“信號(hào)與系統(tǒng)”課程思政案例設(shè)計(jì)

陳曉雷 張愛華 黃 玲 馬玉潤(rùn) 林冬梅

(蘭州理工大學(xué) 電氣工程與信息工程學(xué)院， 蘭州 730050)

“信號(hào)與系統(tǒng)”是電子信息類專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課程[1-2]，通過該課程的理論教學(xué)使學(xué)生掌握信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域、變換域分析的基本原理和基本方法，理解傅里葉變換、拉普拉斯變換、 Z變換的數(shù)學(xué)概念、物理概念與工程概念，具備利用信號(hào)與系統(tǒng)的基本理論與方法分析和解決實(shí)際問題的能力。該課程是電子信息專業(yè)信號(hào)處理方向系列課程的首門課程，將為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)“數(shù)字信號(hào)處理”“隨機(jī)信號(hào)分析”“計(jì)算機(jī)視覺”等課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該課程的教學(xué)質(zhì)量，會(huì)直接影響學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)效果，以及未來學(xué)生是否能夠較好地從事信號(hào)處理方向的科學(xué)研究和技術(shù)服務(wù)工作，因此它的教學(xué)內(nèi)容極其重要。但是該課程理論內(nèi)容多、邏輯性強(qiáng)、數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜，是一門不易被學(xué)生掌握的課程[3]，導(dǎo)致學(xué)生存在畏難情緒，進(jìn)而大大降低學(xué)習(xí)興趣和熱情。

案例教學(xué)法是利用案例作為教學(xué)媒介以提高學(xué)生綜合能力為目標(biāo)的教學(xué)方法[4]，是研究型教學(xué)的一種重要模式[5]，在課堂教學(xué)中除課程自身專業(yè)知識(shí)點(diǎn)外，引入實(shí)際案例開展課程思政，既能避免教學(xué)內(nèi)容的枯燥乏味，使學(xué)生處于思維興奮狀態(tài)，提高學(xué)生注意力，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，又能促進(jìn)學(xué)生形成正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，達(dá)到專業(yè)知識(shí)教學(xué)與思想政治教育的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)課程思政改革的雙贏目標(biāo)[6]。因此，利用案例教學(xué)法開展“信號(hào)與系統(tǒng)”課程思政改革具有十分重要的意義和作用。

1 “信號(hào)與系統(tǒng)”課程思政案例教學(xué)探索

1.1 課程思政案例教學(xué)設(shè)計(jì)原則

本文中，課程思政教學(xué)案例的設(shè)計(jì)主要遵循兩大原則：

(1)專業(yè)課的課程思政案例教學(xué)作為一種啟發(fā)式教學(xué)方法，是從屬的教學(xué)手段，只有在學(xué)生掌握了專業(yè)課自身基本理論、基本知識(shí)的前提下才能有效。因此需要教師根據(jù)課程思政教學(xué)目的，精心策劃和運(yùn)用典型案例，引導(dǎo)學(xué)生思考課程思政案例中所蘊(yùn)含的專業(yè)課知識(shí)點(diǎn)，從而達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和應(yīng)用專業(yè)知識(shí)分析現(xiàn)實(shí)問題的能力。

(2)一個(gè)好的案例是為課程思政教學(xué)目標(biāo)服務(wù)的，教學(xué)案例選取與設(shè)計(jì)恰當(dāng)與否，關(guān)系到案例的引入是否緊密結(jié)合專業(yè)課知識(shí)點(diǎn)，是否能夠達(dá)到課程思政的育人潤(rùn)物細(xì)無聲效果。因此專業(yè)課的課程思政教學(xué)案例應(yīng)具有相關(guān)性和典型性。

1.2 課程思政案例制作規(guī)范和要求

在課程思政案例制作中，我們?cè)O(shè)計(jì)了案例制作規(guī)范，每個(gè)案例包括案例名稱、案例所屬的專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容、案例意義、案例描述、案例實(shí)施方式和案例資源列表，具體如表1所示。

表1 案例制作規(guī)范及要求

1.3 課程思政具體案例

在教育部和校教改項(xiàng)目的支持下，我們目前設(shè)計(jì)了8個(gè)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程思政案例，表2列出了部分案例。限于篇幅，本文只給出案例1“為什么要終身學(xué)習(xí)”的具體內(nèi)容。

表2 部分課程思政案例

1)案例所屬的專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容

在“信號(hào)與系統(tǒng)”的“線性時(shí)不變連續(xù)系統(tǒng)的響應(yīng)”一節(jié)中有關(guān)于線性系統(tǒng)的三大響應(yīng)這一知識(shí)點(diǎn)。該知識(shí)點(diǎn)主要講述完全響應(yīng)、零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的定義及相互之間的關(guān)系，是“信號(hào)與系統(tǒng)”課程中非常重要的內(nèi)容，不同章節(jié)都會(huì)或多或少涉及該知識(shí)點(diǎn)的運(yùn)用。該知識(shí)點(diǎn)的主要內(nèi)容如下：

我們將線性時(shí)不變連續(xù)系統(tǒng)的初始狀態(tài)記為x(0)，加到該系統(tǒng)上的輸入信號(hào)(也稱激勵(lì))記為f(·)，該輸入信號(hào)經(jīng)過系統(tǒng)加工處理引起的輸出信號(hào)(也稱響應(yīng))記為y(·)。

當(dāng)系統(tǒng)的初始狀態(tài)和外加輸入信號(hào)都不為零時(shí)，所對(duì)應(yīng)的響應(yīng)稱為完全響應(yīng)記為y(·)，可用式(1)進(jìn)行描述：

y(·)=T[{f(·)}, {x(0)}]

(1)

當(dāng)系統(tǒng)的外加輸入信號(hào)為零，僅由初始狀態(tài)x(0)引起的響應(yīng)稱為零輸入響應(yīng)記為yx(·)，可用式(2)進(jìn)行描述：

yx(·)=T[{0}，{x(0)}]

(2)

當(dāng)系統(tǒng)的初始狀態(tài)為零，僅由外加輸入信號(hào)f(·)引起的響應(yīng)稱為零狀態(tài)響應(yīng)記為yf(·)，可用式(3)進(jìn)行描述：

yf(·)=T[{f(·)}, {0}]

(3)

由以上定義可知完全響應(yīng)是零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)之和，即

y(·)=yf(·)+yx(·)

(4)

2)案例意義

部分學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后，產(chǎn)生懈怠情緒，缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力，不認(rèn)真學(xué)習(xí)，這種情況既不利于大學(xué)生的全面發(fā)展，也違背了高等教育的本意。因此，借助完全響應(yīng)、零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的定義及相互之間的關(guān)系，使學(xué)生明白大學(xué)只是學(xué)習(xí)的一個(gè)階段而非終點(diǎn)，只有在過去學(xué)習(xí)成果的基礎(chǔ)上繼續(xù)努力學(xué)習(xí)才能獲得新的成功，從而培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，促進(jìn)大學(xué)生的全面發(fā)展。

3)案例描述

如果把人自身視為一個(gè)系統(tǒng)，則一個(gè)人過去的學(xué)習(xí)積累可以視為初始狀態(tài)，一個(gè)人現(xiàn)在的努力可以視為輸入信號(hào)，一個(gè)人現(xiàn)在的成功可以視為輸出信號(hào)。那么類比完全響應(yīng)的概念可以得到以下關(guān)系：

現(xiàn)在的成功(完全響應(yīng))=現(xiàn)在的努力(輸入信號(hào))+過去的學(xué)習(xí)積累(初始狀態(tài))

(5)

如果一個(gè)人現(xiàn)在不努力，僅憑過去的學(xué)習(xí)積累，那么他能取得的就是不完整的成功(零輸入響應(yīng))。

4)案例實(shí)施方式

該案例實(shí)施時(shí)，首先由教師詳細(xì)講解案例所屬的專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容，確保學(xué)生掌握完全響應(yīng)、零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的定義及相互之間的關(guān)系。然后，提示學(xué)生將人自身視為一個(gè)系統(tǒng)，將人過去的學(xué)習(xí)積累、現(xiàn)在的努力分別視為初始狀態(tài)、輸入信號(hào)。接著，引導(dǎo)學(xué)生類比專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容，討論大學(xué)生在大學(xué)階段要想取得學(xué)習(xí)上的成功應(yīng)該如何去做。最后，由教師對(duì)學(xué)生的討論結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并進(jìn)一步引出終身學(xué)習(xí)的概念，使該案例課程思政的內(nèi)涵進(jìn)一步升華。

5)案例資源列表

該案例授課資源包括：用于專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容講述的PPT、終身學(xué)習(xí)代表人物的先進(jìn)事跡(PPT及視頻資源)、有關(guān)大學(xué)生不努力學(xué)習(xí)導(dǎo)致無法畢業(yè)甚至被退學(xué)的新聞報(bào)道(PPT及視頻資源)。

2 結(jié)語

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程思政尚處于起步階段，我們還需要對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容深入挖掘思政內(nèi)涵，將該課程自身的專業(yè)知識(shí)和思政元素相融合，提出課程思政的切入點(diǎn)，不斷搜集各種案例，有效開展針對(duì)該課程的案例式思政教學(xué)，努力培養(yǎng)現(xiàn)代化建設(shè)的有用之才。