1. 引言
教育兴则国家兴，教育强则国家强。高等教育作为培养高素质人才的重要途径、推动科技进步和社会繁荣的关键力量，更是把立德树人作为根本任务，全面推进课程思政建设，帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观。教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》也明确指出，所有课程都应承担“培养社会主义建设者和接班人”的使命，必须将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体。自此，“课程思政”这一理念开始进入人们的视野。
国外高校虽没有直接使用“课程思政”这一概念，但普遍通过隐性教育、价值观渗透、公民教育等方式，将意识形态、社会责任和伦理教育融入专业课程。以下是几种比较典型的模式：在通识课方面，哈佛大学《正义》课程通过探讨罗尔斯、康德等哲学思想，引导学生思考公平、自由与社会责任；麻省理工学院工程伦理课结合案例讨论工程师的社会责任；斯坦福大学“科技与社会”课程分析人工智能、基因编辑的伦理争议，强调科技向善。德国侧重“政治教育”，如柏林洪堡大学将纳粹历史反思融入历史、哲学课程；工科院校要求学习“技术伦理”。英国侧重“公民身份教育”，如伦敦政经学院在经济学课程中讨论“全球化与社会不平等”；牛津大学“领导力课程”强调公共服务的价值观。北欧侧重“可持续发展教育”，瑞典乌普萨拉大学在环境科学课程中嵌入“气候正义”议题，引导学生思考全球责任。
经过几年的建设和改革，国内高校也积累了丰富的课程思政方法体系和实践经验，体现了鲜明的中国特色。《高等学校课程思政建设指导纲要》明确了文史哲、经管法、理工农医等九大类课程思政建设要点。以工科课程为例，其建设要点是要在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力，要注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。
《数字信号处理》课程在《信号与系统》课程的基础上，深入分析z变换、离散傅里叶变换极其快速算法、数字滤波器设计、数字系统的实现、数字系统的有限字长效应等[1]。该课程的特点是理论性和实践性强，综合了数学、电路、信号、系统和信息等领域知识，是现代通信理论、自动控制、模式识别、故障诊断等的基础。其应用及其广泛，从传统的语音信号处理、图像信号处理、生物医疗、通信、汽车到人工智能、消费电子等前沿技术，再到航空航天、天眼、深海探测等国家重大需求都离不开数字信号处理技术的发展。
在信息化、智能化时代，《数字信号处理》课程作为电子信息类的专业课，对于夯实信号处理理论基础，培养学生的科学思维能力、实践能力和创新能力都具有重要的作用。因此，高校相关教师和学者对《数字信号处理》课程进行了多方面的教学改革和实践。文献[1]-[3]分别从工程教育专业认证、新工科背景和OBE理念探讨了课程的教学改革；文献[4]介绍了“金课”背景下理工类课程思政的内生式建设研究情况；文献[5]结合OBE理念和思政介绍课程建设；文献[6]和[7]都从不同的角度探索了课程思政元素和实践过程；文献[8]比较全面地介绍了电子信息类专业课程的课程思政元素和案例。
在常年主讲《信号与系统》和《数字信号处理》课程的基础上，课程团队针对《数字信号处理》课程的教学一直进行积极探索和改革，采取多种多样的教学模式，包括线上–线下混合式教学、课程思政教学、案例教学、研究式教学、实践教学等，保证知识目标、能力目标和思政目标三位一体的教学效果。课程获批校级课程思政示范课、湖南省课程思政示范课，基于“智慧树网”建设了在线学习平台和知识图谱。
本文以仪器仪表类新工科建设为背景，介绍课程团队在测控技术与仪器专业的《数字信号处理》课程教学中的课程思政教学实践。
2. 课程思政总体设计
顺应“互联网 + 教育”的时代发展，充分利用信息化技术，以智慧树共享课、知识图谱为线上平台，结合翻转课堂进行混合式教学(见图1)，探索线上思政和线下思政的融合，实现“知–行–践三合一”。
Figure 1. “Digital Signal Processing” smart tree learning platform
图1. 《数字信号处理》智慧树学习平台
仪器技术关系国计民生，也与国家重大需求相关，青年学生是祖国的未来，肩负着民族复兴的使命。厚植家国情怀，传递社会主义核心价值观，培养科学精神、法制意识、可持续发展观和工程伦理，增强社会责任和科技兴国的使命感是本课程思政建设的重点。
本课程实践性强，在先修课程《信号与系统》的基础上，侧重信号处理技术的实现，使学生具有数字系统建模、分析和设计的能力，具有一定的编程能力和解决实际问题的能力。注重培养学生的实践能力、创新能力、工匠精神、团队协作能力。
现代社会是一个信息化、数字化、智能化时代，本课程是信息技术、数字技术、智能技术的理论基础，对于新一代信息技术产业人才的培养具有重要的地位。同时，信息科技革命的浪潮势不可挡，能否跟上世界信息科技革命的步伐关系到中华民族伟大复兴。因此，重视学生信息素养的培养是非常必要的，包括掌握信号处理理论和工具、了解信息技术的发展历史和规律、学习信息科学家创新精神，具有信息技术发展的世界观。
另外，对于新工科学生来说，培养辩证思维能力、世界观方法论、文学素养、工程规范和工程美育等也是非常必要的。
3. 课程思政元素及融入方式
在教学实践中，课程思政融入方式及主要的思政元素概括起来包括四种：
(1) “教师 + 思政”的示范式
教师是课程思政教学的主力军，授课教师牢固树立立德树人的教学理念，提升育人能力，言传身教，润物无声，发挥示范引领作用。作者获得了省级课程思政教学名师、校级教学标兵、校级优秀共产党员和优秀女教师称号。
(2) “知识点 + 思政”的嵌入式
挖掘基本概念和原理等理论知识点蕴含的思政元素，如哲学思考、世界观方法论、辩证思维方法等。表1列举了部分思政元素及对应的知识点。
Table 1. Examples of ideological and political elements contained in knowledge points
表1. 知识点蕴含的思政元素举例
课程知识点 |
思政元素 |
信号和系统的关系 |
辩证统一关系 |
模拟和数字、时域和频域的关系 |
矛盾对立统一 |
信号分解与合成 |
分而治之的思想 |
卷积和运算的物理意义 |
水滴石穿、余音绕梁、弘一法师的“世界是个回音谷，念念不忘必有回响” |
时域、频域和变换域分析法 |
多角度分析和解决问题、宋代苏轼的“横看成岭侧成峰，远近高低各不同”、盲人摸象的典故 |
欠采样技术、噪声的有用性 |
事物的两面性 |
车轮“反转”与抽样定理 |
眼见不一定为实，需要理性思维 |
理想滤波器是对实际滤波器的建模 |
实际问题理想化、复杂问题简单化 |
滤波的概念 |
去粗取精、去伪存真 |
(3) “案例实践 + 思政”的支撑式
以丰富的案例和课后实践任务为支撑，培养工科学生必备的科学精神、实践能力、创新能力、工匠精神、社会责任等；普及工程伦理、工程美育、工程规范。主要从以下四个方面展开：
a. 理论知识和技术在日常生活、通信、航天、卫星通信、人工智能等领域的应用案例、科研案例、前沿案例等。让学生认识到学习理论知识的重要性，可以为社会、人民、应用服务，培养学生对行业的认识，激发学习动力。如滤波技术在通信中的应用、快速傅里叶变换在人工智能中的应用。
b. 任务驱动型的小组课后实践任务，如编程大作业、学习报告、调研报告、实验等，锻炼学生的团队合作能力、工匠精神、创新能力和实践能力。
c. 以机器人、DeepSeek、ChapGPT、AI等前沿案例介绍人工智能、信息技术领域的最新发展情况，并普及工程伦理，让学生认识到技术是一把双刃剑，在推动社会进步的同时，也在很大程度上带来了技术风险。无论将来从事何种领域的工作，都要有社会责任和民族担当， 同时要考虑算法和产品对社会、健康、安全、法律、文化以及环境和社会可持续发展的影响。
d. 通过对定理、信号流图、滤波器结构图的严谨规范性分析以及对程序代码、作业等格式的严格要求，培养学生的工程规范意识。
(4) “拓展 + 思政”的补充式
补充学科和信息技术发展历史、科学家的故事，对知识进行拓展、思考和讨论等。
a. 补充信息技术的发展历史，让学生了解信息技术的发展过程，明白任何事物的发展必须遵循客观规律，意识到信息技术与我们的生活息息相关，信息科技革命为经济的发展带来深刻变革，培养信息素养，增强学习兴趣和动力。
b. 补充信号处理领域科学家的故事，如傅里叶、拉普拉斯、维纳、卡尔曼、商农等，鼓励学生追求真理，体会科学家刻苦钻研、不畏艰难的精神，敢于创新。
c. 补充我国信息领域科学家的故事(钱学森、李衍达等)、信息科技方面的进展(北斗等)、成功企业发展历程(华为、科大讯飞、海康威视等)等，引导学生关注国家最前沿技术，体验大国工匠的精神实质，激发学生的探索精神和民族责任感，树立科学的价值观。
d．对知识进行补充和拓展，让学生意识到随着人类对未知领域的探索、复杂环境的变化，技术是需要发展和变革的，培养创新意识和探究精神。如针对“数字滤波器的理论和设计”这部分知识，补充介绍了二维数字滤波器、现代滤波器的理论和设计方法，包括维纳滤波器、卡尔曼滤波器和自适应滤波器。
4. “快速傅里叶变换”知识点的课程思政教学实践
离散傅里叶变换(DFT)的提出，使傅里叶变换在计算机中实现成为可能，但是DFT运算量很大，尤其是序列长度较大时，运算量更大，无法满足实时性的要求，因此有学者提出了快速傅里叶变换算法，简称FFT算法。
本节以“快速傅里叶变换(FFT算法)”知识点为例，具体介绍课程思政教学实践。
(1) 导入：教师介绍FFT算法的提出背景及重要地位
教学案例和素材：二战后，全球核军备竞赛开始无序发展，造成巨大的恶劣影响。一些世界领导人呼吁全面禁止核试验，并签署了相关协议。但是，不确定有些国家是否会遵守协议，因此，需要找到一种可靠探测地下爆炸的方法，并且能区分是地震还是爆炸。其中，库利和图基就是两名成员。库利和图基从问题的根本出发，于1965年提出了FFT算法。FFT算法是最有用的算法，也是改变世界的算法。
课程思政元素：了解理论知识的提出背景和实际应用场景，培养理论联系实际的能力，敢于创新、大胆创新；学习科学家的钻研和探索精神。
(2) 课前检测：FFT算法分解思路
教学案例和素材：通过提问的方式检查学生线上知识掌握情况，总结FFT算法的两种分解思路，即为解决时域和频域的矛盾，分别从频域和时间的角度分解。引申到TRIZ创新理论的“物理矛盾与分离原理”，简单介绍TRIZ创新理论。
课程思政元素：通过具体算法实例，让学生了解TRIZ创新理论，培养学生的创新意识。
(3) 自由讨论：分析FFT快速实现流图的特点、规范性和对称性
教学案例和素材：结合两种FFT算法的计算公式、蝶形运算单元和快速计算图(见图2和图3)，分析FFT算法的规范性和对称性，发现对称之美。FFT算法被誉为是最优雅、最具美感的算法。
课程思政元素：培养学生的规范意识，普及工科美育。
(4) 分析FFT算法的重要性
教学案例和素材：教师对傅里叶变换、DFT和FFT进行对比和总结，突出FFT算法的重要性，FFT算法是最巧妙的算法。补充介绍巴贝奇和埃达发明差分机失败的教训，他们希望发明一种性能优良、功能丰富的计算机，但用复杂的方法来解决复杂的问题。
Figure 2. The fast calculation graph of the time extraction FFT algorithm
图2. 时间抽取FFT算法快速计算图
Figure 3. The fast calculation graph of the FFT algorithm for frequency domain extraction
图3. 频域抽取FFT算法快速计算图
课程思政元素：启发学生处理问题和解决问题，要将复杂问题简单化、分而治之，同时也普及信息技术发展史，培养信息素养。
(5) FFT算法的硬件实现
教学案例和素材：简单介绍FFT算法在DSP和FPGA中的实现，并由DSP和FPGA芯片的介绍，引出中国芯——魂芯II-A。
课程思政元素：培养学生的实践能力，增强学生的民族自豪感和自信心，激发学生的爱国热情。
(6) FFT算法的应用
教学案例和素材：FFT算法在理论和工程中具有非常广泛的应用，比如5G、WiFi、声呐、雷达等。介绍测量领域典型的应用——电力谐波检测。
课程思政元素：引导学生关注行业领域发展情况，增强专业自信，培养学生理论联系实际的能力。
(7) 前沿技术——FFT算法与人工智能
教学案例和素材：介绍FFT算法在卷积神经网络中的应用、斯坦福大学和莱斯大学有关FFT算法在人工智能中的最新研究工作。
课程思政元素：引导学生关注前沿技术，激发学生的探索精神和创新意识。
5. 教学效果
本课程教学效果良好，充分利用了信息化技术在教学中的优势，开展线上、线下课程思政实践。结合专业培养目标、课程特色、行业发展和时代趋势，本课程的思政元素涉及国家、社会、专业和个人四个层面，同时又侧重家国情怀、信息素养和创新能力，塑造新工科学生的思想价值，得到了校内外同行和教学督导的肯定和好评。课程团队成员的教书育人能力得到了提高，在教学平台、教改项目、教改论文和教学比赛各方面都取得了一定的成绩。学生在学科竞赛、创新项目、专利、论文等方面都取得了不错的成绩。对部分学生问卷调查统计(图4、图5)，学生对信息素养、团队合作能力的满意度和非常满意度占比分别是100%和93.75%。
Figure 4. Satisfaction survey of information literacy
图4. 信息素养的满意度调查
Figure 5. Satisfaction survey of teamwork ability
图5. 团队合作能力的满意度调查
6. 结论
本文以“快速傅里叶变换(FFT算法)”知识点为例，介绍《数字信号处理》课程的课程思政教学实践，在知识传授、能力培养的过程中，塑造新工科学生的思想价值，很好地达成了专业课程的育人成效。对于《数字信号处理》课程的教学改革具有一定的参考价值，同时，对于其它工科课程的课程思政教学具有一定的借鉴意义。
基金项目
《数字信号处理》湖南省课程思政示范课教学成果(湘教通(2024)139号)。