課程思政引領(lǐng)下高校信號與系統(tǒng)課程教學(xué)改革

[摘" 要]高校教育的根本任務(wù)是立德樹人，課程思政是實現(xiàn)這一目標的有效途徑。本文根據(jù)信號與系統(tǒng)課程的特點，闡述了信號與系統(tǒng)課程思政育人的優(yōu)勢，明確了課程思政的建設(shè)原則，提出了結(jié)合教學(xué)內(nèi)容、時事熱點，采用多元化的教學(xué)方法進行課程思政的教學(xué)實施方案。結(jié)合“無失真?zhèn)鬏斉c濾波”這一節(jié)的教學(xué)案例，闡述了課程思政的教學(xué)實施過程，以期為理工科專業(yè)教師實施課程思政提供理論和實踐參考。

[關(guān)鍵詞]信號與系統(tǒng)" 無失真?zhèn)鬏斉c濾波" 課程思政" 教學(xué)改革

中圖分類號：G412"""""" 文獻標志碼：A

引" 言

全面推進課程思政建設(shè)，在促進理論知識和技能學(xué)習(xí)的同時，做到立德樹人，是人才培養(yǎng)的應(yīng)有之義。信號與系統(tǒng)是本科計算機技術(shù)類和信息技術(shù)類的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程以信號分析為基礎(chǔ)，主要講授線性時不變系統(tǒng)（簡稱LTI）的時域和頻域分析，要求學(xué)生掌握分析信號和系統(tǒng)的基本方法。由于數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜、抽象難學(xué)，容易導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中接受相關(guān)知識的進程緩慢，因此在信號與系統(tǒng)課程中開展課程思政教育具有重要意義，可以避免學(xué)習(xí)理論知識的枯燥，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，做到立德樹人。

近年來，各個高校開始了課程思政建設(shè)的熱潮，與此同時，信號與系統(tǒng)課程思政教學(xué)也出現(xiàn)一些問題，例如專業(yè)知識和思政元素融合度不高、課程思政建設(shè)目標和建設(shè)思路不明確、專業(yè)教師課程思政意識薄弱以及課程思政的融入形式有待改進等。針對以上問題，本文提出了結(jié)合教學(xué)內(nèi)容、時事熱點，采用多元化的教學(xué)方法進行課程思政的教學(xué)實施方案。最后結(jié)合“無失真?zhèn)鬏斉c濾波”這一節(jié)的教學(xué)案例，闡述了課程思政的教學(xué)實施過程，為理工科專業(yè)教師實施課程思政提供理論和實踐參考。

信號與系統(tǒng)課程思政育人優(yōu)勢與建設(shè)原則

1.信號與系統(tǒng)課程思政育人優(yōu)勢

信號與系統(tǒng)涉及大量的數(shù)學(xué)知識，是通信原理、數(shù)字信號處理、自適應(yīng)濾波器理論等課程的先導(dǎo)課程。該課程有如下思政育人優(yōu)勢：

（1）該課程內(nèi)容中包含很多馬克思主義哲學(xué)思維元素，例如辯證思維、系統(tǒng)思維等，可幫助學(xué)生樹立科學(xué)的三觀。

（2）該課程中涉及傅立葉、拉普拉斯、奈奎斯特、狄拉克等科學(xué)家，通過介紹他們的科學(xué)研究經(jīng)歷和個人事跡，可以培養(yǎng)學(xué)生勇于探索和嚴謹求實的科學(xué)精神。

（3）該課程設(shè)置有很多實驗、課程設(shè)計環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題能力、設(shè)計/開發(fā)能力以及解決實際問題能力具有重要作用。

（4）我國的很多先進技術(shù)都涉及信號與系統(tǒng)相關(guān)知識，在課堂上向?qū)W生介紹我國在國際上的領(lǐng)先科學(xué)技術(shù)，對培養(yǎng)學(xué)生勇攀科學(xué)高峰的責(zé)任感、堅定不移的愛國情懷具有重要作用。

2.信號與系統(tǒng)課程思政建設(shè)原則

教師只有在教學(xué)過程中遵循一定的思政原則，才能保證課程思政建設(shè)的順利推進并且達到預(yù)期效果。

（1）適度性原則。思政元素的數(shù)量要適宜。思政元素過多會占用原有教學(xué)體系時間，也可能會引起學(xué)生反感失去思政教學(xué)的意義。思政元素過少有可能導(dǎo)致教育流于表面，不能深入學(xué)生內(nèi)心，達不到真正的育人效果。

（2）漸進性原則。思政教學(xué)方法要循序漸進。教師只有由淺入深地開展思政教育，因材施教，才能引導(dǎo)學(xué)生在潛移默化中提升自己的三觀。

（3）有機性原則。思政元素和教學(xué)內(nèi)容要有機統(tǒng)一。教師要深刻認識到自己的教學(xué)責(zé)任，做好思政元素和課程內(nèi)容的有機結(jié)合，防止課程思政“標簽化”。

（4）求實性原則。思政教學(xué)要符合時代要求和課程要求。教師應(yīng)以課程培養(yǎng)目標為著力點，結(jié)合社會實際、學(xué)校實際、學(xué)院實際與專業(yè)實際，制定切實可行的思政教學(xué)方案。

信號與系統(tǒng)課程思政教學(xué)實施方案

1.找準思政元素與專業(yè)知識的契合點，設(shè)計有機互融的方式

教學(xué)內(nèi)容是課程的知識化載體，可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和生活實例，通過引入思政元素，促進課程思政和專業(yè)內(nèi)容教學(xué)相長，達到事半功倍的育人效果。同時，要避免教學(xué)過程中思政元素選取不當(dāng)?shù)膯栴}，盡量選取能引導(dǎo)學(xué)生積極向上、增加學(xué)生認同感的思政元素。

例如：在講述“LTI系統(tǒng)時域分析”時，教師由激勵和響應(yīng)的關(guān)系，引出輸入行為決定輸出的結(jié)果，鼓勵學(xué)生在生活中多學(xué)習(xí)有益知識，樹立積極向上的三觀。在講述“LTI系統(tǒng)的時域和頻域分析”時，教師從客觀事物具有兩面性的角度，引導(dǎo)學(xué)生變換角度看問題。在講述“離散系統(tǒng)的z域分析”時，教師引出z變換在水下聲吶、雷達等通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生愛黨愛國的高尚情操和科教興國信念。

2.以時事熱點和社會針對性問題為切入點，引導(dǎo)學(xué)生展開討論并進行思政教育

隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來以及手機、電腦的普及，有理想、有抱負的年輕一代對社會熱點問題的關(guān)注度不斷提高。當(dāng)前教學(xué)模式中，教師在課堂中處于主導(dǎo)地位，課堂模式單一，課堂氛圍難免沉悶。面對學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高的問題，教師可以把時事熱點融入課堂中，讓學(xué)生展開討論發(fā)表自己的意見和見解，教師適時引導(dǎo)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

例如，在“無失真?zhèn)鬏斉c濾波”一節(jié)，講述我國神舟十六號載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功，中國成為繼美國、俄羅斯之后第三個獨立掌握太空對接技術(shù)的國家。自2003年我國第一艘載人飛船神舟五號成功發(fā)射，我國的航空事業(yè)取得了突飛猛進的發(fā)展。教育學(xué)生認識百年風(fēng)雨志為堅的道理，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，弘揚愛國主義情懷。

同時，結(jié)合時事熱點問題，在“LTI系統(tǒng)的頻域分析”一節(jié)，講述2022年2月至今，俄羅斯和烏克蘭戰(zhàn)爭沖突爆發(fā)，在互聯(lián)網(wǎng)上掀起了信息的戰(zhàn)火，這也是一場信息戰(zhàn)、情報戰(zhàn)、電子戰(zhàn)。俄軍利用“Zhitel”便攜式通信干擾站對烏克蘭軍隊的通信實施了全方位的偵察、干擾，教導(dǎo)學(xué)生只有掌握先進的科學(xué)技術(shù)，才能在國際上處于主導(dǎo)地位，激發(fā)學(xué)生科教興國的責(zé)任感。

3.采用多元化教學(xué)方式，組織和引導(dǎo)學(xué)生積極參與課程思政過程

教學(xué)過程的主體是學(xué)生，課程思政的側(cè)重點在于提高學(xué)生的情感體驗和認同，教師采用多元化的教學(xué)方式可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和參與度，形成情感的體驗和感悟。

為了讓學(xué)生更好地感受、接受、融入思政教育，在教學(xué)過程中，教師需要組織和引導(dǎo)學(xué)生積極參與課程思政的教學(xué)過程。例如，在教學(xué)過程中采用翻轉(zhuǎn)課堂、matlab仿真實驗、項目實踐活動等。同時，教師可以采用課上課后、線上線下、理論實踐相結(jié)合的三位一體模式開展教學(xué)工作。另外，要鼓勵學(xué)生積極利用所學(xué)知識參加“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生系列科技學(xué)術(shù)競賽、中國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽等大學(xué)生科技競賽，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力以及實踐動手能力。

課程思政教學(xué)實施案例

本文以“無失真?zhèn)鬏斉c濾波”為例，闡述開展課程思政的教學(xué)改革過程。

1.教學(xué)目標設(shè)計

無失真?zhèn)鬏敽蜑V波起到了聯(lián)結(jié)信號與系統(tǒng)關(guān)系的作用。通過“無失真?zhèn)鬏斉c濾波”這一節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠更全面地理解連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的頻域分析方法，掌握無失真?zhèn)鬏斉c濾波的理論和應(yīng)用。

具體知識目標：深刻理解無失真?zhèn)鬏斉c濾波的定義；掌握無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)和濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)及其基本條件；理解各種濾波器在通信、圖像處理、信號處理中的應(yīng)用。

具體能力目標：能利用matlab設(shè)計濾波器，加深對無失真?zhèn)鬏敽蜑V波器的理解，提高工程實踐動手能力；觀察濾波前后信號的變化，加深對無失真?zhèn)鬏敽蜑V波的認識，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

具體思政目標：樹立馬克思辯證唯物主義思維，認識到任何事物都不是絕對的，引導(dǎo)學(xué)生辯證地看問題；培養(yǎng)學(xué)生嚴謹求實的學(xué)習(xí)習(xí)慣；樹立科教強國觀念，弘揚愛國主義情懷，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的科學(xué)精神。

2.教學(xué)過程設(shè)計

“無失真?zhèn)鬏斉c濾波”教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計如表1所示。

（1）回顧LTI系統(tǒng)的頻域分析，引出問題

教師回顧連續(xù)時間LTI系統(tǒng)的頻域分析過程，將激勵的頻譜函數(shù)乘以系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)得到輸出信號的頻譜函數(shù)，引出問題“連續(xù)時間信號的頻域分析這一過程在實際問題中有什么作用？”讓學(xué)生思考和討論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)大學(xué)生對未知事物的好奇心，突破舒適區(qū)，在對未知事物的探知中擴大自己的知識版圖。

（2）結(jié)合實際問題，引出信號的無失真?zhèn)鬏斉c濾波

教師講述在很多現(xiàn)實場合中用戶希望信號通過系統(tǒng)后不產(chǎn)生失真，如數(shù)字電視信號的傳輸、通信系統(tǒng)中信號的放大和衰減等，引出無失真?zhèn)鬏敗⑾到y(tǒng)的頻率響應(yīng)以及濾波的概念。教師分析無失真?zhèn)鬏敽屠硐霝V波器在現(xiàn)實中無法實現(xiàn)的原因，并介紹在實際應(yīng)用中系統(tǒng)只要在信號有效頻帶范圍內(nèi)滿足相應(yīng)的條件即可。通過講述，使學(xué)生認識到以上思想符合馬克思辯證唯物主義思維，任何事物都不是絕對的，培養(yǎng)學(xué)生辯證思考問題的能力。雖然沒有十全十美的事物，但是要善于發(fā)現(xiàn)優(yōu)點，懂得取舍之道，不斷加強學(xué)習(xí)，完善自我。

（3）利用matlab進行信號的低通濾波

教師指導(dǎo)學(xué)生利用matlab對合成連續(xù)時間信號進行濾波，并引導(dǎo)學(xué)生調(diào)節(jié)濾波器或原始信號的參數(shù)，觀察相應(yīng)波形的變化。通過理論和實踐的相互印證，觀察分析參數(shù)變化引起系統(tǒng)輸出變化的現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹求實的學(xué)習(xí)態(tài)度。

（4）濾波器在實際工程中的應(yīng)用

教師講述濾波器在有線/無線通信、控制、圖像處理、信號處理等工程應(yīng)用中的重要作用，例如數(shù)字電視信號的傳輸、我國的5G通信系統(tǒng)、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)等。通過講述生活實際案例幫助學(xué)生樹立科教強國觀念，弘揚愛國主義情懷，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的科學(xué)精神。

（5）課堂小結(jié)

教師引導(dǎo)學(xué)生對無失真?zhèn)鬏敽蜑V波相關(guān)知識進行總結(jié)。教師說明無失真?zhèn)鬏敽蜑V波起到了聯(lián)結(jié)信號與系統(tǒng)關(guān)系的作用，時域采樣定理建立了連續(xù)時間信號和離散時間信號之間的橋梁，引出下節(jié)的時域采樣定理，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)問題和歸納問題的能力。

3.教學(xué)效果調(diào)查統(tǒng)計

為了及時了解課程思政教學(xué)實施效果，本文對計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生進行了課程滿意度調(diào)查，參與學(xué)生69人，統(tǒng)計結(jié)果見表2。學(xué)生總體上對課程思政的教學(xué)效果滿意，認為思政內(nèi)容與專業(yè)知識較匹配，有助于專業(yè)學(xué)習(xí)。個別學(xué)生存在不滿意的情況，反映了個體情感體驗的差異性，希望教師正視不足、總結(jié)經(jīng)驗，進一步健全課程思政教學(xué)方案，提高教學(xué)質(zhì)量。

結(jié)" 語

教育的根本任務(wù)是立德樹人。信號與系統(tǒng)課程在通信、語音信號處理、視頻信號處理等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，課程本身蘊含著豐富的思政元素。探索思政內(nèi)容的選擇和融入路徑，開展結(jié)合課程思政的教學(xué)模式，可以使教學(xué)過程更加鮮活，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力。對于本課程的課程思政建設(shè)仍然需要不斷探索和實踐，教師也要與時俱進不斷進步，及時總結(jié)教學(xué)過程中的經(jīng)驗和不足，健全課程思政教學(xué)過程，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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