一、课程思政建设总体方案
学院在课程思政教育教学指导委员会指导下,总体延续2022年的建设目标与建设方案,全面落实课程的课程思政建设与实施,建设课程思政案例、课程思政微课;继续收集课程思政教学元素、教学资源,建设电子信息类课程思政案例库;以2024版本科专业培养方案修订为契机,强化本科人才培养立德树人根本任务。
二、课程思政建设具体措施
1.在每学期初召开的系副主任、研究所本科教学负责人工作交流会上传达持续开展课程思政建设的要求。
2. 继续建设思政案例库,巩固一流课程、专业基础课、专业核心课的课程思政建设成果,根植专业和课程特点,挖掘提炼课程蕴含的思想价值和精神内涵,优化课程思政供给,思政元素与课程内容深度融合。
3.动员、支持课程思政建设基础较好的课程开展课程思政微课制作;通过学院网站、微信公众号做好课程上线后的宣传工作。
4.名师示范和指导,在课程思政建设、评比中对参评课程组、教师进行专门指导;在教学督导听课、教学资料检查等环节落实对课程思政内容的督导检查;组织课程组参加北京交通大学课程思政微课作品经验交流会。
5.组织动员申报校级教改项目课程思政建设类项目。
6.学院支持“信号与系统”等8门国家级一流课程开展优质教案建设,将课程思政案例建设成果进一步细化落实,提升课程思政成效。
7.2024版本科专业培养方案修订工作中,强调立德树人,并对培养目标、毕业要求以及指标点分解进行修订完善。
三、建设成效及推广应用
李艳凤主讲的“数字信号处理”,李润梅主讲的“自动控制原理I”课程思政教学案例上线新华思政网,学院网站同步进行推送。
“数字电子技术”、“数字信号处理”等11项2022年度校级教改项目课程思政建设类项目顺利结题;“5G电波传播与无线信道测量虚拟仿真实验”课程思政建设等6项获批2023年度校级教改项目课程思政建设类项目。
“通信原理”等五门第二批国家级一流课程的课程思政案例收录《北京交通大学国家级一流课程优秀课程思政案例集(第二辑)》。开展课程思政案例库建设,累积已有62个思政案例入选学校课程思政案例库。
初步完成2024版培养方案修订,继续将“培养具有社会主义核心价值观,德智体美劳全面发展”等作为各专业培养目标的重要内容;将“品德修养:理解并掌握科学的世界观和方法论,具有良好的思想品德和社会公德,具有家国情怀和社会责任感,能够践行社会主义核心价值观”作为各专业毕业要求第一点。
四、课程思政建设特色与创新
1.加强对课程思政典型的宣传推送,李艳凤主讲的“数字信号处理”,李润梅主讲的“自动控制原理I”课程思政教学案例上线新华思政网,学院第一时间在学院网站和微信公众号对成果进行了推送。
2.学院面向学生覆盖面大、思政建设基础好的专业基础、专业核心课程开展优质教案建设,第一批动员“信号与系统”等8门国家级一流课程立项建设,将课程思政案例建设成果进一步细化落实,提升课程思政成效。
五、课程思政建设典型案例
极化码与华为
完成人:张立军、郑宏云、郭宇春
一、课程和案例的基本情况
课程名称:通信原理
授课对象:通信工程
课程性质:必修
课程简介:
《通信原理》是通信工程专业的核心课程,也是为后续专业课学习做铺垫的专业基础课。本课程系统讲述通信系统实现信息传输的基本原理,包括信号与噪声分析、模拟调制、模拟信号数字传输、数字信号的基带传输、频带传输、最佳接收和差错控制编码。培养学生的通信系统建模分析和优化设计能力,提升学生的主动学习、勇于探索的工程素质和科学精神。
教学团队戮力同心,积极建设中英文的线下课程、慕课课程、数字课程与新形态教材。经过几代任课教师的努力,本课程得到广大学生、同行、专家的好评与认可,在同类课程中具有一定的影响力和知名度。
课程获评国家级一流线下课程、北京市优质本科课程和北京市精品课程,自编教材获评北京市精品教材、“十一五、十二五高等教育规划教材”,课程教学获评北京市教学成果奖。
案例简介:
极化码能成为5G信道编码标准之一,除了其优异的性能外,与华为的积极推动亦有很大关系。该案例从极化码原理讲起,进而介绍极化码之父Erdal Arikan教授的学术生涯,以及华为推动其在5G中的研发情况。
案例位于通信原理课程“差错控制编码”部分,以拓展专业内容的视角引入,力求与时俱进,贴近工程实际,同时蕴含科学方法论、价值观与科学精神、爱国主义与民族精神三方面的思政要素,以实现全方位引导。
二、案例蕴含的思政元素分析
极化码的原理及提出和实用化过程,包含三个方面的思政元素。
(一)科学方法论
极化码编码电路是一种极富对称美感的结构,看似复杂的系统实际上仅由一个个相同的基本单元巧妙排列构成,而且每一级的输入相互独立。通过极化码结构体现的“分而治之”,“由小及大”的思想,引导学生学习科学的方法论,学会由小及大地认识系统,且“不以其小而不为”,认识到只有夯实基础,方能成就大事。
(二)正确价值观和科学精神
极化码并非研究者灵光一闪的产物,它的诞生离不开Arikan教授在信息学领域中二十年的潜心笃行、初衷不改。通过科学家的故事,引导学生树立正确的价值观和科学精神,不以功利主义对待学习和研究,而要脚踏实地、耕耘不辍。
(三)爱国主义与民族精神
华为作为民族企业,受到国外敌对势力的技术封锁和制裁,但他们不畏困难和压力,坚持创新和研发。华为以敏锐的眼光发现极化码潜在的实用价值,并大力研发,仅用十年时间就推动将极化码纳入5G标准。以华为勇于把握时机,从容面对挑战的精神和勇气,激发学生的家国情怀和爱国主义精神。
三、案例教学整体设计
(一)教学设计
极化码是当今5G短码中控制信道的编码方案,是相对前沿的理论。课程主张与时代接轨,激发学生对前沿技术的兴趣。
在知识传授方面,介绍极化码编译码原理,与前沿技术接轨。
在能力培养方面,通过理论学习、视频介绍、课外推荐资料多方位结合,加深学生对课程内容的理解,激发学生研究热情。从而丰富理论知识,强化分析能力。
在价值塑造方面,介绍科学家经历、企业故事,弘扬家国情怀,使学生端正学习心态,建立正确的世界观和方法论。
(二)教学实践
1.讲授极化码的基本内容,即信道合并、信道分离和信道极化。引导学生理解其中蕴含的方法论。
极化码的优势在于其高可靠性、高效性和低复杂度,其构造主要依赖于信道的极化现象。首先以BEC为例。在图1所示两个信道中,假设删除概率p为0.5,x1和x2出现传输错误的概率同样为0.5。可知只有x1和x2均正确传输,u1才解码成功;只有x1和x2均错误传输,u2才解码失败。
图1信道合并
这种结构可以产生比原来更差和更好的信道,仅如图2所示的三层结构,就产生了删除率为0.9961和0.0039的信道。
图2信道极化现象
随着码长N = 2n增大,子信道的信道容量逐渐向C(W) → 0和C(W) → 1变化。以BEC为例,如图3所示,随码长增大,信道容量趋向于极端的子信道占比越高。利用这个现象选择无噪信道传输信息,而另一部分的纯噪信道设置为已知比特。增大码长有利于传输信息,同样会增加编译码系统的复杂度,同时应该考虑编译码复杂度的问题。
图3不同码长下信道极化现象(BEC信道,删除率为0.5)
图4不同码长下信道极化现象
2.介绍极性码之父Arikan的学术经历,以及华为在极性码实用化过程中的贡献,引导学生建立正确的价值观与世界观
Arikan教授原本就读于中东科技大学,70年代土耳其国内政局混乱,他只得前往加州理工学院继续完成学业,随后在麻省理工学院跟随编码领域知名专家Robert G. Gallager教授研究信息学。
Arikan教授回国后在毕尔肯大学任教,并继续埋头于信息学研究。2007年发表了极化码论文,开拓出信道编码研究的新方向。极化码是迄今唯一能够被严格证明达到香农极限的信道编码方法。在华为的大力推动下,2016年极化码成为3GPP 5G NR eMBB的控制信道编码标准。
华为凭借敏锐的眼光及时意识到极化码的应用潜力,并在Arikan教授研究基础上进一步展开试验和试用研究,加速了极化码的产业应用。极化码从出现到成为标准仅用了十年时间,这在通信标准历史上是非常罕见的。华为的慧眼识珠不仅成就了5G技术发展的一段佳话,更为中国赢得了5G时代的话语权。
3.介绍华为的挑战与机遇,激发学生的爱国精神与家国情怀,敢于在科技发展中突破壁垒另辟蹊径
争得标准仅是华为在技术领域努力的冰山一角。实际上,早在2009年,华为就开启5G研究。2011年,华为明确5G需要突破的三大应用领域——eMBB、uLRRC和mMTC,为业界指明了发展方向。2012年,华为开始做样机验证,次年完成室内样机,2015年进入大规模外场试验。2016年确定5G标准后,华为持续加强技术研发和基础科学的长期投入,率先突破关键技术,实现了5G规模商用。
2018年底“孟晚舟案”发生,华为被美国列入“实体名单”,经历了两轮制裁,手机等终端技术完全被卡脖子,业务营收大不如前。华为没有因此退缩妥协,而是迎头斗争,在材料、光刻机等硬件领域和EDA等软件领域进行全方位攻关。2023年9月,华为推出具有划时代意义的Mate 60 pro手机,不仅有力回击了欧美的技术封锁,更提振了整个国产手机零部件产业链的信心,极大推动了中国半导体产业快速成长。
如何把握住机遇,从容应对挑战,不仅仅是华为要考虑和面对的,对于所有中国企业都是一个不可回避的问题。在这样的一个伟大的时代,做伟大的事业,成就伟大的功勋,是每一个技术工作者毕生无限的追求。作为学生,应心怀“强国有我”的雄伟抱负和远大理想。
4.提出课后拓展要求,巩固思政教育成果,增强感染力。
华为勇于自主创新,打破美国等西方国家的技术封锁,请同学们据此开展调研并提交报告。
(三)教学反思
密切结合专业知识,恰当引入思政主题。差错控制编码是通信原理中的重要环节。极化码这一新兴的差错控制编码技术为5G标准采用,作为课程的补充内容,可开拓学生视野,贴近工程实际。从经典编码方案与近香农限编码的角度入手引入此内容,避免“硬融入”的窘境。授课时要结合专业内容与时政,平滑过渡。
强调内容理解,切忌生硬。课程内容本身是丰富多彩的,在讲授时涉及其他科目的知识时应及时梳理。极化码属于通信原理中纠错编码的范畴,本身还涉及到信息论的诸多内容,要求学生有宽阔的知识面和融会贯通的领悟力。如何生动讲好思政故事,在与课堂专业内容紧密结合的前提下,充分传达其中蕴含的精神,这对教师的授课能力提出了新的要求。
注重引导,提供足够的课外延伸资料。极化码属于拓宽学生知识面的内容,如果没有特别关注5G发展,一般的学生并不了解其基本理论与具体实施方法。当课程思政涉及到新的专业知识时,不妨给出文献、网络视频等资料,在激发学生兴趣的同时,为他们提供课下自行深入探索的资源与途径,在延展思政教育的同时增强学生专业素养,可谓一举两得。
六、工作反思
1.教师课程思政育人意识和能力需要进一步提升。
2.教师课程思政培训覆盖面需要继续提升,教师课程思政培训资源需要不断挖掘。
3.思政教学团队培育仍需加强。
4.理工科专业课程课程思政元素对课程知识体系的支撑作用需要进一步探索和设计。