信號與系統(tǒng)課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

[摘要]信號與系統(tǒng)是電氣工程專業(yè)的一門重要課程，本文從課程思政總體方案設(shè)計(jì)和課程思政教學(xué)案例設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行了有益的探索。首先面向?qū)I(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，基于課程支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，確定了課程目標(biāo)；其次根據(jù)課程目標(biāo)，結(jié)合課程特點(diǎn)，構(gòu)建起以科學(xué)思維、科學(xué)精神、家國情懷、實(shí)踐能力為主的課程思政教學(xué)體系；最后重構(gòu)了課程內(nèi)容，以課程知識點(diǎn)和應(yīng)用案例為思政切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)了課程思政教學(xué)案例。教學(xué)實(shí)踐表明，所設(shè)計(jì)的總體方案和教學(xué)案例是切實(shí)可行的。

[關(guān)鍵詞]信號與系統(tǒng)；課程思政；總體方案設(shè)計(jì)；教學(xué)案例設(shè)計(jì)" " "[DOI]：10.20122/j.cnki.2097-0536.2025.02.025

課程思政建設(shè)是高校人才培養(yǎng)的重要工作。為了更好地開展課程思政建設(shè)，作為高校教師，既應(yīng)當(dāng)具有整體思維，能立足時(shí)代、面向?qū)I(yè)構(gòu)建課程思政總體方案，避免思政內(nèi)容碎片化[1]；又應(yīng)當(dāng)具有工匠精神，認(rèn)真鉆研課程，仔細(xì)分析學(xué)情，精心設(shè)計(jì)案例，使課程思政產(chǎn)生實(shí)效[2]。

在新工科建設(shè)的時(shí)代背景下，對于以信息化和智能化為主要特征的新工科專業(yè)而言，信號與系統(tǒng)是一門啟智增慧的重要課程[3]。該課程內(nèi)容豐富，引人入勝，包含有眾多的育人元素[4]。

本文介紹了筆者在信號與系統(tǒng)課程思政建設(shè)過程中，在課程思政總體方案設(shè)計(jì)和課程思政教學(xué)案例設(shè)計(jì)兩方面的探索與實(shí)踐。

一、課程思政總體方案設(shè)計(jì)

西南石油大學(xué)電氣工程專業(yè)是四川省應(yīng)用型品牌專業(yè)，信號與系統(tǒng)是該專業(yè)的一門重要課程，課程團(tuán)隊(duì)面向?qū)I(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，積極開展課程教學(xué)改革，從課程目標(biāo)設(shè)計(jì)和課程思政教學(xué)體系設(shè)計(jì)兩方面構(gòu)建起課程思政總體方案。

（一）信號與系統(tǒng)課程目標(biāo)設(shè)計(jì)

該課程支撐電氣工程專業(yè)的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.1（工程知識之知識結(jié)構(gòu)）和指標(biāo)點(diǎn)2.1（問題分析之思維能力培養(yǎng)），據(jù)此設(shè)計(jì)課程的三維目標(biāo)如下所述。

知識目標(biāo)：學(xué)生能夠理解信號與系統(tǒng)的時(shí)域和變換域分析的基本理論，并能夠用于工程中相關(guān)問題的表述。

能力目標(biāo)：學(xué)生能夠運(yùn)用信號與系統(tǒng)的時(shí)域和（或）變換域分析方法，對工程中的信號分析與處理問題進(jìn)行抽象并建立模型，能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行分析，并能夠?qū)Ψ治鼋Y(jié)果進(jìn)行物理解釋。

思政目標(biāo)：學(xué)生具有科學(xué)精神和科學(xué)思維能力，能夠獨(dú)立思考、質(zhì)疑、批判和探究；具有科技報(bào)國的家國情懷；具有善于解決問題的實(shí)踐能力。

（二）信號與系統(tǒng)課程思政教學(xué)體系設(shè)計(jì)

根據(jù)課程目標(biāo)，結(jié)合課程具有的“原理深厚、方法多元、應(yīng)用廣泛”等特點(diǎn)[5]，構(gòu)建起以科學(xué)思維、科學(xué)精神、家國情懷、實(shí)踐能力為主的課程思政教學(xué)體系，具體如下所述。

科學(xué)思維：提煉課程中蘊(yùn)含的辯證思維、批判性思維、工程思維等科學(xué)思維方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

科學(xué)精神：結(jié)合學(xué)科歷史人物實(shí)事求是、求真務(wù)實(shí)、獨(dú)立思考、勇于實(shí)踐、敢于創(chuàng)新的事跡，以及課程知識點(diǎn)和應(yīng)用案例，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。

家國情懷：結(jié)合課程特點(diǎn)，有機(jī)融入北斗導(dǎo)航、深空探測、中國光伏等我國重大自主創(chuàng)新事例，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷。

實(shí)踐能力：構(gòu)建課堂實(shí)踐、課外實(shí)踐、課程實(shí)驗(yàn)三維度實(shí)踐環(huán)境，全方位培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。其中，課堂實(shí)踐方面，利用MATLAB軟件進(jìn)行仿真實(shí)踐；課外實(shí)踐方面，校企合作開發(fā)具有工程背景的項(xiàng)目，明確項(xiàng)目研究目標(biāo)，組織學(xué)生以小組為單位開展具體項(xiàng)目研究；課程實(shí)驗(yàn)方面，開發(fā)了8個(gè)研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究。

二、課程思政教學(xué)案例設(shè)計(jì)

課程團(tuán)隊(duì)緊扣課程目標(biāo)，以課程知識點(diǎn)和應(yīng)用案例為思政切入點(diǎn)，與企業(yè)導(dǎo)師合作建設(shè)了課程思政教學(xué)案例20余個(gè)，以下列舉2個(gè)代表性教學(xué)案例進(jìn)行介紹。

（一）課程思政教學(xué)案例1——連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析方法

1.課堂教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

知識目標(biāo)：學(xué)生能理解連續(xù)系統(tǒng)頻域分析的方法，并體會(huì)通信中信號無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件。

能力目標(biāo)：學(xué)生具備對連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析的能力，能綜合應(yīng)用時(shí)域分析法和頻域分析法分析信號無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件。

思政目標(biāo)：激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，引導(dǎo)學(xué)生樹立責(zé)任意識。

2.課堂教學(xué)過程設(shè)計(jì)

（1）課堂引入

以近年來我國航天事業(yè)不斷取得新進(jìn)展為背景，向?qū)W生展示玉兔二號月球車和祝融號火星車傳回地球的精美圖像，使學(xué)生體會(huì)到我國在深空探測方面的偉大成就，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷。

引導(dǎo)學(xué)生思考：“如何保證玉兔二號月球車和祝融號火星車傳回地球的圖像信號不發(fā)生失真？”從而引入本次課內(nèi)容——連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析方法，同時(shí)引入本次課的應(yīng)用案例——信號的無失真?zhèn)鬏敗?/p>

頻域分析方法在實(shí)際應(yīng)用中具有很大價(jià)值[6]。通過課堂引入，使學(xué)生首先認(rèn)識到本次課內(nèi)容的重要性。

（2）知識精講夯實(shí)基礎(chǔ)

在課前學(xué)生自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識的情況下，教師精講連續(xù)系統(tǒng)頻域分析方法的基本思路，并通過問答、啟發(fā)式的教學(xué)方式引導(dǎo)學(xué)生自主闡述總結(jié)連續(xù)系統(tǒng)頻率響應(yīng)的概念和物理意義、信號通過系統(tǒng)的響應(yīng)的求解方法。

教師通過問題引導(dǎo)學(xué)生充分理解并掌握連續(xù)系統(tǒng)頻域分析的方法，為后續(xù)應(yīng)用研討和課堂練習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（3）應(yīng)用研討

教師結(jié)合玉兔二號月球車和祝融號火星車傳回地球的圖像，闡述信號無失真?zhèn)鬏數(shù)囊饬x。

接下來，教師提出應(yīng)用研討任務(wù)：“綜合應(yīng)用連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)域分析方法和頻域分析方法，分析要使信號在傳輸時(shí)不發(fā)生失真，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有怎樣的時(shí)域特性和頻域特性？”組織學(xué)生進(jìn)行分組研討，解決工程中的信號無失真?zhèn)鬏攩栴}。

在研討過程中，通過組內(nèi)討論、小組匯報(bào)、組間互動(dòng)等環(huán)節(jié)，一方面培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，另一方面使學(xué)生認(rèn)識到對于同一問題可以有不同的分析思路，既可以從數(shù)學(xué)模型出發(fā)、也可以從物理意義出發(fā)分析信號的無失真?zhèn)鬏攩栴}，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。

（4）課堂練習(xí)

教師發(fā)布連續(xù)系統(tǒng)頻域分析的練習(xí)題，所發(fā)布的練習(xí)題與信號無失真?zhèn)鬏斢嘘P(guān)，使學(xué)生通過課堂練習(xí)，進(jìn)一步加深對連續(xù)系統(tǒng)頻域分析方法的理解和掌握，進(jìn)一步深化對信號無失真?zhèn)鬏數(shù)恼J(rèn)知。

在學(xué)生完成練習(xí)題后，教師結(jié)合題目提出問題，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論。教師根據(jù)學(xué)生回答，結(jié)合工程實(shí)際再次提出新的問題：“如果在信號頻率范圍內(nèi)，系統(tǒng)特性不滿足無失真?zhèn)鬏敆l件，怎么辦？”一步步引導(dǎo)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和工程思維。

（5）事故案例分析

教師通過圖片介紹某石化公司發(fā)生的一起爆炸事故，并結(jié)合事故調(diào)查報(bào)告指出：“壓力信號傳輸失真是主要原因。”使學(xué)生體會(huì)到信號傳輸失真可能帶來嚴(yán)重危害，引導(dǎo)學(xué)生感悟思政的內(nèi)涵，自覺樹立責(zé)任意識。

（二）課程思政教學(xué)案例2——濾波器

1.課堂教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

知識目標(biāo)：學(xué)生能理解濾波器的類型和理想低通濾波器的頻率特性，能體會(huì)濾波器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要作用。

能力目標(biāo)：學(xué)生能利用仿真軟件濾除音頻噪聲，并求解理想低通濾波器的沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)。

思政目標(biāo)：增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的精神和批判性思維，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和辯證思維，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷。

2.課堂教學(xué)過程設(shè)計(jì)

（1）課堂引入

教師通過音頻演示原始聲音信號和含噪聲音信號，使學(xué)生能夠直觀感受聲音信號的變化。進(jìn)而提出問題，引導(dǎo)思考：“怎么去除信號中的噪聲？”

通過創(chuàng)設(shè)情景，使學(xué)生體會(huì)到濾波器的作用，認(rèn)識到本次課內(nèi)容的重要性。

（2）知識精講夯實(shí)基礎(chǔ)

教師精講濾波器的類型和理想低通濾波器的頻率特性，引導(dǎo)學(xué)生舉一反三，自主得出其他理想濾波器的頻率特性。

通過教師精講，為后續(xù)仿真實(shí)踐、問題研討奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（3）仿真實(shí)踐

教師發(fā)布課堂仿真實(shí)踐分組任務(wù)，要求：通過MATLAB仿真，用理想低通濾波器去除音頻中的噪聲，并求解理想低通濾波器的沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)。

通過課堂仿真實(shí)踐，使抽象理論直觀化，在深化理論認(rèn)知的同時(shí)，增強(qiáng)了學(xué)生使用現(xiàn)代工具解決問題的實(shí)踐能力。

（4）問題研討

由仿真實(shí)踐引出以下問題：①單位沖激信號通過理想低通濾波器后產(chǎn)生了失真，如何減小這種失真？②理想低通濾波器在物理上能否實(shí)現(xiàn)？為什么？

教師引導(dǎo)學(xué)生思考，組織學(xué)生研討。在學(xué)生研討的基礎(chǔ)上，針對問題①，教師用動(dòng)圖演示截止頻率變化所帶來的影響，使學(xué)生獲得直觀認(rèn)識；針對問題②，教師剖析理想低通濾波器在物理上為什么不能實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，深化學(xué)生的認(rèn)識，并引導(dǎo)學(xué)生：“不可盡信書，對問題要有自己的思考！”培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的精神和批判性思維。

（5）實(shí)際低通濾波器

由理想低通濾波器在物理上不能實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，引出在物理上能實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的實(shí)際低通濾波器，并精講實(shí)際低通濾波器的類型和特點(diǎn)。

通過剖析幾種常用的實(shí)際低通濾波器各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生在應(yīng)用中要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和辯證思維。

（6）產(chǎn)教融合應(yīng)用案例

結(jié)合光伏產(chǎn)業(yè)，介紹濾波器的產(chǎn)教融合應(yīng)用案例：光伏逆變器輸出信號的諧波濾除。產(chǎn)教融合能及時(shí)反映實(shí)踐應(yīng)用新成果，使學(xué)生體會(huì)到濾波器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要作用?；谠搼?yīng)用案例指出：“中國光伏，連續(xù)多年穩(wěn)居世界第一?！奔ぐl(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷，并鼓勵(lì)學(xué)生為中國的能源轉(zhuǎn)型做出貢獻(xiàn)。

三、課程思政建設(shè)成效

課程團(tuán)隊(duì)已將所設(shè)計(jì)的課程思政總體方案和課程思政教學(xué)案例成功應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生的思政素養(yǎng)有效提升，科學(xué)思維和實(shí)踐能力穩(wěn)步增強(qiáng)。最近一次課程結(jié)束后的匿名問卷調(diào)查結(jié)果表明，92.8%的同學(xué)認(rèn)為課程融入思政教育元素后，提升了自己對課程的學(xué)習(xí)興趣，對自己樹立正確三觀很有幫助。

本課程先后入選了四川省課程思政示范課程、四川省應(yīng)用型品牌課程、四川省應(yīng)用型示范課程。在本課程的引領(lǐng)下，電氣工程專業(yè)多門課程入選了校級課程思政示范課程，專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)有了比較明顯的增強(qiáng)。

四、結(jié)語

本文介紹了筆者在信號與系統(tǒng)課程思政總體方案設(shè)計(jì)和課程思政教學(xué)案例設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行的探索和實(shí)踐。不同的專業(yè)具有各自不同的情況，各門課程支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)有所不同，課程特點(diǎn)也有一定差別，因此，教師需要根據(jù)具體情況，合理構(gòu)建自己課程的課程思政總體方案，并精心設(shè)計(jì)自己課程的課程思政教學(xué)案例。

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