于 玲，褚麗莉，牛芳琳

(遼寧工業(yè)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

為響應(yīng)習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上關(guān)于立德樹人的號召，且因?yàn)樾盘柵c系統(tǒng)課程是通信、電子相關(guān)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課、考研課，在專業(yè)的課程學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中處于承上啟下的地位，故有必要將立德樹人的思想貫穿整門課程的各個教育環(huán)節(jié)。在本門課程中既要培養(yǎng)學(xué)生勇于探索創(chuàng)新的科學(xué)思維方式，還要能夠幫助學(xué)生建立正確的價值觀念、良好的思維模式和思維習(xí)慣，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。故本文結(jié)合信號與系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo)，從設(shè)立思政重點(diǎn)、構(gòu)建實(shí)施方案和設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)案例幾個方面，對課程進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將思政元素以潤物細(xì)無聲的方式與學(xué)生知識、能力的培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合，以達(dá)到潛移默化培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)、塑造學(xué)生正確價值觀的目的。

一、課程思政元素的梳理

思政重點(diǎn)的設(shè)立是課程思政的基礎(chǔ)及實(shí)施的前提。課程思政不是簡單地堆疊思政元素[1]，需要和課程所講授的專業(yè)內(nèi)容相結(jié)合。而且不同課程在知識講授上差別較大，故不同課程在思政元素的選擇上也需要有所偏重[2]。

針對“信號與系統(tǒng)”這門課程而言，該課程的教學(xué)重點(diǎn)是用數(shù)學(xué)方法描述信號和系統(tǒng)，對連續(xù)和離散信號進(jìn)行時域和頻域分析，描述并分析線性時不變系統(tǒng)的特性[3]?？紤]到無論是解決日常生活還是科學(xué)問題的時候，通常都是分為觀察問題、分析問題和解決問題這三個具體步驟。因此，本文將本課程的思政重點(diǎn)設(shè)立與這三個步驟相結(jié)合，提出了“從知識傳授、能力培養(yǎng)和價值觀塑造三個方面，引領(lǐng)學(xué)生從多個角度觀察問題、用辯證的思維分析問題，從而能夠解決復(fù)雜工程問題”的思政重點(diǎn)。此外，再通過師生之間的互動和學(xué)生之間的團(tuán)結(jié)協(xié)作，全方位地培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，塑造學(xué)生的文化自信和精益求精的大國工匠精神。

二、課程思政實(shí)施方案

本文依據(jù)課程思政元素梳理的結(jié)果，構(gòu)建了本課程的課程思政具體實(shí)施方案，如圖1所示。

圖1 課程思政實(shí)施方案

首先，將整門課程的授課內(nèi)容統(tǒng)合為觀察問題、分析問題和解決問題的方法，這可以有效地幫助學(xué)生以嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)方法對今后遇到的問題進(jìn)行分析、研究和解決。其次，在知識傳授的過程中，圍繞本門課程的教學(xué)目標(biāo)，針對授課知識點(diǎn)的不同，靈活采用實(shí)際事實(shí)展示、具體案例分析、啟發(fā)式教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)和小組合作等多種教學(xué)形式，將教師講授和學(xué)生主動學(xué)習(xí)相結(jié)合，從多個維度培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)意識和自主學(xué)習(xí)能力。選取的事實(shí)和案例，貼合學(xué)生的日常生活和時事，以潛移默化的方式培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)了將知識傳授、能力培養(yǎng)和價值觀塑造三者融 為一體。

三、課程思政教學(xué)案例

依據(jù)梳理的思政元素和構(gòu)建的實(shí)施方案，本文設(shè)計(jì)了相應(yīng)的、融合了思政元素的教學(xué)案例。下面列出了其中幾個典型的教學(xué)案例，每個案例中均說明了案例所結(jié)合的教材章節(jié)、課程教學(xué)目標(biāo)和具體教學(xué)實(shí)施過程。

1.教學(xué)案例1——信號的基本概念

本案例所結(jié)合的章節(jié)為：第一章信號與系統(tǒng)中的第1.1 節(jié)緒論，第1.2 節(jié)信號和第1.3 節(jié)信號的基本運(yùn)算[3]，是整門課程講授的第一節(jié)課，是為學(xué)生建立信號與系統(tǒng)相關(guān)概念，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)的重要章節(jié)。本案例設(shè)計(jì)的課程教學(xué)目標(biāo)為：

（1）知識目標(biāo)：

掌握信號和系統(tǒng)的基本概念，信號及系統(tǒng)的描述方法、信號的分類、信號的基本運(yùn)算。

（2）能力目標(biāo)：

培養(yǎng)學(xué)生觀察問題的發(fā)散性思維和解決問題時舉一反三的能力，培養(yǎng)學(xué)生解決問題時團(tuán)結(jié)協(xié)作的思維和意識。

（3）素質(zhì)目標(biāo)：

增強(qiáng)學(xué)生的民族認(rèn)同感和文化自信，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德和職業(yè)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，樹立科技強(qiáng)國的理念，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的精神。

具體教學(xué)實(shí)施過程如下：

（1）請學(xué)生按照自己的理解說一下方艙醫(yī)院建設(shè)時，最先建設(shè)的是什么？學(xué)生回答：（略）。給出為方艙醫(yī)院建設(shè)提供通信保障的相關(guān)新聞鏈接，通過方艙醫(yī)院建設(shè)時通信先行的實(shí)例，明確通信行業(yè)在民生保障上的特殊性，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德和職業(yè)素養(yǎng)。通過說明現(xiàn)代社會信息快速準(zhǔn)確傳遞的重要性，引出信息傳遞的兩個重要元素——信號和系統(tǒng)。

（2）請學(xué)生用自己的理解說一下什么是信號？學(xué)生回答：（略）。為學(xué)生展示烽火臺和狼煙的圖片，講述古代如何傳遞敵人來犯的信息，烽火和狼煙就是一種簡單有效的信號表達(dá)形式，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、快速的信號傳遞。這樣，通過古人的智慧實(shí)例，潛移默化地增強(qiáng)了學(xué)生的文化自信和對中華民族的認(rèn)同感[4]。再請學(xué)生說一下在抗擊疫情時，我們是用什么信號進(jìn)行的信息傳遞。學(xué)生回答：（略）?？偨Y(jié)給出信號的基本概念。對比古代的烽火狼煙和現(xiàn)代的通信信號，培養(yǎng)學(xué)生科技強(qiáng)國的信念。

（3）以手機(jī)收發(fā)短信/微信為例，明確信號、信息、消息的區(qū)別；通過通信系統(tǒng)的構(gòu)成，明確系統(tǒng)的概念，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的相互關(guān)聯(lián)、相互作用、特定功能的特性，明確系統(tǒng)各部分協(xié)同工作的重要性，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的思維和意識。

（4）首先由教師講授信號和系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述和典型信號的數(shù)學(xué)描述，然后通過PPT 演示典型信號的波形圖，加深學(xué)生對信號分類的具體認(rèn)識。請同學(xué)將典型信號的數(shù)學(xué)描述和電路中所講的電信號進(jìn)行類比，進(jìn)一步明確信號是具有物理意義的概念，同時使學(xué)生對多門課程所學(xué)的知識融會貫通。

（5）從易到難，逐步引導(dǎo)。首先，讓學(xué)生學(xué)習(xí)信號的加、減、乘、反轉(zhuǎn)、平移、尺度變換這些基本運(yùn)算，同時通過語音信號的實(shí)例，幫助學(xué)生理解信號基本運(yùn)算的物理含義。然后，將反轉(zhuǎn)、平移和尺度變換進(jìn)行結(jié)合，提醒學(xué)生注意變換所針對的自變量，通過改變?nèi)N運(yùn)算的次序，獲得殊途同歸的運(yùn)算結(jié)果，從而培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和勇于探索的精神。

本案例的教學(xué)過程以啟發(fā)式教學(xué)為主，以時事實(shí)例，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德和職業(yè)素養(yǎng)；通過古今信號傳遞方式的對比，樹立學(xué)生的文化自信，堅(jiān)定學(xué)生的科技強(qiáng)國信念。逐步引導(dǎo)學(xué)生明確信號和系統(tǒng)相關(guān)概念，通過實(shí)例幫助學(xué)生理解信號與系統(tǒng)相關(guān)概念和信號運(yùn)算的物理含義，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科知識的融會貫通、舉一反三的能力。

2.教學(xué)案例2——頻域分析

本案例所結(jié)合的章節(jié)為：第四章連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析中的第4.1 節(jié)信號分解為正交函數(shù)，第4.2節(jié)傅里葉級數(shù)[3]，是學(xué)生開始學(xué)習(xí)頻域分析的第一節(jié)課。本案例設(shè)立的教學(xué)目標(biāo)為：

（1）知識目標(biāo)：

理解信號正交分解的意義，明確信號是可以用多種方式正交分解的，了解使均方誤差最小的正交分解的求法；掌握周期信號傅里葉級數(shù)的定義，理解傅里葉級數(shù)中各項(xiàng)系數(shù)的物理意義，如直流分量和諧波；了解周期信號傅里葉級數(shù)的應(yīng)用。

（2）能力目標(biāo)：

培養(yǎng)學(xué)生分析問題時將復(fù)雜問題簡單化的分析能力；培養(yǎng)學(xué)生解決問題時采用發(fā)散性思維的能力。

（3）素質(zhì)目標(biāo)：

培養(yǎng)學(xué)生理解事物的相通性、科學(xué)的思維方法以及解決問題時需秉持嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和學(xué)術(shù)素養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生的文化自信和民族認(rèn)同感。

具體教學(xué)實(shí)施過程如下：

（1）為學(xué)生展示三棱鏡將白光分解為多種單色光的圖片，提問：信號能不能進(jìn)行類似的分解？學(xué)生回答：（略）。為學(xué)生展示三原色圖片，提問：三原色是色彩中不能再分解的三種基本顏色，是混合出不同顏色的基礎(chǔ)，請大家思考，復(fù)雜信號有沒有類似的基本信號？學(xué)生回答：（略）。

在課程的開始用兩張常識性的圖片，引起學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，利用提問的方式將學(xué)生的思路引導(dǎo)至對問題的探索，思考顏色和三原色之間的關(guān)系，理解事物的相通性，將發(fā)散性思維應(yīng)用到日常思考和對科學(xué)問題的探索。

（2）在直角坐標(biāo)系畫一個過原點(diǎn)的矢量，請學(xué)生對這個矢量進(jìn)行分解。學(xué)生回答：（略）。

（3）對上述問題的回答進(jìn)行總結(jié)，引出正交矢量集的概念，再由教師講授正交、正交函數(shù)集和完備正交函數(shù)集的概念。學(xué)生通過討論得出結(jié)論，復(fù)雜信號的基本信號就是完備正交函數(shù)集。

讓學(xué)生深刻理解事物的相通性，通過學(xué)生的主動思考和教師引導(dǎo)，將復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式形象化，讓數(shù)學(xué)公式和物理意義緊密聯(lián)系，達(dá)到知行合一的培養(yǎng)目標(biāo)。

（4）舉例說明常見的完備正交函數(shù)集。設(shè)問，基本信號怎么分解成完備正交函數(shù)集的加權(quán)和？計(jì)算近似信號和原始信號之間的均方誤差，使均方誤差最小，推導(dǎo)得出信號可分解為無窮多項(xiàng)正交函數(shù)之和的結(jié)論，給出正交函數(shù)前系數(shù)的計(jì)算方法。

通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C和推導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的學(xué)術(shù)素養(yǎng)，讓學(xué)生能夠知其然，更能夠知其所以然。

（5）從學(xué)生熟悉的三角函數(shù)正交完備集，推導(dǎo)得到周期函數(shù)的傅里葉級數(shù)定義，從定義引申出傅里葉級數(shù)系數(shù)的物理含義——直流分量、一次諧波、二次諧波……，再次強(qiáng)調(diào)信號所對應(yīng)的物理意義，防止學(xué)生單純記憶數(shù)學(xué)公式。

（6）定義推導(dǎo)后再用三個不同頻率和幅度的正弦信號組合成復(fù)雜信號的圖片，通過將方波分解為多個諧波的疊加過程的動畫演示，讓學(xué)生進(jìn)一步理解多角度分析問題的科學(xué)思維方法，體會化復(fù)雜為簡單的變換之美，用“橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同”的詩句總結(jié)傅里葉級數(shù)的變換效果，以潤物細(xì)無聲的方式增強(qiáng)學(xué)生的文化自信和民族認(rèn)同感。

（7）請學(xué)生用傅里葉級數(shù)對給定頻率和幅值的方波信號進(jìn)行分解，與前述的動畫進(jìn)行比對，加深學(xué)生對定義的理解，明確傅里葉級數(shù)在實(shí)際中如何應(yīng)用。

本案例的教學(xué)過程遵循由易到難的思維規(guī)律，以啟發(fā)式教學(xué)為主，增強(qiáng)學(xué)生的主觀能動性，注重對學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生多角度分析、思考問題的能力，理解簡單與復(fù)雜的辯證關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的學(xué)術(shù)素養(yǎng)。

3.教學(xué)案例3——綜合訓(xùn)練

本案例所結(jié)合的章節(jié)為：課程大作業(yè)，由教師布置任務(wù)，學(xué)生利用課外時間完成設(shè)計(jì)分析，教師通過學(xué)生的答辯和書面報告對整個環(huán)節(jié)進(jìn)行考核。本案例所設(shè)計(jì)的課程教學(xué)目標(biāo)為：

（1）知識目標(biāo)：

綜合運(yùn)用課程所學(xué)知識，掌握對信號進(jìn)行時域分析和頻域分析的方法。

（2）能力目標(biāo)：

綜合培養(yǎng)學(xué)生觀察問題、分析問題和解決問題的能力，同時培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作交流能力。

（3）素質(zhì)目標(biāo)：

培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的精神，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的學(xué)術(shù)素養(yǎng)和追求卓越的大國工匠精神。

具體教學(xué)實(shí)施過程如下：

（1）教師給出綜合性的、針對實(shí)際信號的時頻分析處理方面的題目，例如其中一道題目為：

自選軟件采集一段語音信號，對其進(jìn)行傅里葉變換，分析其頻譜特性，分別加入低頻噪聲和高頻噪聲（例如：加入頻率為1 000 Hz 的正弦波和8 000 Hz 的正弦波），分析時域和頻譜變化。要求：錄制的語音信號長度不少于5s；自選軟件分別繪制原始語音信號、含低頻噪聲語音信號和含高頻噪聲語音信號的時域波形和頻譜圖（可以選用Matlab 等類似的軟件或繪圖工具）；通過仿真結(jié)果進(jìn)行分析，加入低頻噪聲后是否可以使用低通、帶通或高通濾波器去除噪聲，計(jì)算高頻噪聲所需濾波器的指標(biāo)參數(shù)。

題目內(nèi)容考查了學(xué)生用變換域的思維對時域信號進(jìn)行分析的方法，且加入了對處理結(jié)果的分析和思考，使題目要求具有一定的難度，這培養(yǎng)了學(xué)生的主觀能動性和勇于探索的精神。

（2）學(xué)生三人一組，分組進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，通過查詢資料、理論分析和仿真驗(yàn)證，按照題目要求，對實(shí)際語音信號進(jìn)行分析和處理，獲得相應(yīng)信號的時頻分析結(jié)果。學(xué)生以PPT 匯報的形式，對所做工作進(jìn)行總結(jié)匯報，教師及同學(xué)進(jìn)行提問和討論。

完成任務(wù)的過程可以充分鍛煉學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作、合作交流、查閱文獻(xiàn)資料及根據(jù)需要進(jìn)行分析整理的能力，而且教師和學(xué)生的提問、討論可以有助于發(fā)現(xiàn)學(xué)生思維不嚴(yán)密的地方，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、塑造其精益求精的態(tài)度。

（3）答辯后，學(xué)生修改并上交書面報告。

利用書面表達(dá)，進(jìn)一步訓(xùn)練學(xué)生的綜合表達(dá)能力，要求學(xué)生書面報告邏輯清晰、理論推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證正確、格式嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范、能夠清楚地表達(dá)時頻分析的結(jié)果，從而訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的學(xué)術(shù)素養(yǎng)和追求卓越的大國工匠精神。

本案例的教學(xué)過程為任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)，通過綜合性的、針對實(shí)際信號的時頻分析處理方面的題目培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。首先，通過綜合性的時頻分析任務(wù)，幫助學(xué)生真正將課堂所學(xué)知識融會貫通，培養(yǎng)學(xué)生用科學(xué)的思維方法解決實(shí)際問題的能力。其次，通過組內(nèi)的分工合作使學(xué)生能夠主動思考、交流，培養(yǎng)其團(tuán)結(jié)協(xié)作和溝通交流的能力。最后，再通過答辯、書面報告和綜合評價，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的學(xué)術(shù)素養(yǎng)和追求卓越的大國工匠精神。

四、結(jié)論

目前，本文所設(shè)計(jì)的課程思政教學(xué)案例均已在最近學(xué)期的教學(xué)中進(jìn)行了嘗試運(yùn)用，學(xué)生反響效果良好。通過學(xué)生反饋，本課程所有思政案例的設(shè)計(jì)均以客觀事實(shí)和日?，F(xiàn)象作為理論的引入點(diǎn)，更容易和學(xué)生的認(rèn)知產(chǎn)生共鳴，讓學(xué)生更容易接受以科學(xué)的方法對實(shí)際問題進(jìn)行分析，從而讓嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方法成為了學(xué)生日常觀察問題的常態(tài)。從課程的過程考核結(jié)果也可以看出，學(xué)生的過程考核和課程大作業(yè)成績逐年提高，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性得到了提升。

綜上所述，本門課程將思政元素與課程的授課內(nèi)容和授課的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行了有機(jī)融合，教學(xué)實(shí)施過程強(qiáng)調(diào)師生的互動，通過多種教學(xué)方式和考核模式培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的精神和學(xué)習(xí)的主觀能動性，使學(xué)生在主動學(xué)習(xí)課程知識的同時，培養(yǎng)了科學(xué)思維、創(chuàng)新能力和學(xué)術(shù)素養(yǎng)，塑造了正確的價值觀、職業(yè)道德，增強(qiáng)了科技強(qiáng)國的信念，從而達(dá)到了課程思政的目的。