用数字的数值计算方法处理以达到提取有用信息便于应用的目的。

    （2）信号的定义和分类

    信号是信息的物理表现形式，或者说是传递信息的函数，而信息则是信号的具体内容。如：交通红绿灯信号。

信号可以是电的、磁的、声的、光的、热的等各种信号。

    （3）系统的定义和分类

    系统是处理(或变换)信号的物理设备。或者进一步说，凡是能将信号加以变换以达到人们要求的各种设备都称为系统。

    系统有大小之分，一个大系统中又可细分为若干个小系统。实际上，因为系统是完成某种运算(操作)的，因而我们还可把软件编程也看成一种系统的实现方法。

    （4）信号处理的含义、内容和目的

    是研究用系统对含有信息的信号进行处理(变换)，以获得人们所希望的信号，从而达到提取信息、便于利用的目的。

    课程思政的融入：2020年用于新冠病毒检测的试剂盒，作为教学实例与学生进行分享。

    通过对该装置进行数字信号处理，获得待测样本的相关数据。既让学生对本课程有直观了解，又启发学生从课堂知识出发，融合多学科知识来解决新型冠状病毒防疫检测中的实际问题，提高学生解决综合性工程问题的能力和信心。

2．数字信号处理系统的基本组成（13分钟）

    实际生活中遇到最多的是模拟信号。

    为了对模拟信号进行数字处理，首先需要用A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。经过数字处理后，有时又需要用 D/A 转换器将处理结果还原成模拟信号。这一数字信号处理过程的原理可以用下图来说明。

    具体介绍分析每一模块的作用和功能。针对每一个模块，它们分别包含不同的专用DSP芯片和通用DSP芯片。

    课程思政的融入：在介绍DSP芯片的时候，结合华为、中兴等中国科技公司不断遭受西方压制等事件，勉励同学们认真学习《数字信号处理》这门专业课，学好专业本领，为祖国科技发展而添砖加瓦。

3．数字信号处理的优点、应用及发展（11分钟）

    （1）数字信号处理的应用领域主要有语音和音频信号处理；数字图像处理；通信；广播和电视；雷达和声呐；仪器；工业控制与自动化；地球物理；生物医学；消费电子；军事等等。

    （2）数字信号处理的主要发展方向如下：

• 数字汇聚即信号处理、通信和计算机的融合，其中数字信号处理是一种粘合剂，它把通信产业、消费类电子产业以及计算机产业紧密结合在一起。

• 远程会议系统。

• 融合网络把公众电信网络与计算机网络更好地结合在家庭娱乐设施相适配的网络。

• 数字图书馆。

•  图像与文本合一的信息检索业务。

• 多媒体通信。

• 个人信息终端：把个人通信系统与个人数字处理非常自然地结合在一起，以实现无时不在无处不在的通信功能。

    课程思政的融入：由傅里叶变换的介绍，引入数学家傅里叶和数学家狄里克雷为案例。从傅里叶潜心研究提出三角级数，到狄里克雷完善三角级数的收敛问题。引导学生树立不怕困难、刻苦钻研的科学精神和精益求精的工匠精神；在讲述DSP的最新发展，介绍了量子通信在原理上确保身份认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全，并强调我国的当代科学家潘建伟教授及其团队用“墨子号”命名该量子卫星，是对中国传统文化的敬意与自信，培养中华文化自信的典型课程思政素材。

4. 本节课回顾（2分钟）：数字信号处理的概念及系统的基本组成。

5. 问答与讨论（4分钟）：数字信号处理在最新科技中的应用？通过了解奈奎斯特的成就及其励志经历，如何培养自己的工匠精神？

6. 布置课后思考题：数字信号处理是完成模拟信号到数字信号的转换。请结合自己所学和日常生活中常用的数字产品加以说明。

五、教学效果

    落实“每门课程讲德育，每位教师讲育人”的课程思政目标，深挖教学内容的思政元素，在相应教学内容中合理融入思想政治教育内容。

    本节课精心设计课堂教学，寻找恰当的切入点，采用问题导入、讲授与提问、探讨以及混合式教学等方法，激发学生的积极性和主动性，为以前单调的专业课程带来了活力，使一成不变的专业知识技能传授有了更加生动形象的现实体现，让学生能够直观的体会专业学习带来的成果。

 部分学生评价：

    根据学生的反馈，将知识内容与思政内容有机融合，将课上的理论知识，应用于具体研发中，既加强了学生对学科和专业学习的兴趣，也增强了学生的社会使命感，切实感到学有所用。从而引导、帮助大学生树立正确的世界观、人生观、价值观，培养热爱社会主义祖国情怀。

六、教学反思

1．通过政教结合、践行融政和线上载体的教学，做到以下几点：

（1）从国家建设、社会需求和学校定位的角度进行课程教学，理解专业人才培养的重要意义，拓展课程教学的空间和学生学习的视野。

（2）把握专业培养目标对课程的要求，从专业中来到专业中去，结合专业要求、遵循课程的知识体系，将思政元素融入到课程中去。

（3）既要培养求真务实、精益求精、追求卓越的工匠精神，也要培养踏实严谨、吃苦耐劳、诚信为本等优良品质。

（4）源于历史、贴近时代，实践创新、与时俱进。使思政教育元素既源于历史又基于现实，既传承历史血脉又体现与时俱进。要贴近学生，提高学生学习的积极性，增强“四个自信”、体现“两在两同”。

2．存在不足与改进措施

    教师可以利用南信大在线等网络教学平台，持续定期地、实时地将与数字信号处理有关的科学家的故事、实时新闻推送给学生，学生在闲暇之余可以学习推送的文章，以达到名人精神力量的感染效果。

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课程团队简介

    《数字信号处理》课程组具备雄厚的专业教学能力和良好的师德师风。课程组教师主讲的《高频电子线路》获批国家级一流本科课程，《数字信号处理》获批江苏省成人高等教育精品课程；主持或作为核心成员参与教育部新工科研究、教育部产学合作协同育人以及江苏省高等教育教学研究与改革等教研课题5项；主编《数字信号处理》教材1部，副主编《高频电子线路》、《C语言与系统仿真》和《数字电子技术基础》教材3部，主编《Digital Signal Processing》英文教材1部；指导全国大学生电子设计竞赛获国家级奖、研究生电子竞赛华东赛区一等奖等多次；指导国家级和多项省级大学生创新创业训练计划项目、省级研究生实践创新计划项目；指导本科生获江苏省优秀毕业论文二等奖和三等奖等。