信號與系統課程思政教學設計與實踐

[摘要]信號與系統是電氣工程專業的一門重要課程，本文從課程思政總體方案設計和課程思政教學案例設計兩方面進行了有益的探索。首先面向專業培養目標，基于課程支撐的畢業要求指標點，確定了課程目標；其次根據課程目標，結合課程特點，構建起以科學思維、科學精神、家國情懷、實踐能力為主的課程思政教學體系；最后重構了課程內容，以課程知識點和應用案例為思政切入點，設計了課程思政教學案例。教學實踐表明，所設計的總體方案和教學案例是切實可行的。

[關鍵詞]信號與系統；課程思政；總體方案設計；教學案例設計" " "[DOI]：10.20122/j.cnki.2097-0536.2025.02.025

課程思政建設是高校人才培養的重要工作。為了更好地開展課程思政建設，作為高校教師，既應當具有整體思維，能立足時代、面向專業構建課程思政總體方案，避免思政內容碎片化[1]；又應當具有工匠精神，認真鉆研課程，仔細分析學情，精心設計案例，使課程思政產生實效[2]。

在新工科建設的時代背景下，對于以信息化和智能化為主要特征的新工科專業而言，信號與系統是一門啟智增慧的重要課程[3]。該課程內容豐富，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課程思政建設過程中，在課程思政總體方案設計和課程思政教學案例設計兩方面的探索與實踐。

一、課程思政總體方案設計

西南石油大學電氣工程專業是四川省應用型品牌專業，信號與系統是該專業的一門重要課程，課程團隊面向專業培養目標，積極開展課程教學改革，從課程目標設計和課程思政教學體系設計兩方面構建起課程思政總體方案。

（一）信號與系統課程目標設計

該課程支撐電氣工程專業的畢業要求指標點1.1（工程知識之知識結構）和指標點2.1（問題分析之思維能力培養），據此設計課程的三維目標如下所述。

知識目標：學生能夠理解信號與系統的時域和變換域分析的基本理論，并能夠用于工程中相關問題的表述。

能力目標：學生能夠運用信號與系統的時域和（或）變換域分析方法，對工程中的信號分析與處理問題進行抽象并建立模型，能夠對模型進行分析，并能夠對分析結果進行物理解釋。

思政目標：學生具有科學精神和科學思維能力，能夠獨立思考、質疑、批判和探究；具有科技報國的家國情懷；具有善于解決問題的實踐能力。

（二）信號與系統課程思政教學體系設計

根據課程目標，結合課程具有的“原理深厚、方法多元、應用廣泛”等特點[5]，構建起以科學思維、科學精神、家國情懷、實踐能力為主的課程思政教學體系，具體如下所述。

科學思維：提煉課程中蘊含的辯證思維、批判性思維、工程思維等科學思維方法，培養學生的科學思維能力。

科學精神：結合學科歷史人物實事求是、求真務實、獨立思考、勇于實踐、敢于創新的事跡，以及課程知識點和應用案例，培養學生的科學精神。

家國情懷：結合課程特點，有機融入北斗導航、深空探測、中國光伏等我國重大自主創新事例，激發學生科技報國的家國情懷。

實踐能力：構建課堂實踐、課外實踐、課程實驗三維度實踐環境，全方位培養學生的實踐能力。其中，課堂實踐方面，利用MATLAB軟件進行仿真實踐；課外實踐方面，校企合作開發具有工程背景的項目，明確項目研究目標，組織學生以小組為單位開展具體項目研究；課程實驗方面，開發了8個研究型實驗項目，引導學生主動探究。

二、課程思政教學案例設計

課程團隊緊扣課程目標，以課程知識點和應用案例為思政切入點，與企業導師合作建設了課程思政教學案例20余個，以下列舉2個代表性教學案例進行介紹。

（一）課程思政教學案例1——連續系統的頻域分析方法

1.課堂教學目標設計

知識目標：學生能理解連續系統頻域分析的方法，并體會通信中信號無失真傳輸的條件。

能力目標：學生具備對連續系統進行頻域分析的能力，能綜合應用時域分析法和頻域分析法分析信號無失真傳輸的條件。

思政目標：激發學生科技報國的家國情懷，培養學生的團隊協作能力，培養學生的科學思維，引導學生樹立責任意識。

2.課堂教學過程設計

（1）課堂引入

以近年來我國航天事業不斷取得新進展為背景，向學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，使學生體會到我國在深空探測方面的偉大成就，激發學生科技報國的家國情懷。

引導學生思考：“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生失真？”從而引入本次課內容——連續系統的頻域分析方法，同時引入本次課的應用案例——信號的無失真傳輸。

頻域分析方法在實際應用中具有很大價值[6]。通過課堂引入，使學生首先認識到本次課內容的重要性。

（2）知識精講夯實基礎

在課前學生自主學習基礎知識的情況下，教師精講連續系統頻域分析方法的基本思路，并通過問答、啟發式的教學方式引導學生自主闡述總結連續系統頻率響應的概念和物理意義、信號通過系統的響應的求解方法。

教師通過問題引導學生充分理解并掌握連續系統頻域分析的方法，為后續應用研討和課堂練習奠定堅實基礎。

（3）應用研討

教師結合玉兔二號月球車和祝融號火星車傳回地球的圖像，闡述信號無失真傳輸的意義。

接下來，教師提出應用研討任務：“綜合應用連續系統的時域分析方法和頻域分析方法，分析要使信號在傳輸時不發生失真，系統應當具有怎樣的時域特性和頻域特性？”組織學生進行分組研討，解決工程中的信號無失真傳輸問題。

在研討過程中，通過組內討論、小組匯報、組間互動等環節，一方面培養學生的團隊協作能力，另一方面使學生認識到對于同一問題可以有不同的分析思路，既可以從數學模型出發、也可以從物理意義出發分析信號的無失真傳輸問題，培養學生的發散思維。

（4）課堂練習

教師發布連續系統頻域分析的練習題，所發布的練習題與信號無失真傳輸有關，使學生通過課堂練習，進一步加深對連續系統頻域分析方法的理解和掌握，進一步深化對信號無失真傳輸的認知。

在學生完成練習題后，教師結合題目提出問題，引導學生得出結論。教師根據學生回答，結合工程實際再次提出新的問題：“如果在信號頻率范圍內，系統特性不滿足無失真傳輸條件，怎么辦？”一步步引導學生思考，培養學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生的一起爆炸事故，并結合事故調查報告指出：“壓力信號傳輸失真是主要原因?！笔箤W生體會到信號傳輸失真可能帶來嚴重危害，引導學生感悟思政的內涵，自覺樹立責任意識。

（二）課程思政教學案例2——濾波器

1.課堂教學目標設計

知識目標：學生能理解濾波器的類型和理想低通濾波器的頻率特性，能體會濾波器在光伏發電系統中的重要作用。

能力目標：學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和階躍響應。

思政目標：增強學生的實踐能力，培養學生獨立思考的精神和批判性思維，培養學生的工程思維和辯證思維，激發學生科技報國的家國情懷。

2.課堂教學過程設計

（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，使學生能夠直觀感受聲音信號的變化。進而提出問題，引導思考：“怎么去除信號中的噪聲？”

通過創設情景，使學生體會到濾波器的作用，認識到本次課內容的重要性。

（2）知識精講夯實基礎

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

通過教師精講，為后續仿真實踐、問題研討奠定堅實基礎。

（3）仿真實踐

教師發布課堂仿真實踐分組任務，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和階躍響應。

通過課堂仿真實踐，使抽象理論直觀化，在深化理論認知的同時，增強了學生使用現代工具解決問題的實踐能力。

（4）問題研討

由仿真實踐引出以下問題：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現？為什么？

教師引導學生思考，組織學生研討。在學生研討的基礎上，針對問題①，教師用動圖演示截止頻率變化所帶來的影響，使學生獲得直觀認識；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時實現，深化學生的認識，并引導學生：“不可盡信書，對問題要有自己的思考！”培養學生獨立思考的精神和批判性思維。

（5）實際低通濾波器

由理想低通濾波器在物理上不能實時實現，引出在物理上能實時實現的實際低通濾波器，并精講實際低通濾波器的類型和特點。

通過剖析幾種常用的實際低通濾波器各自的優點與缺點，引導學生在應用中要根據實際情況合理選擇，培養學生的工程思維和辯證思維。

（6）產教融合應用案例

結合光伏產業，介紹濾波器的產教融合應用案例：光伏逆變器輸出信號的諧波濾除。產教融合能及時反映實踐應用新成果，使學生體會到濾波器在光伏發電系統中的重要作用?；谠搼冒咐赋觯骸爸袊夥B續多年穩居世界第一?！奔ぐl學生科技報國的家國情懷，并鼓勵學生為中國的能源轉型做出貢獻。

三、課程思政建設成效

課程團隊已將所設計的課程思政總體方案和課程思政教學案例成功應用到實際教學中，學生的思政素養有效提升，科學思維和實踐能力穩步增強。最近一次課程結束后的匿名問卷調查結果表明，92.8%的同學認為課程融入思政教育元素后，提升了自己對課程的學習興趣，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、四川省應用型品牌課程、四川省應用型示范課程。在本課程的引領下，電氣工程專業多門課程入選了校級課程思政示范課程，專業學生的綜合素質有了比較明顯的增強。

四、結語

本文介紹了筆者在信號與系統課程思政總體方案設計和課程思政教學案例設計兩方面進行的探索和實踐。不同的專業具有各自不同的情況，各門課程支撐的畢業要求指標點有所不同，課程特點也有一定差別，因此，教師需要根據具體情況，合理構建自己課程的課程思政總體方案，并精心設計自己課程的課程思政教學案例。

參考文獻：

[1]高寧，王喜忠.全面把握《高等學校課程思政建設指導綱要》的理論性、整體性和系統性[J].中國大學教學，2020（09）：17-22.

[2]程相仁.高校課程思政實施的影響因素及其策略[J].秦智，2023（05）：67-69.

[3]陳后金，李艷鳳，陶丹.思政鑄魂的信號處理系列課程教學內涵改革[J].中國大學教學，2022（06）：14-18+26.

[4]奧本海姆，威爾斯基，納瓦卜.信號與系統（第二版）[M].北京：電子工業出版社，2013.

[5]李艷鳳，陳后金，彭亞輝等.“信號與系統”課程思政教學案例的探索與實踐[J].電氣電子教學學報，2022，44（04）：67-70.

[6]管致中，夏恭恪，孟橋.信號與線性系統（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2015.