尹霄麗 尹龍飛 張洪光 侯 賓 吳 迪

(北京郵電大學(xué) 電子工程學(xué)院,北京 100876)

為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革,支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略,2017年2月以來,教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè),全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗(yàn),助力高等教育強(qiáng)國建設(shè)[1]。

為了推動中國工程教育發(fā)展,中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會根據(jù)我國工程教育改革發(fā)展需要,以及國際工程教育發(fā)展變化趨勢,不斷完善工程教育認(rèn)證體系,2017年11月修訂后的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了12項(xiàng)畢業(yè)基本要求[2],對學(xué)生畢業(yè)時應(yīng)該掌握的知識、能力和素養(yǎng)做出了具體描述。

畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成需要教學(xué)活動(主要為課程)的支撐。以往課程教學(xué)往往更注重知識傳授和能力培養(yǎng),在課程體系中,每門課的教學(xué)目標(biāo)往往僅體現(xiàn)在對幾個主要畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐上,對學(xué)生的素質(zhì)培養(yǎng)尚顯不足。

近年來課程思政逐步在教學(xué)中予以落實(shí),所有課程都承擔(dān)著育人的功能。課程思政以“立德樹人”為根本,把社會主義核心價值觀體現(xiàn)到教書育人全過程,堅持全員、全過程、全方位育人,培養(yǎng)又紅又專、德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的中國特色社會主義合格建設(shè)者和可靠接班人[3]。畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的素質(zhì)培養(yǎng)要求實(shí)際上與課程思政的教學(xué)目標(biāo)是高度一致的[4]。通過卓有成效的課程思政建設(shè),有利于提升新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量,培養(yǎng)既具備深厚學(xué)科知識、精深技術(shù)技能、較強(qiáng)專業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐動手能力,又具有家國情懷、國際視野、創(chuàng)新精神和使命擔(dān)當(dāng)?shù)目爱?dāng)民族復(fù)興大任的時代新人[5]。

“信號與系統(tǒng)”課程是電子信息類本科生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,是學(xué)生解決電子信息領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的入門課程之一。該課程的建設(shè)成效對于培養(yǎng)高質(zhì)量電子信息人才、支撐我國智能信息產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展是至關(guān)重要的。

下面以北京郵電大學(xué)“信號與系統(tǒng)”課程為例,說明電子信息類課程思政建設(shè)的方法路徑和教學(xué)舉措,以期為同類課程開展課程思政提供一定的借鑒作用。

1 挖掘思政元素

“信號與系統(tǒng)”課程重點(diǎn)討論確定性信號與線性時不變系統(tǒng)分析的基本理論和方法。目前北京郵電大學(xué)已有12個本科專業(yè)開設(shè)了“信號與系統(tǒng)”課程,該課程對《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的12項(xiàng)畢業(yè)基本要求(如圖1所示)的支撐及對應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)如下:

課程目標(biāo)1:掌握信號與系統(tǒng)的基本概念和特性、確定性信號通過線性時不變系統(tǒng)的基本理論和基本分析方法,為分析和設(shè)計電子信息系統(tǒng)相關(guān)的工程問題打下必要的基礎(chǔ)。(工程知識)

課程目標(biāo)2:了解不同信號和系統(tǒng)分析方法之間的聯(lián)系和區(qū)別,并對這些理論與方法在工程中的應(yīng)用有初步了解。(問題分析)

課程目標(biāo)3:培養(yǎng)學(xué)生抽象思維能力、總結(jié)歸納能力、分析計算能力、熟練使用軟件進(jìn)行仿真計算的能力。(使用現(xiàn)代工具)

為了強(qiáng)化課程的育人功能,通過分析,我們從畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)中提取了相應(yīng)的學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)要求。遵循《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》給出的課程思政具體指導(dǎo)意見,我們將這些素質(zhì)培養(yǎng)要求作為開展課程思政建設(shè)的重要參考依據(jù),從堅定理想信念、家國情懷、文化素養(yǎng)、專業(yè)認(rèn)同、法制意識、職業(yè)倫理、科學(xué)精神、工匠精神、品格修養(yǎng)等方面深度挖掘課程中所蘊(yùn)含的思政元素。

從課程知識點(diǎn)出發(fā),我們挖掘整理了三十余個思政要素,部分如表1所示,下面對其做簡要介紹。

(1) 在緒論課上,通過介紹課程與信息產(chǎn)業(yè)、人工智能的關(guān)系,培養(yǎng)學(xué)生樹立產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國的責(zé)任意識。電報是最早用電來傳送信息的遠(yuǎn)距離通信方式,借助于莫斯碼的發(fā)明經(jīng)歷,傳遞出信息前輩的工匠精神;通過展示北京郵電大學(xué)莫斯大道的圖片,激發(fā)學(xué)生的家國情懷。

(2) 信號的能量和功率是信號的固有屬性。通信中為了保證信號的傳輸效果,發(fā)射功率需要大于探測器靈敏度要求的最低功率;另外提高發(fā)射功率也有利于減小信道中噪聲與干擾對系統(tǒng)性能的惡化。在授課時引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用技術(shù)創(chuàng)新提高信息傳輸和處理能效,例如第三代半導(dǎo)體技術(shù)具有動態(tài)參數(shù)小、效率高、損耗小、發(fā)熱小等優(yōu)勢,在通信設(shè)備制造中可以有效減小體積,提高散熱能力,有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,助力“雙碳”目標(biāo)達(dá)成。

(3) 在學(xué)習(xí)信號的傅里葉級數(shù)分析時,通過介紹學(xué)科發(fā)展歷史,培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神。

(4) 課程在引入頻譜概念時,向?qū)W生介紹通信頻段的電磁波波譜,使其認(rèn)識到無線頻譜是一項(xiàng)重要的公共資源。在日益激烈的5G時代的角逐中,取得與國家戰(zhàn)略利益相符合的話語權(quán),形成全球統(tǒng)一的頻譜規(guī)劃與配置至關(guān)重要。最后分析“華為”事件,激發(fā)學(xué)生科技強(qiáng)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

(5) 補(bǔ)充科學(xué)家的生平介紹,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、工程倫理和求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神。例如維納,在本課程中學(xué)習(xí)了以其名字命名的“維納-欣欽定理”以及約束系統(tǒng)物理可實(shí)現(xiàn)性的“佩利-維納準(zhǔn)則”。維納的一生極富傳奇色彩,其撰寫的兩本自傳《昔日神童》《我是一個科學(xué)家》是其一生的寫照。他是一位多才多藝和學(xué)識淵博的科學(xué)巨人,開創(chuàng)了維納信息論,將信息、通信和控制等不同領(lǐng)域的基本理論揉合在一起,由此創(chuàng)立了控制論(Cybernetics)。維納晚年時非常擔(dān)心技術(shù)被濫用,認(rèn)為“計算機(jī)作為人類的傀儡有可能變成這樣一種機(jī)器,它們一但被啟動就不再能被關(guān)閉,它們還可能代替人類做出各種決定”。

2 設(shè)計教學(xué)案例

在課程教學(xué)中采用“點(diǎn)-線-面”結(jié)合的方式融入課程思政元素,借助現(xiàn)代化信息技術(shù),從知識點(diǎn)出發(fā),與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合設(shè)計制作“科教-思教”融合教學(xué)案例,下面以“系統(tǒng)的無失真?zhèn)鬏敗睘槔榻B課程思政教學(xué)案例的設(shè)計思路。

(1)切入:從知識點(diǎn)“系統(tǒng)的頻域特性”出發(fā)引入應(yīng)用實(shí)例,如圖2(a)所示。2022年北京冬奧會開閉幕式中國國家體育場(鳥巢)的地屏為世界展現(xiàn)出了美輪美奐的動人畫面,也展示了中華兒女的精神風(fēng)貌和我國的綜合實(shí)力。通過分析鳥巢體育場的地屏分辨率、采樣率和傳輸速率的關(guān)系,引出系統(tǒng)的無失真?zhèn)鬏敻拍?通過介紹關(guān)鍵核心技術(shù)(地屏——京東方公司,高清數(shù)據(jù)線纜——海光芯創(chuàng)公司等),讓學(xué)生了解我國的科技發(fā)展的新成就,提高專業(yè)認(rèn)同感和民族自豪感。

(a) 切入

(2)展開:在知識點(diǎn)的“擴(kuò)展和思考”部分,引出話題“如何利用失真”。通過2018年諾貝爾物理學(xué)獎啁啾(chirp)脈沖放大技術(shù)應(yīng)用實(shí)例,如圖2(b)所示,讓學(xué)生了解所學(xué)知識點(diǎn)的應(yīng)用價值,以更加開闊的視野對待所學(xué)知識。

(3)延伸:首先介紹啁啾脈沖放大的原理,啁啾本來是指鳥鳴聲,后來用來指脈沖信號中頻率隨時間單調(diào)增加或下降。在應(yīng)用實(shí)例中,啁啾脈沖先通過光纖進(jìn)行色散,在時域上進(jìn)行展寬,再放大(降低了對增益介質(zhì)的要求,有效避免了增益飽和現(xiàn)象),放大后再進(jìn)行脈沖壓縮,將不同頻率成份攜帶的能量匯聚起來,形成了高強(qiáng)度超短激光脈沖,可用于醫(yī)學(xué)、激光加工和核物理等領(lǐng)域。在介紹原理之后,再因勢利導(dǎo)進(jìn)行延伸,引入思政元素“集中力量辦大事”,體現(xiàn)了我國的制度優(yōu)勢以及中華民族長久以來的集體力量,如圖2(c)所示。

(4)提高:最后進(jìn)行總結(jié),引導(dǎo)學(xué)生思考并深刻領(lǐng)會基礎(chǔ)研究的重要性,重視基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí),樹立產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國的工程責(zé)任感,為原始創(chuàng)新積聚力量,如圖2(d)所示。

3 探索教學(xué)模式

在教學(xué)中采用了“課內(nèi)-課外結(jié)合”和“線上-線下結(jié)合”的教學(xué)方式,以此來探索課程思政教學(xué)模式。

為了提高學(xué)生的參與度,在發(fā)揮課堂教學(xué)“主渠道”作用的基礎(chǔ)上,增加了課外學(xué)習(xí)環(huán)節(jié),要求學(xué)生生以團(tuán)隊的形式完成小型項(xiàng)目。學(xué)生在了解項(xiàng)目管理計劃和項(xiàng)目進(jìn)度、實(shí)施情況的過程中,發(fā)揚(yáng)同輩互助精神,鍛煉溝通交流能力和自主學(xué)習(xí)能力;學(xué)生在調(diào)研科學(xué)家生平事跡、撰寫調(diào)研報告、制作交流視頻的過程中,了解學(xué)科發(fā)展歷史,提高其科學(xué)思維能力和文化素養(yǎng)。

目前,混合式教學(xué)已經(jīng)成為教學(xué)“新常態(tài)”。為了讓更多的學(xué)生接觸到課程資源,將融合式教學(xué)案例在微信公眾號上進(jìn)行了推送。同時在中國大學(xué)MOOC平臺的北京郵電大學(xué)“信號與系統(tǒng)”課程(選課人數(shù)超過8萬人)的“教學(xué)資源”版塊中同步更新,在“課堂交流區(qū)”發(fā)起話題,引導(dǎo)學(xué)生積極參與討論。

近年來涌現(xiàn)了大量智慧教學(xué)工具,為教學(xué)資源發(fā)布提供了便利條件。探索利用“課堂派”智慧教學(xué)工具發(fā)布課程思政教學(xué)資料,針對社會和行業(yè)熱點(diǎn)問題引導(dǎo)學(xué)生參與話題討論,設(shè)置了測試題檢驗(yàn)學(xué)生的掌握情況,相關(guān)教學(xué)示例如圖3所示。

(a) 科學(xué)家介紹和學(xué)習(xí)情況測試

4 評價教學(xué)效果

為進(jìn)一步了解課程思政教學(xué)成效和學(xué)生群體對課程思政的整體態(tài)度,明確下一階段課程思政建設(shè)的改進(jìn)方向,通過“問卷星”軟件進(jìn)行了教學(xué)情況問卷調(diào)查(共回收問卷338份),以下為部分問題的調(diào)查結(jié)果。

(1)你更傾向于通過哪種形式學(xué)習(xí)思政案例?

A 教師在課堂進(jìn)行詳細(xì)講解(40.72%)

B 通過MOOC等方式進(jìn)行在線學(xué)習(xí)(36.60%)

C 課后通過小組作業(yè)或大作業(yè)方式(12.11%)

D 通過線上討論方式進(jìn)行學(xué)習(xí)(8.76%)

(2)你更希望看到哪些課程思政內(nèi)容?【多選】

A 我國在相關(guān)領(lǐng)域的新進(jìn)展(68.56%)

B 我國自主發(fā)展和創(chuàng)新的事跡(62.37%)

C 和所學(xué)知識相關(guān)的時事熱點(diǎn)(61.60%)

D 和所學(xué)知識相關(guān)的技術(shù)發(fā)展歷程(57.73%)

E 教師或周圍人的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或經(jīng)歷(51.29%)

F 其它內(nèi)容(0.52%)

(3)課程中引入的思政內(nèi)容對你有哪些具體幫助?【多選】(滿分5分)

A 有助于培養(yǎng)自己愛國情懷,堅定對中國特色社會主義道路的認(rèn)同與信心(4.62)

B 有助培養(yǎng)積極進(jìn)取的人生觀和價值觀,克服消極思想(4.63)

C 有助于建立追求真理、勇于探索和創(chuàng)新的職業(yè)精神和職業(yè)使命感(4.63)

D 有助于建立嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、誠信負(fù)責(zé)的職業(yè)道德和職業(yè)責(zé)任感(4.60)

E 有助于了解相關(guān)知識中蘊(yùn)含的思想價值和精神內(nèi)涵,拓寬了知識面(4.61)

F 有助于更深入的理解所學(xué)專業(yè)知識(4.50)

從上述調(diào)查結(jié)果看,大部分學(xué)生認(rèn)可“課內(nèi)-課外結(jié)合”“線上-線下結(jié)合”課程思政教學(xué)模式,教學(xué)內(nèi)容供給基本滿足了學(xué)生多元化的需求,課程思政對學(xué)生起到了預(yù)期的正向激勵作用,超過95%的學(xué)生認(rèn)可教學(xué)效果。另外,學(xué)生建議在今后教學(xué)中挖掘本校自身的思政素材,結(jié)合學(xué)校的發(fā)展成就講好身邊人的故事。

5 結(jié)語

面向新工科建設(shè)和“立德樹人”人才培養(yǎng)根本任務(wù),將工程教育專業(yè)認(rèn)證對學(xué)生的素質(zhì)培養(yǎng)要求作為開展課程思政的參考依據(jù),挖掘“信號與系統(tǒng)”課程思政元素。在教學(xué)實(shí)踐我們注意到,從知識點(diǎn)切入,通過引入“科教-思教”融合式教學(xué)案例,有利于形成“潤物無聲”的育人效果,有效促進(jìn)了“知識-能力-素質(zhì)”三位一體教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。將來我們將結(jié)合我校發(fā)展新成就,講好“北郵人”自己的故事,達(dá)到課程教學(xué)與思政育人同頻共振的教學(xué)效果。