信號與線性系統(tǒng)課程的“三位一課·思業(yè)融合”教學(xué)模式探索

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）19-0116-04

Abstract：Toaddresstheissesofabstracttheories，weakpracticalcomponents，anddisconnectionbetweenideological educationandprofessionalknowledgeintheteachingofSignalsandLinearSystemscourse，thisstudyproposesaninovative \"TrinityIntegrationofdeologyandProfesson\"teachingmodel.Byconstructinga\"theorypractice-deology\"triplehelixteaching systemand implementingrefom measuressuchasvisualization teaching，project-basedpractice，anddiversifiedevaluation，the modelachievesorganicintegrationofknowledgeimpartation，abilitycultivation，andvalueguidance.Teachingpractice demonstratesthatthismodelsignificantlyenhancesstudentsinovativepracticalabilitiesndimprovesteachersteachingresearch levels，providing valuable reference for the reform of electronic information specialty courses.

Keywords：SignalsandLinearSystems;ideologicaleducation;teachingreform；talentcultivation；integrationofideologyand profession

在新時代高等教育“立德樹人”根本任務(wù)的指引下，課程思政建設(shè)已成為構(gòu)建“三全育人”格局的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)“要用好課堂教學(xué)這個主渠道使各類課程與思想政治理論課同向同行”，為專業(yè)課程教學(xué)指明了“價值塑造、知識傳授、能力培養(yǎng)”三位一體的改革方向山。信號與線性系統(tǒng)作為電子信息類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，其理論體系蘊(yùn)含的系統(tǒng)思維、創(chuàng)新意識與工程倫理，與社會主義核心價值觀、科技報國使命、工匠精神培養(yǎng)具有天然的契合性[2-3]。推進(jìn)該課程的“思業(yè)融合\"建設(shè)，需以信號分析中的“時域-頻域轉(zhuǎn)換”思維類比思政元素的有機(jī)融入，仿照系統(tǒng)函數(shù)設(shè)計(jì)理念進(jìn)行精細(xì)化教學(xué)設(shè)計(jì)，將家國情懷、科學(xué)精神、辯證思維等思政要素轉(zhuǎn)化為課程教學(xué)的“特征根”，使專業(yè)知識傳授與價值引領(lǐng)產(chǎn)生“諧振效應(yīng)”，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)與思想境界的\"頻帶擴(kuò)展\"[4-6]。

一 信號與線性系統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀

信號與線性系統(tǒng)課程是東北大學(xué)通信工程、電子信息工程等專業(yè)的核心學(xué)位課（72學(xué)時），同時也是信息與通信學(xué)科研究生人學(xué)考試的重要科自。作為數(shù)字信號處理、通信原理等后續(xù)專業(yè)課程的基石，該課程在電子信息類專業(yè)培養(yǎng)體系中占據(jù)關(guān)鍵地位。然而，在當(dāng)前教學(xué)實(shí)踐中，仍存在“重理論、輕實(shí)踐、少思政”的結(jié)構(gòu)性問題，制約了學(xué)生工程應(yīng)用能力、創(chuàng)新思維和綜合素質(zhì)的全面發(fā)展。

（一）授課內(nèi)容“重理論”，工程思維培養(yǎng)不足

本課程以數(shù)學(xué)建模和系統(tǒng)分析為主線，涵蓋時域分析、傅里葉變換頻域分析、拉普拉斯變換及Z變換復(fù)頻域分析等核心內(nèi)容。由于理論推導(dǎo)復(fù)雜、數(shù)學(xué)工具密集，教學(xué)過程中易陷人“公式推導(dǎo)一例題求解一習(xí)題訓(xùn)練”的單一模式。學(xué)生往往過度關(guān)注數(shù)學(xué)運(yùn)算的正確性，而忽視信號處理思想的物理內(nèi)涵（如頻譜分析的工程意義、系統(tǒng)穩(wěn)定性的實(shí)際約束等），導(dǎo)致“學(xué)不致用\"現(xiàn)象突出。例如，在分析濾波器設(shè)計(jì)時，學(xué)生能熟練計(jì)算截止頻率，卻難以理解其在通信抗干擾中的實(shí)際價值。這種“數(shù)學(xué)化\"傾向削弱了學(xué)生從工程視角抽象問題、構(gòu)建模型的能力，與新工科強(qiáng)調(diào)的復(fù)雜工程問題解決能力要求存在差距。

（二）實(shí)踐教學(xué)\"弱創(chuàng)新”，能力培養(yǎng)體系斷層

盡管課程配套實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，但現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)仍存在明顯不足：其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多以驗(yàn)證性為主（如利用MAT-LAB觀察典型信號波形），而缺少基于實(shí)際場景的綜合設(shè)計(jì)性任務(wù)（如信號去噪系統(tǒng)設(shè)計(jì)）；在教學(xué)方法上，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書往往提供固定步驟，學(xué)生只需按部就班操作即可完成，缺乏自主探究的空間；在評價機(jī)制方面，實(shí)驗(yàn)報告更注重結(jié)果復(fù)現(xiàn)，而非創(chuàng)新性方案或深度問題分析。這種“照方抓藥\"式的實(shí)踐模式導(dǎo)致學(xué)生即使理論考試成績優(yōu)異，在面對“如何用信號理論解決5G通信中的多徑干擾”或“如何通過系統(tǒng)函數(shù)優(yōu)化智能傳感器響應(yīng)速度”等實(shí)際工程問題時仍束手無策，反映出當(dāng)前創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的明顯短板，亟待改進(jìn)和完善。

（三）思政元素\"淺融入”，價值引領(lǐng)作用缺失

在傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐中，思政教育往往陷入“表面化、碎片化、邊緣化\"的誤區(qū)：一方面表現(xiàn)為簡單地將思政等同于“課程 + 紅色案例\"（如生硬插入科學(xué)家事跡），未能實(shí)現(xiàn)與專業(yè)知識的有機(jī)融合；另一方面，思政內(nèi)容呈現(xiàn)隨機(jī)零散的狀態(tài)，缺乏貫穿課程主線的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)；更值得警惕的是，部分教學(xué)存在“思政-專業(yè)\"對立的思維定式，認(rèn)為思政教育會擠占專業(yè)知識教學(xué)時間。在科技自立自強(qiáng)的國家戰(zhàn)略背景下，信號與線性系統(tǒng)課程亟需深入挖掘?qū)I(yè)內(nèi)容蘊(yùn)含的思政元素，如北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中的時頻同步技術(shù)突破所體現(xiàn)的家國情懷、濾波器設(shè)計(jì)中的資源優(yōu)化所彰顯的可持續(xù)發(fā)展理念、傅里葉變換所蘊(yùn)含的辯證思維等，通過系統(tǒng)化的教學(xué)設(shè)計(jì)，真正構(gòu)建起“知識一能力一價值”三位一體的育人新范式，實(shí)現(xiàn)專業(yè)教育與思政教育的同頻共振[7-8]。

二 信號與線性系統(tǒng)課程教學(xué)目標(biāo)

基于OBE教育理念和工程教育認(rèn)證要求，結(jié)合通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，本課程構(gòu)建了“三維一體\"的教學(xué)目標(biāo)體系，從知識、能力、育人三個維度全面支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成。

在知識維度，要求學(xué)生系統(tǒng)掌握連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的時域/變換域分析理論，深人理解離散時間信號與系統(tǒng)的時域/Z域分析方法，建立起完整的信號處理知識體系框架。能力維度注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，使其具備對連續(xù)和離散信號系統(tǒng)進(jìn)行分析與綜合的專業(yè)技能，能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)工具解決實(shí)際工程問題。育人維度則著力于價值引領(lǐng)，通過三個層面的培養(yǎng)：在理想信念層面，厚植家國情懷，引導(dǎo)學(xué)生將個人發(fā)展融人國家信息通信技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略；在職業(yè)素養(yǎng)層面，培育嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、精益求精的工程師精神；在行為規(guī)范層面，強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)意識，養(yǎng)成遵紀(jì)守法的職業(yè)習(xí)慣，實(shí)現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造的有機(jī)統(tǒng)一[9-10]。

三 課程教學(xué)的創(chuàng)新思路及舉措

面對傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的諸多挑戰(zhàn)，信號與線性系統(tǒng)課程團(tuán)隊(duì)經(jīng)過深人研究和實(shí)踐探索，創(chuàng)新性地構(gòu)建了“三位一課·思業(yè)融合\"的教學(xué)改革體系，如圖1所示。這一改革以課程建設(shè)為根本出發(fā)點(diǎn)，通過思政教育、理論學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐三個維度的有機(jī)融合與協(xié)同推進(jìn)，形成了獨(dú)具特色的“理論一實(shí)踐一思政”三螺旋教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)質(zhì)量和育人成效的顯著提升。

（一）構(gòu)建\"教研相長\"的新型教學(xué)范式

在教學(xué)范式創(chuàng)新方面，信號與線性系統(tǒng)課程團(tuán)隊(duì)自2021年起持續(xù)深化教學(xué)改革，逐步形成了一套系統(tǒng)化的教學(xué)創(chuàng)新方案。通過引入MATLAB、Python等現(xiàn)代化可視化工具，將原本抽象的傅里葉變換等數(shù)學(xué)概念轉(zhuǎn)化為直觀的頻譜分析演示，使學(xué)生在5G通信等實(shí)際應(yīng)用場景中理解理論知識的工程價值。同時，建立了動態(tài)更新的教學(xué)案例庫，將邊緣計(jì)算、智能感知等前沿技術(shù)納入教學(xué)內(nèi)容，有效培養(yǎng)了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。在教學(xué)方法上，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地重構(gòu)了時域分析教學(xué)內(nèi)容，以卷積模型為核心構(gòu)建了“現(xiàn)象觀察一數(shù)學(xué)建模一系統(tǒng)分析一工程應(yīng)用\"的完整教學(xué)路徑，顯著提升了學(xué)生的系統(tǒng)思維能力。特別是在濾波器設(shè)計(jì)教學(xué)中，采用項(xiàng)目式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際需求出發(fā)，經(jīng)歷完整的方案設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證等工程實(shí)踐過程，切實(shí)提升了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

信號與線性系統(tǒng)課程團(tuán)隊(duì)充分發(fā)揮在智能感知、雷達(dá)信號處理等領(lǐng)域的研究優(yōu)勢，打造了獨(dú)具特色的實(shí)踐教學(xué)平臺。通過引入北斗導(dǎo)航時頻同步技術(shù)、智能制造故障診斷等實(shí)際案例，幫助學(xué)生深入理解基礎(chǔ)理論在前沿技術(shù)中的關(guān)鍵作用。同時構(gòu)建了“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)一綜合設(shè)計(jì)一科研訓(xùn)練”三層次實(shí)踐教學(xué)體系，將學(xué)科競賽和科研項(xiàng)目有機(jī)融入課程評價，2022—2024年指導(dǎo)學(xué)生獲得全國電子設(shè)計(jì)競賽等省級以上獎項(xiàng)20余項(xiàng)，發(fā)表科研論文10篇，實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)與創(chuàng)新實(shí)踐的無縫銜接。

（二） 創(chuàng)新“專業(yè) + 思政\"的協(xié)同育人模式

在課程思政建設(shè)方面，信號與線性系統(tǒng)課程團(tuán)隊(duì)深入挖掘?qū)I(yè)課程中的思政元素，構(gòu)建了系統(tǒng)化的協(xié)同育人體系。

通過創(chuàng)新性地采用“三位一體\"教學(xué)法，將課堂討論、案例分析和系統(tǒng)思維培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合，既解決了教學(xué)難點(diǎn)，又實(shí)現(xiàn)了價值引領(lǐng)。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上，建立了系統(tǒng)的“知識點(diǎn)一能力點(diǎn)一思政點(diǎn)”映射關(guān)系，如在講解濾波器設(shè)計(jì)時自然融入資源優(yōu)化理念，在分析時頻變換技術(shù)時展現(xiàn)我國在相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新突破，有效培養(yǎng)了學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展意識和科技報國情懷。部分課程思政的教學(xué)單元及教學(xué)內(nèi)容示例見表1。同時改革課程評價體系，創(chuàng)新性地采用“理論考核 + 實(shí)踐能力 + 思政表現(xiàn)”的多元評價機(jī)制，全面考察學(xué)生的綜合素質(zhì)發(fā)展。這一系列改革舉措的實(shí)施效果顯著，不僅提升了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，也使課程建設(shè)質(zhì)量得到質(zhì)的飛躍，最終獲評省級一流課程。

這一教學(xué)改革的最大特色在于實(shí)現(xiàn)了專業(yè)知識傳授與價值引領(lǐng)的有機(jī)統(tǒng)一，通過系統(tǒng)化的教學(xué)設(shè)計(jì)，將工程倫理、科學(xué)精神和家國情懷等思政要素自然地融人專業(yè)教學(xué)全過程，形成了可復(fù)制、可推廣的課程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，為電子信息類專業(yè)課程的教學(xué)改革提供了有益借鑒。

四 教學(xué)評價與實(shí)踐效果

（1） 課程評價方式

信號與線性系統(tǒng)課程構(gòu)建了科學(xué)完善的多元化考核評價體系，如圖2所示，該體系采用“過程性評價 + 終結(jié)性評價\"相結(jié)合的方式，將課程總評成績（100分）合理劃分為平時成績（20分）實(shí)驗(yàn)成績（10分）和期末成績（70分）三個組成部分。這一評價機(jī)制的創(chuàng)新之處在于徹底改變了傳統(tǒng)“一卷定乾坤”的單一考核模式，建立了貫穿整個教學(xué)過程的動態(tài)評價系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從知識掌握到能力培養(yǎng)的全方位評估。

在具體實(shí)施過程中，信號與線性系統(tǒng)課程團(tuán)隊(duì)特別注重形成性評價的運(yùn)用。通過課堂討論表現(xiàn)、填空練習(xí)完成情況、答疑參與度及附加的計(jì)算機(jī)編程作業(yè)等多個維度，對學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、求知欲望、創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力進(jìn)行定性評估。其中，作業(yè)練習(xí)被賦予了與考試同等重要的地位，成為定量評價的核心指標(biāo)之一。這種多維度的評價方式不僅有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，還促使他們從被動應(yīng)試向主動探究轉(zhuǎn)變，從單純追求分?jǐn)?shù)向注重能力提升轉(zhuǎn)變。

值得一提的是，該評價體系還創(chuàng)新性地引入了能力導(dǎo)向的考核標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，除了考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范性外，更注重評估其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的綜合能力；在期末考試中，適當(dāng)減少記憶性內(nèi)容的比重，增加工程應(yīng)用和綜合分析類題目的分值。這種改革舉措顯著提升了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維水平，使教學(xué)評價真正成為促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的有效手段。實(shí)踐表明，該評價體系實(shí)施以來，學(xué)生到課率提升 15% ，作業(yè)完成質(zhì)量顯著改善，在各類學(xué)科競賽中的獲獎數(shù)量同比增長 30% ，充分驗(yàn)證了多元化過程性評價的良好效果。

（二） 學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力提升

通過實(shí)施“三位一課·思業(yè)融合\"教學(xué)模式，信號與線性系統(tǒng)課程在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面取得了顯著成效。2020—2024年的教學(xué)實(shí)踐表明，該模式有效促進(jìn)了學(xué)生知識應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維的發(fā)展。學(xué)生在掌握課程核心知識的基礎(chǔ)上，能夠靈活運(yùn)用信號處理技術(shù)解決實(shí)際問題，展現(xiàn)出突出的跨學(xué)科融合能力。具體表現(xiàn)在：在全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽及其專題邀請賽中，東北大學(xué)學(xué)生團(tuán)隊(duì)?wèi){借創(chuàng)新的信號處理方案多次獲得國家級獎項(xiàng)；在數(shù)學(xué)建模競賽（包括國賽和美賽）中，學(xué)生運(yùn)用課程所學(xué)構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型屢獲佳績。更值得關(guān)注的是，多名優(yōu)秀學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生創(chuàng)新性研究成果，已在IEEETransactions等國際頂級期刊發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文，其中單篇最高影響因子達(dá)9.936。此外，學(xué)生團(tuán)隊(duì)申請的十余項(xiàng)發(fā)明專利已獲授權(quán)，部分成果成功實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會價值。

（三） 教師教研水平明顯提高

課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在改革實(shí)踐中不斷提升教研水平，形成了鮮明的教學(xué)特色。2020年，該課程成功獲批遼寧省線下一流課程，標(biāo)志著課程建設(shè)質(zhì)量得到權(quán)威認(rèn)可。團(tuán)隊(duì)編寫的教材入選“百種優(yōu)質(zhì)教材建設(shè)\"項(xiàng)目，其先進(jìn)的教學(xué)理念和系統(tǒng)的知識體系在省內(nèi)高校中產(chǎn)生廣泛影響，為同類課程建設(shè)提供了示范。教學(xué)效果方面，2022—2024年學(xué)生評教數(shù)據(jù)顯示，課程優(yōu)良率持續(xù)保持在 99% 以上。學(xué)生普遍反映任課教師教學(xué)態(tài)度認(rèn)真負(fù)責(zé)，授課內(nèi)容深入淺出，能夠有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。多位教師連續(xù)獲得“我最喜愛的老師\"榮譽(yù)稱號，信號與線性系統(tǒng)課程也多次被學(xué)生評為“我最喜愛的課程”。這些成績充分體現(xiàn)了教學(xué)改革取得的實(shí)質(zhì)性成效。

五 結(jié)束語

信號與線性系統(tǒng)課程經(jīng)過幾年的“三位一課·思業(yè)融合”創(chuàng)新的探索和實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)課堂向智慧課堂、知識課堂向能力課堂、灌輸課堂向時間課堂、封閉課堂向開放課堂的轉(zhuǎn)變，將思政、理論、實(shí)踐有機(jī)結(jié)合到信號與線性系統(tǒng)課堂中。對于學(xué)生群體存在的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)差、學(xué)習(xí)熱情不高、課堂參與感不強(qiáng)的情況，我們也要及時調(diào)整教學(xué)方式，做好基礎(chǔ)課與專業(yè)課的銜接，利用現(xiàn)代信息技術(shù)豐富課堂內(nèi)容，調(diào)動學(xué)生們的學(xué)習(xí)主動性。信號與線性系統(tǒng)教學(xué)改革創(chuàng)新還要在實(shí)踐中不斷探索、深挖、擴(kuò)展，以全面提升學(xué)生解決問題能力，多維度促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)問題的理解和思考，更好地培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展需要的復(fù)合型、創(chuàng)新型人才。

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