【践行教育家精神系列报道之四】教书育人，他很“陶然”
发布日期：2023-11-16 供稿：党委宣传部 吴楠 摄影：本人提供
编辑：吴楠 审核：蔺伟 阅读次数：【编者按】习近平总书记指出，新征程上，希望全国广大教师以教育家为榜样，大力弘扬“心有大我、至诚报国的理想信念，言为士则、行为世范的道德情操，启智润心、因材施教的育人智慧，勤学笃行、求是创新的躬耕态度，乐教爱生、甘于奉献的仁爱之心，胸怀天下、以文化人的弘道追求”的教育家精神，牢记为党育人、为国育才初心使命，树立“躬耕教坛、强国有我”的志向和抱负，自信自强、踔厉奋发，为强国建设、民族复兴伟业作出新的更大贡献。
为弘扬教育家精神，党委宣传部特别推出“践行教育家精神系列报道”，展现北理工优秀教师认真贯彻党的教育方针，教书育人、培根铸魂的生动事迹，激励鼓舞全体教师为培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，造就更多可堪大用、能担重任的栋梁之才贡献力量。
上午在中关村校区为硕士研究生上课，下午去良乡校区为本科生上课，晚上回到实验室与博士研究生讨论科研问题，凌晨，他完成了一天的工作，缓缓起身，关掉办公室的灯，走进漆黑的夜色中……这，就是长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、国家级人才计划入选者、国家自然科学基金委创新研究群体带头人、教育部创新团队带头人、威尼斯8846信息与电子学院陶然教授的一天。
自1996年博士后出站留校任教起，陶然就立下心愿，为我国的科技事业培养领军人才。从教近30年，他始终面向国家重大战略需求和经济社会发展需要，在教书育人时因材施教、启智润心，在科研攻关中钻研探索、不断创新，用实际行动践行着北理工师者“为党育人、为国育才”的使命担当。
躬耕教坛，一定要把知识“讲清楚”
“要做好领军人才培养，教学是第一位的”，这是陶然一直坚持的工作理念。自留校任教，陶然连续多年承担“数字信号处理”“现代谱估计”“雷达系统与技术”等本科课程的教学工作，以及“分数域信号处理及其应用”“非平稳信号处理”“多抽样率信号处理”“信息安全工程学”“现代信号处理”等研究生课程的教学工作。
“讲清楚”，是陶然课堂教学的明确目标。教学过程中，他更重视学生能否及时消化课堂上的知识，随时调整教学模式、精准把控教学节奏，既不“超速”也不“慢吞吞”。
陶然为学生授课
在信息与电子类专业课程“信号处理理论与技术I、II、III”的课堂上，陶然会将每学期48学时中的9个学时设置为“研究型教学讨论课”，实现“翻转课堂”。3-4名学生为一组，每个小组独立完成从选题到PPT制作再到课堂汇报的全过程。“让学生站上讲台，有助于他们把知识掰开了、揉碎了、消化了、学会了。”陶然说。
学生“唱主角”，并不意味着老师就可以“休息了”。陶然在听学生报告的同时，与学生们频繁互动、热烈讨论。“‘翻转课堂’是教学模式的创新，在此过程中，学生将所学课程知识与前沿科学内容融会贯通，既增强了对科技前沿动态的了解，也锻炼了独立思考能力、自学能力与表达能力，实现课堂知识学习与实践技能积累的双重收获。”陶然分享道。该课程先后被认定为校级精品课程和研究型课程，2020年入选首批国家级一流本科课程，2022年入选教育部“拓金计划”课程。
陶然与学生交流讨论
“学生不是死读书本的机器，在教学过程中需要时刻关注公式背后的物理内涵，如果学生仅仅是死记硬背、应付考试、理论无法联系实际，就会在今后的科学研究中毫无抓手、方向不明、难以自洽。”陶然说。为了让学生学懂弄通，在教学中，陶然并不局限于一堂课或一本书，而是顺序和倒叙穿插，点和面联系，向内深挖抓细节，向外拓展讲应用。以傅里叶变换为例，他有时在“点”上的分析非常之细，对其推导过程逐步演算；有时在“面”上讲解非常之宽，对其在雷达、通信、农业、医学乃至食品上的应用介绍得面面俱到。
为了让更多师生了解分数域信号处理领域的前沿理论与技术，陶然在2021年录制了配套慕课“分数域信号与信息处理及其应用”，课程内容从基本知识原理延伸到具体应用场景。课程在“学堂在线”上线后，报名人数已超23500人，并被列入由中央宣传部、国家发展改革委、中央军委政治工作部和北京市委市政府联合主办的“奋进新时代”主题成就展。此外，陶然还撰写了课程配套教材《分数阶傅里叶变换及其应用》，教材出版后广受好评，已成为多所高校相关课程的配套/辅助教材。
陶然录制“信号处理理论与技术”系列课程
陶然用心、用情、用行动不断诠释着“传道授业解惑”的师者使命，先后被评为北京市高等学校教学名师、首届北京市优秀研究生指导教师、北京市高校优秀本科育人团队带头人、北京市优秀共产党员、北京高校优秀共产党员、北京市师德先进个人，以及工业和信息化部“工信先锋”；获评国家级一流本科课程1门、北京市高等教育精品教材1部、教育部“拓金计划”课程2门。不久前，在由北京市委教育工委、市教委主办的第五届北京市大中小幼教师讲述我（我们）的育人故事展示交流活动中，陶然获得特等奖。
育人为本，桃李天下绽芳华
“学习傅里叶变换，我们要学的不仅是知识本身，还要学习傅里叶先生板凳坐得十年冷的科学精神，更要深刻认识科学无国界，但科学家有祖国，要学习王越院士、毛二可院士这些老一辈科学家的爱国情怀……”陶然讲道。他主讲的“信号处理理论与技术”系列课程作为课程思政建设的优秀案例被推荐至新华网“新华思政”线上展示。
陶然践行“课程思政”理念，充分利用现代信息手段，结合多种教学模式，在课程中援引中外信息安全实例并融入“思政”要素，引导学生心怀“国之大者”，激发学生科技报国的内生动力。
“陶老师经常教导我们，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的，必须把核心技术牢牢掌握在自己的手中。”博士生杨义校回忆道，“为了让我们能够紧跟时代步伐，掌握前沿知识，陶老师总是将最新的科研成果和经典的教学内容结合起来，充分发挥科研成果和科研平台的育人作用。”
陶然与学生交流讨论
“我们聚焦研究生培养中的项目、平台、导师等核心要素资源，梳理打通由重大项目链、创新平台链、导学育人链构成的培养‘全链条’，将其与教学实践、前沿探索、协作创新等培养‘全过程’衔接，构建研究生成长空间并动态优化、螺旋上升，形成面向研究生创新能力提升的资源聚合‘谐振腔’，实现研究生培养全链条与全过程的深度融合。”陶然介绍。
陶然不断创新人才培养机制，构建“基础—技术—工程”项目链，实现重大项目链与教学实践共振，结合科学新发现、技术新突破、产业新应用，在突破行业真难题、技术真瓶颈中培养学生科学方法和批判思维。融合打通科技创新平台，实现创新平台链与前沿探索共振，依托国家级、省部级重点实验室和国家级实验教学示范中心，构建“采集—传输—处理”的“大信息”平台链，利用高端平台支撑学生前沿探索和科学发现。依托教育部创新团队实现导学育人链与协作创新共振，在校内组建跨学院、跨学科的“大团队”，实现人才协同培养。与航天、电子、兵器等领域50余家科研院所、重点企业开展联合培养，共建“产—学—研—用”导学链，实现人才和技术双向赋能。
陶然指导学生科技创新
作为研究生导师，陶然非常注重学生的个性化发展、科学素养和实践能力的培养。他根据每个学生的兴趣和特长，制定个性化培养计划，提供全方位的指导和支持。陶然鼓励学生尽早参与科研项目，以大项目、大团队和大平台为支撑，帮助学生在理论、方法、装备和应用的全链条上确立自己的“坐标”。“科教融合、以教为先”，陶然的育人实践结出了累累硕果。2012级信息工程专业的本硕博学生赵旭东成功将分数域信号处理理论应用于高光谱观测技术中，博士期间成果获得2022年中国电子学会自然科学一等奖。本硕博学生李昂成功将分数域信号处理应用于高价值飞行器中继通信，博士期间成果获得2021年中国电子学会技术发明一等奖。博士生黄展超成功将信号处理应用于先进装备的无源探测载荷中，博士期间成果获得2023年中国指挥控制学会技术发明一等奖。
“通过参与这项研究，在陶老师指导下，我凝练研究成果，发表了高水平论文，体会到了将理论应用于实践的科研乐趣。”2018级本科生刘喆在陶然作为指导组核心成员的团队带领下，参与了一项创新设计观测牛顿环实验仪器的研究项目，2021年该项目获得全国高等学校教师自制实验教学仪器设备创新大赛一等奖。
陶然与毕业生合影
作为“全国高校黄大年式教师团队”的核心成员，陶然牵头提出的“五学通达的信息类研究生高阶学习模式探索与实践”获得2022年高等教育（研究生）国家级教学成果奖二等奖。作为导师和导师组成员，培养的4位博士获全国优秀博士论文提名奖，1位获北京市优秀博士论文奖，1位获中国通信学会优秀博士论文奖。他们博士期间的科研成果获得省部/学会科学技术奖一等奖6项。
潜心攻关，让技术难题不再难
将傅里叶变换精彩的表述用图形绘制出来，二十几岁的陶然从中领略到了科学无穷的美感与魅力。1981年，陶然考入解放军电子工程学院（现国防科技大学电子对抗学院），穿着军装完成了大学学业。在南京军区服役两年后，进入哈尔滨工业大学继续深造。1996年，博士后出站的陶然经过大量调研，了解到分数域分析理论与方法为非平稳信号处理和线性时变系统分析开辟了新途径，敏锐捕捉到分数域信号与信息处理这一创新研究方向，并在此后的二十余年中，瞄准国家重大需求，潜心于分数域信号与信息处理的基础和应用研究。
受国家自然科学基金委杰出青年科学基金和创新研究群体等项目的支持，陶然系统性地建立了分数域信号处理理论体系，在全球范围内成为分数域信号处理理论和技术的主要开拓者，成果在导航测控、电子侦察、高光谱卫星遥感探测等系统得到应用，使其关键性能指标得到有效提升，攻克了一系列技术难题。
陶然团队与王越院士合影
面向国家重大需求，陶然刻苦攻关，“板凳甘坐十年冷”，潜心研制了高性能系统并装备应用，他的名字和许多国家重大科技攻关及技术推广项目紧紧连在一起。
针对空/天基无源感知与隐蔽通信等重大应用场景中的非平稳信号处理科学问题，陶然研究发现空/天基分数域电子侦察、中继隐蔽通信新机理，突破单站高精度辐射源定位、最低限度隐蔽通信等关键技术，主持研制高精度合成孔径辐射源定位系统与抗干扰隐蔽通信装备，成功应用于海面高价值目标电子侦察与战略飞行器中继通信，产生了重要的科学影响和经济社会效益。
分数域信号处理是信息领域的一个重要研究方向，可以解决诸多经典傅里叶变换体系下难以处理的问题。以往研究工作主要围绕在分数域信号处理理论体系及其在雷达、通信中的应用。然而，随着人工智能、深度学习的发展，传统的信号处理如何和这些前沿技术相结合，成为陶然一直在思考的问题。他抱着“不解决问题不罢休”的决心，与时间赛跑，与困难角力，带领学生从两个具体的研究领域入手，开展了两个新研究方向。
陶然指导学生实验
一是分数域高光谱图像处理。将分数傅里叶变换的核心与神经网络结合，应用到遥感领域，大幅提升了性能。二是分数域计算成像。将分数傅里叶变换和计算成像相结合，借助神经网络的重建能力和分数域光学信息编码能力，突破了一些传统方法的瓶颈。
陶然用自己的一言一行启迪着学生，科学无国界，但科学家有祖国，要心怀“国之大者”，努力成为可堪大用、能担重任的栋梁之才。
多年来，陶然主持国家自然科学基金委创新研究群体、杰出青年、重大科研仪器研制和重点项目等，获得省部/学会自然科学奖一等奖2项、技术发明一等奖2项、科技进步一等奖2项。发表SCI论文200余篇，以第一作者出版信号处理领域著作、教材3部；授权发明专利100余项。
潜心科研三十载，躬耕教坛育英才。曾经那个穿着军装的懵懂少年，早已褪去了青涩。如今的他，依然保持着饱满的科研和教学热情。他笑着说：“我还从未想过退休，我要活到老干到老。”就像他经常勉励自己的那样：探寻真理，永不停步！传道授业，永不停步！报效祖国，永不停步！
