張亞周 孫雪麗 鐘兆根

(海軍航空大學(xué) 航空基礎(chǔ)學(xué)院,煙臺(tái) 264001)

教育部在2020年5月頒布的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》中明確提出,專業(yè)課程是高校課程思政建設(shè)的重要依托?！靶盘?hào)與系統(tǒng)”是海軍航空大學(xué)航空反潛類專業(yè)和電子信息類專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。作為“信號(hào)與系統(tǒng)”的核心內(nèi)容,傅里葉變換在許多實(shí)際領(lǐng)域中都有著非常廣泛且重要的應(yīng)用,因此也是該課程思政元素融入的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本文中,作者圍繞高校課程思政建設(shè)的“價(jià)值塑造+能力培養(yǎng)+知識(shí)傳授”三位一體教學(xué)目標(biāo)和要求,堅(jiān)持“價(jià)值為魂、能力為重、知識(shí)為基”教學(xué)理念,以“傅里葉變換”知識(shí)點(diǎn)為例,在課程思政建設(shè)及教學(xué)改革實(shí)踐的基礎(chǔ)上,深入挖掘該知識(shí)點(diǎn)蘊(yùn)含的思政元素,對(duì)其融入方法進(jìn)行了深入的探索與應(yīng)用實(shí)踐。通過改變傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)形式,探索“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的思政融入新方法,實(shí)現(xiàn)思政教育與課程教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)融合,全方位提升學(xué)員思想政治素養(yǎng),從課前、課中、課后多環(huán)節(jié)、立體化、全過程確保課程思政建設(shè)落地生根、見功見效[1]。

1 傅里葉變換的教學(xué)設(shè)計(jì)過程

學(xué)員是學(xué)習(xí)的主體。傳統(tǒng)“灌輸式”教學(xué)方式難以從根本上調(diào)動(dòng)學(xué)員的學(xué)習(xí)自主性和積極性,因此很大程度上抑制了學(xué)員的思維活力、求知欲望和興趣[2]。課程思政教育的對(duì)象是學(xué)員。高校課程思政教育過程必須以學(xué)員為中心。近年來(lái),作者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn),隨著“00后”群體的不斷壯大,學(xué)員們對(duì)“老一套”說教式思政方式明顯缺乏耐心。為此,我們提出堅(jiān)持“以學(xué)員為中心、以能力培養(yǎng)為主導(dǎo)”的教學(xué)理念,以學(xué)員對(duì)思政內(nèi)容的接受和理解作為根本宗旨,不斷探索課堂教學(xué)模式改革。以“傅里葉變換”教學(xué)內(nèi)容為例,遵循課前、課中和課后三個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)思路,給出本節(jié)內(nèi)容的課程設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。通過“課前-課中-課后”環(huán)環(huán)相扣,將思政元素“浸潤(rùn)式”融入課程學(xué)習(xí)過程,真正做到思政內(nèi)容入腦、入心[3],從而引導(dǎo)學(xué)員深刻認(rèn)識(shí)自身的時(shí)代感、使命感和責(zé)任感,全面激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣,充分調(diào)動(dòng)學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性、參與性和創(chuàng)造性。如此以來(lái),不僅讓學(xué)員牢固掌握了專業(yè)理論知識(shí),培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)習(xí)慣,還鍛煉了他們通過交流合作來(lái)分析和解決問題的能力及技能,樹立家國(guó)情懷和遠(yuǎn)大志向抱負(fù)[4]。

圖1 課堂教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

2 具體實(shí)施過程

2.1 課前自主學(xué)習(xí)階段

1)發(fā)布學(xué)習(xí)資料

教員要將本節(jié)課所需要的優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資料(如電子教材、授課PPT、在線學(xué)習(xí)視頻等)上傳至智慧樹平臺(tái),及時(shí)提醒學(xué)員進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的課前學(xué)習(xí)。通過自學(xué)階段,讓學(xué)員充分激發(fā)自身的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性以及自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

2)布置課程預(yù)習(xí)任務(wù)

教員明確指出本次課的學(xué)習(xí)目標(biāo),確定學(xué)員需要掌握的知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)圍繞“傅里葉變換的具體實(shí)踐應(yīng)用”這一主題,讓學(xué)員搜集和查閱相關(guān)應(yīng)用案例資料,并準(zhǔn)備上課時(shí)進(jìn)行交流匯報(bào)。這不僅能夠便于學(xué)員明確學(xué)習(xí)目標(biāo),掌握基礎(chǔ)知識(shí)和基本概念,而且有助于增強(qiáng)學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力,培養(yǎng)探究精神。

2.2 課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

1)教學(xué)導(dǎo)入

科學(xué)家傅里葉自幼家境貧寒,八歲成為孤兒,但這絲毫沒有影響他對(duì)知識(shí)的強(qiáng)烈渴求。即便是在非常惡劣的環(huán)境下,他也不曾放棄理想,在逆境中仍然堅(jiān)持追求科學(xué)和真理。1807年他將一篇題為《熱的傳播》的論文呈交到巴黎科學(xué)院[5]。在這篇論文中,他提出任何周期信號(hào)都可以看作是一系列正弦(或余弦)信號(hào)的線性疊加。這一觀點(diǎn)也是我們這一節(jié)授課內(nèi)容的核心。在論文審稿過程中,這一過于新穎的觀點(diǎn)遭到了著名科學(xué)家拉格朗日的強(qiáng)烈反對(duì)。鑒于朗格朗日當(dāng)時(shí)在學(xué)術(shù)界的威望,該論文并未得到發(fā)表。但傅里葉并沒有就此放棄。他通過進(jìn)一步深入研究和修改完善,最終完成了劃時(shí)代的經(jīng)典性著作《熱的解析理論》。在這部著作中,傅里葉提出了兩個(gè)重要觀點(diǎn):一是任何周期信號(hào)都可表示為一系列呈諧波關(guān)系的正弦信號(hào)的加權(quán)和;二是非周期信號(hào)則可表示為正弦信號(hào)的加權(quán)積分。這兩個(gè)觀點(diǎn)構(gòu)成了本節(jié)授課內(nèi)容的核心思想。1829年,傅里葉的學(xué)生狄里赫利證明給出了傅里葉級(jí)數(shù)收斂條件,從而使傅里葉分析方法具備了數(shù)學(xué)上的嚴(yán)謹(jǐn)性和規(guī)范性。正是由于這一突出貢獻(xiàn),傅里葉分析被廣泛接受,在數(shù)學(xué)、物理和工程領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。借由傅里葉刻苦鉆研、不輕言放棄的精神,講述海軍馬偉明院士利用20平米實(shí)驗(yàn)室,3.5萬(wàn)元經(jīng)費(fèi),歷時(shí)六年發(fā)明多相整流發(fā)電機(jī),解決“固有震蕩”這一世界性難題的故事。讓學(xué)員明白,不管什么年代的科學(xué)家都必須具備勇于追求的精神。

“課程思政切入點(diǎn)”:①借助傅里葉和馬偉明的生平軼事,引導(dǎo)學(xué)員探索科學(xué)、追求真理,體味科學(xué)家刻苦鉆研、不畏艱難的精神,培育學(xué)員具備良好的科學(xué)素養(yǎng)。②在此基礎(chǔ)上,通過進(jìn)一步發(fā)掘,我們發(fā)現(xiàn):根據(jù)當(dāng)時(shí)的理論水平,傅里葉論文的結(jié)論確實(shí)存有爭(zhēng)議;直到后來(lái)狄里赫利證明給出收斂條件,才論證了其完備性。從這個(gè)意義上講,當(dāng)時(shí)拉格朗日也正是為了科學(xué)上的嚴(yán)謹(jǐn)性,才拒絕了傅里葉發(fā)表其研究成果。

2)教學(xué)內(nèi)容

(1)傅里葉變換的應(yīng)用。學(xué)員展示預(yù)習(xí)任務(wù):課前,以“傅里葉變換的應(yīng)用案例”作為學(xué)習(xí)任務(wù),要求學(xué)員通過查閱資料,歸納和總結(jié)傅里葉變換在社會(huì)生產(chǎn)和日常生活中,特別是在軍事武器裝備中的具體應(yīng)用,以學(xué)員交流匯報(bào)的方式作為本節(jié)課的教學(xué)導(dǎo)入。選取3～5名學(xué)員展示自己課前任務(wù)的完成情況,然后請(qǐng)其他學(xué)員以舉手自薦的方法再對(duì)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充。最后,由教員進(jìn)行點(diǎn)評(píng)、總結(jié)及擴(kuò)展延伸內(nèi)容。通過把科研前沿案例與課堂教學(xué)內(nèi)容密切結(jié)合,用生動(dòng)有趣的方式講解枯燥的理論知識(shí),讓學(xué)員感受到科研前沿也不再那么神秘,課堂所學(xué)和前沿科技是緊密相關(guān)的,從而激發(fā)他們對(duì)未知的好奇心。

“課程思政切入點(diǎn)”:①通過提前布置的任務(wù),培養(yǎng)學(xué)員自己查閱資料、自主學(xué)習(xí)的能力。②在學(xué)員回答問題、其他學(xué)員補(bǔ)充回答的過程中,培養(yǎng)學(xué)員的思辨能力、語(yǔ)言表達(dá)和系統(tǒng)思考能力。③教員在對(duì)學(xué)員展示內(nèi)容進(jìn)行點(diǎn)評(píng)及擴(kuò)展的基礎(chǔ)上,通過講解傅里葉變換在軍事方面的應(yīng)用,借助當(dāng)前信息技術(shù)的前沿進(jìn)展,讓家國(guó)情懷和民族自信心、自豪感扎根學(xué)員心靈,實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)與價(jià)值引領(lǐng)的同頻共振。結(jié)合新時(shí)代軍事發(fā)展對(duì)理論創(chuàng)新的需求,讓學(xué)員了解我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸,激發(fā)學(xué)員的憂患意識(shí)與責(zé)任擔(dān)當(dāng),激勵(lì)學(xué)員以更大的決心和更好的狀態(tài)投入到學(xué)習(xí)中去。

(2)傅里葉變換的定義。通過傅里葉變換,頻域分析將信號(hào)從時(shí)域變換到頻率域。它引導(dǎo)我們從信號(hào)的表面深入信號(hào)的本質(zhì),可以獲得信號(hào)的頻率成分、各頻率成分所占比重、相位特性及能量分布,從而看到時(shí)域角度無(wú)法看到的問題。以雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)為例引出頻域分析的必要性,講解傅里葉變換的定義及頻域的概念。

“課程思政切入點(diǎn)”:①“橫看成嶺側(cè)成峰”,復(fù)雜性廣泛存在于許多現(xiàn)實(shí)問題或事物之中,需要從多角度、多方位進(jìn)行思考,才能獲得較為全面正確的認(rèn)識(shí)。通過改變?cè)兴季S定勢(shì),換個(gè)角度來(lái)看待問題,可以幫助尋找解決問題的多種途徑,從而提升創(chuàng)新創(chuàng)造能力[6]。②在學(xué)習(xí)、生活中碰到各種困難、挫折在所難免,我們不能被困難所擊倒,而應(yīng)該轉(zhuǎn)變思路,采取“變換”的方法,將問題切換到不同的“域”中,從不同角度和視野去分析問題,或許就使問題變得簡(jiǎn)單并得到解決。

(3)傅里葉變換的性質(zhì)。傅里葉變換本身有一定難度,很多學(xué)員解題時(shí)覺得吃力。在學(xué)完相關(guān)變換的性質(zhì)之后,可以利用性質(zhì)來(lái)解題。通過相關(guān)性質(zhì)可以大大簡(jiǎn)化問題的分析過程,還可以一目了然地看出不同信號(hào)之間的關(guān)系。

“課程思政切入點(diǎn)”:黨的十八大以來(lái),習(xí)近平總書記多次強(qiáng)調(diào):各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)干部要努力掌握科學(xué)思維方法,提高科學(xué)思維能力,其中包括提高辯證思維和創(chuàng)新思維能力。作為新時(shí)代復(fù)合型軍事人才,面對(duì)復(fù)雜問題要迎難而上,學(xué)會(huì)化繁為簡(jiǎn),要樹立信心,未來(lái)總會(huì)“柳暗花明又一村”。

3)課堂小結(jié)

隨機(jī)挑選3～5名學(xué)員對(duì)本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納和總結(jié),隨后再由教員進(jìn)行補(bǔ)充,同時(shí)要著重強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。在此過程中,注重培養(yǎng)學(xué)員的語(yǔ)言概括能力和自我獲取知識(shí)的能力。

2.3 課后教學(xué)設(shè)計(jì)

教員通過智慧樹平臺(tái)發(fā)布作業(yè),學(xué)員可以通過在線作答或者手寫作答再拍照上傳附件的方式完成作業(yè)。一方面學(xué)員可乘勝追擊,將課堂所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)際相聯(lián)系,進(jìn)行提高訓(xùn)練,鞏固所學(xué)知識(shí);另一方面,教員通過收集學(xué)員作業(yè)完成情況,可以了解學(xué)員對(duì)知識(shí)的掌握情況,為后續(xù)的教學(xué)改進(jìn)提供依據(jù)。通過以小組為單位完成學(xué)習(xí)任務(wù),還可以培養(yǎng)學(xué)員團(tuán)隊(duì)合作能力。

3 結(jié)語(yǔ)

“傅里葉變換”這一節(jié)課程內(nèi)容的理論性與實(shí)踐性比較強(qiáng)。近年來(lái),作者在本章節(jié)的教學(xué)實(shí)踐中,采用本文所述“課前-課中-課后”三個(gè)環(huán)節(jié)相結(jié)合的方式進(jìn)行講授,充分激發(fā)學(xué)員的積極性、主動(dòng)性以及自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力。在每個(gè)環(huán)節(jié)中,將課程思政元素有機(jī)融入,毫無(wú)牽強(qiáng)附會(huì),因此也讓學(xué)生更容易理解和接受[7]。通過課程思政元素發(fā)掘,把傳授知識(shí)、立德樹人緊密結(jié)合起來(lái),將專業(yè)知識(shí)與思政元素相融合,實(shí)現(xiàn)知識(shí)性和思想性的統(tǒng)一,幫助學(xué)員塑造正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀。