与民航应用结合的“随机信号分析”课程思政教学实践探索

［摘 要］ 为了在学时少的理论课程教学中将价值塑造、知识传授、能力培养三者融为一体，构建了与民航应用相结合、以问题探究为抓手的“随机信号分析”课程思政教学模式。针对重要知识点，设计与民航发展建设和实际应用相结合的教学案例，通过丰富多样的音视频素材，巧妙且自然地融入思政元素，使学生在学习理论知识的同时，拓宽行业认知，增强职业责任感。改变以理论讲授为主的教学方式，借助与应用案例相结合的演示教学软件和相关科研成果展示，让学生对重要知识点有更直观形象的认识，对应用问题的探究解决过程有更深刻的理解，对前沿科技发展动态和行业发展趋势有更深入的了解。通过开放性课外实验，学生能够自觉复盘应用问题的探究解决过程，巩固对理论知识的理解，增强实践动手能力和创新意识，掌握科学的思维方法，最终实现理论课程育人与育才的统一。

［关键词］ 课程思政；应用案例；随机信号分析；实践教学

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）04-0116-04

引言

“随机信号分析”是中国民航大学通信工程和电子信息工程专业面向本科生开设的必修专业基础课，也是“通信原理”“通信系统”“机载监视”等专业课程的必修前续课程。在课程实际教学中，面临以下三个问题。一是内容理论性较强、学时少，学生学习的难度较大。由于本课程需要学生综合运用高等数学、概率统计、复变函数、信号与系统等理论知识，进一步学习随机信号的基本概念、时频域特征、随机信号经过线性系统的时频域分析、窄带高斯过程等经典随机信号分析理论知识，在32总学时内完成上述学习任务难度较大。二是内容抽象、与实际应用结合较少，不利于学生应用能力的培养。由于课程内容偏重理论，较为抽象，现有教材缺乏随机信号分析在民航中应用的案例，对教师的教学内容设计提出了更高的要求。三是在学时少的情况下如何将应用能力培养、理论知识教学、课程思政元素融入三者协调配合，对教师的课程教学设计提出了新挑战［1-2］。

一、以民航应用案例为牵引的“随机信号分析”课程思政教学设计

第一，密切结合课程重要知识点，建设课程教学应用案例，兼顾统筹爱党、爱国、知党史、感党恩的课程思政教学内涵要求，并与我国民航发展建设的卓越历程及相关应用问题相结合。

第二，结合课程理论知识的内在要求，从随机信号多模态属性的维度，兼顾一维信号、二维图像、高维数据/序列等，突出丰富多样的应用案例教学资源表现形式。

第三，充分发挥随机信号分析作为人工智能理论的重要基础作用，采用研究型教学方法，通过“人工智能+课程思政+民航应用”的培养模式，使课程理论知识讲授、应用能力培养与思政德育引领深度融合。

第四，开发应用案例课程教学软件，通过多元化的教学手段，使课程理论教学和思政元素融入更加直观形象。同时，将课程拓展实验题目与应用案例相结合，教师在课堂教学演示的基础上，引导学生分组动手练习，使学生在软件实验中锻炼对实际问题的分析和解决能力，从而建立良好的科学素养，培养团结协作能力和创新意识。

二、与民航管制通话智能认知相结合的“随机信号分析”课程思政教学案例

（一）教学背景阐述

本案例涉及的教学内容包括：随机过程的定义、随机过程概率分布、典型的一维/二维数字特征，这些是随机过程时域分析的基础，对学生理解随机过程及其基本分析方法有重要的作用。通过教学，学生能够理解随机信号问题的建模过程，并对随机过程概念有较深刻的认识，掌握随机过程概率分布函数、概率密度函数，以及一维/二维数字特征的定义及计算。其中，教学难点是深入理解随机过程的概念及随机过程统计特性的物理含义。

（二）课程思政设计

1.弘扬民航工匠精神，树立民航安全文化价值观。通过播放《中国机长》电影片段，介绍四川航空3U8633航班机组成功处置驾驶舱挡风玻璃爆裂脱落、座舱释压的突发极端险情，使学生感受“英雄机组”和“英雄机长”临危不乱、果断应对、正确处置的英雄事迹，在弘扬民航工匠精神的同时，让学生了解民航陆空通话及其在航班安全运行中的重要作用。通过播放日本航空公司JL873航班跑道侵入事件相关报道视频，让学生了解管制员与飞行员的通话错误是诱发民航安全事件的重要人为因素，引导学生树立民航安全文化价值观［3-4］。

2.激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。教师通过软件演示民航陆空通话语音识别、语义分析及差错校验等智能认知应用，让学生了解相关的人工智能前沿技术发展动态以及在国内外民航领域中的应用，增强学生探索未知、勇攀科学高峰的责任感和使命感，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。

（三）教学设计及实施

1.教学引入。通过播放《中国机长》电影片段和日本航空公司JL873航班跑道侵入事件相关新闻报道视频，培养学生的民航工匠精神和民航安全文化价值观，并提出问题引导学生思考：如何通过机器辅助管制员及时发现陆空通话中的错误，从而降低因人为因素诱发的航空不安全事件？融入课程思政元素的应用研究型教学引入多媒体示例如图1所示。

2.以陆空通话语音为例，讲解随机过程的定义。通过软件展示不同人、相同陆空通话内容的录音，让学生在听音频、看波形的过程中直观形象地感受不同样本随时间变化的随机性和内容一致性，认识到陆空通话语音信号的特点，从而建立随机过程的概念。然后，结合课堂讲授，让学生理解随机过程定义的几个重要点。

3.以陆空通话识别问题，引导学生探究随机过程的统计分析方法。同样的陆空通话内容，但是每次录制的音频波形明显不同，那如何描述陆空通话这种语音信号的特性，从而识别语音背后的内容呢？通过问题，引导学生探究随机过程的统计分析方法，引出分布函数、期望、方差、相关函数等随机过程统计特性教学内容。再利用软件演示陆空通话录音的相关函数计算及可视化结果（如图2所示），使学生巩固对随机过程统计特性及其物理含义的理解。

4.结合陆空通话智能认知的随机过程统计特性综合应用拓展。借助机器对管制陆空通话内容进行智能认知，是从技术层面减少民航管制通话人为因素差错的重要解决方案［5-6］。以民航陆空通话语音信号处理、识别分析等为例，利用开发的软件系统展示对实际陆空通话的智能认知应用过程（如图3、图4所示），使学生了解随机过程及其统计特性分析方法在实际中的应用，培养学生分析问题、解决问题的能力，拓展学生对模式识别、自然语言处理等人工智能前沿科学技术问题的认识，激发学生开拓创新、服务民航、科技报国的热情［7-8］。

5.学生开放性课外实验。该课程以随机过程统计特性分析、随机过程经过系统的输出过程特性分析两个部分为主题，向学生各布置一项开放性课外实验。学生可以借鉴教师课上应用案例的分析过程，通过检索文献对实际问题开展分析、建模及实验设计。通过该环节，既可以巩固学生对课堂理论知识的理解，还能提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力，培养学生的团队协作精神和科学精神。

结语

为了在工科专业基础理论课程中更加自然有效地将课程思政内容与课程教学内容相结合，本文以“随机信号分析”课程为例，将民航领域的应用案例作为教学引入的切入点，展示了课程思政教学的设计思路及实施过程。通过学生对改革后的课程教学反馈发现，学生对课程内容的兴趣明显提升，对理论知识的应用能力不断提高，对行业前沿问题的认识也更加深刻。

参考文献

［1］教育部.关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知：教高〔2020〕3号［A/0L］.（2020-06-01）［2023-11-01］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

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Exploration and Practice of Ideological and Political Education in Random Signal Analysis Course Combined with Civil Aviation Applications

JIA Gui-min， JIAO Wei-dong， CHEN Wan-tong， YANG Lei

（College of Information Engineering and Automation， Civil Aviation University of China， Tianjin300300， China）

Abstract： In order to integrate value shaping， knowledge imparting， and ability training into the theoretical teaching of small-class-hour courses， an ideological and political education teaching mode， which combines with civil aviation applications and focuses on problem-solving， is constructed for random signal analysis course. Teaching cases for important knowledge points are designed with the development， construction， and practical application of civil aviation. Integrating ideological and political elements into teaching cases through rich and diverse audio and video materials skillfully and naturally， students are enabled to expand their industry awareness and to enhance their sense of professional responsibility while learning theoretical knowledge. By utilizing teaching demonstration software of application cases and the displaying of relevant scientific research achievements， the students can have a more intuitive and vivid understanding of important knowledge points， a profound understanding of the exploring process of application problems， advanced technology and industry development trends. Through extracurricular open experiments， students are encouraged to consciously review the process of exploring application problems. Their understanding of theoretical knowledge is strengthened， practical skills and innovative awareness are improved， the scientific thinking methods are mastered， and ultimately achieving the unity of education and talent cultivation.

Key words： curriculum ideology and politics; application cases; random signal analysis; practical teaching

［基金项目］ 2021年度中国民航大学教育教学与改革研究项目“随机信号分析（I）课程思政示范课程建设”（CAUC-2021-B1-013）；2021年度天津市科技局项目天津市自然科学基金“民航陆空通话内容情景态势认知及智能预警关键问题研究”（21JCYBJC00680）；2022年度天津市教委科技项目“红外小目标图像多粒度语义分形结构化检测新方法”（2022KJ062）

［作者简介］ 贾桂敏（1982—），女，河北沧州人，博士，中国民航大学电子信息与自动化学院副教授（通信作者），主要从事模式识别研究；焦卫东（1973—），男，陕西咸阳人，博士，中国民航大学电子信息与自动化学院教授，主要从事信号与信息处理研究；陈万通（1986—），男，河北承德人，博士，中国民航大学电子信息与自动化学院副教授，主要从事导航信号处理研究。