信號與線性系統課程的“三位一課·思業融合”教學模式探索

中圖分類號：G642 文獻標志碼：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”根本任務的指引下，課程思政建設已成為構建“三全育人”格局的關鍵環節。習近平總書記強調“要用好課堂教學這個主渠道使各類課程與思想政治理論課同向同行”，為專業課程教學指明了“價值塑造、知識傳授、能力培養”三位一體的改革方向山。信號與線性系統作為電子信息類專業的核心基礎課，其理論體系蘊含的系統思維、創新意識與工程倫理，與社會主義核心價值觀、科技報國使命、工匠精神培養具有天然的契合性[2-3]。推進該課程的“思業融合\"建設，需以信號分析中的“時域-頻域轉換”思維類比思政元素的有機融入，仿照系統函數設計理念進行精細化教學設計，將家國情懷、科學精神、辯證思維等思政要素轉化為課程教學的“特征根”，使專業知識傳授與價值引領產生“諧振效應”，最終實現學生專業素養與思想境界的\"頻帶擴展\"[4-6]。

一 信號與線性系統課程教學現狀

信號與線性系統課程是東北大學通信工程、電子信息工程等專業的核心學位課（72學時），同時也是信息與通信學科研究生人學考試的重要科自。作為數字信號處理、通信原理等后續專業課程的基石，該課程在電子信息類專業培養體系中占據關鍵地位。然而，在當前教學實踐中，仍存在“重理論、輕實踐、少思政”的結構性問題，制約了學生工程應用能力、創新思維和綜合素質的全面發展。

（一）授課內容“重理論”，工程思維培養不足

本課程以數學建模和系統分析為主線，涵蓋時域分析、傅里葉變換頻域分析、拉普拉斯變換及Z變換復頻域分析等核心內容。由于理論推導復雜、數學工具密集，教學過程中易陷人“公式推導一例題求解一習題訓練”的單一模式。學生往往過度關注數學運算的正確性，而忽視信號處理思想的物理內涵（如頻譜分析的工程意義、系統穩定性的實際約束等），導致“學不致用\"現象突出。例如，在分析濾波器設計時，學生能熟練計算截止頻率，卻難以理解其在通信抗干擾中的實際價值。這種“數學化\"傾向削弱了學生從工程視角抽象問題、構建模型的能力，與新工科強調的復雜工程問題解決能力要求存在差距。

（二）實踐教學\"弱創新”，能力培養體系斷層

盡管課程配套實驗環節，但現有實踐教學仍存在明顯不足：其實驗內容多以驗證性為主（如利用MAT-LAB觀察典型信號波形），而缺少基于實際場景的綜合設計性任務（如信號去噪系統設計）；在教學方法上，實驗指導書往往提供固定步驟，學生只需按部就班操作即可完成，缺乏自主探究的空間；在評價機制方面，實驗報告更注重結果復現，而非創新性方案或深度問題分析。這種“照方抓藥\"式的實踐模式導致學生即使理論考試成績優異，在面對“如何用信號理論解決5G通信中的多徑干擾”或“如何通過系統函數優化智能傳感器響應速度”等實際工程問題時仍束手無策，反映出當前創新能力培養體系的明顯短板，亟待改進和完善。

（三）思政元素\"淺融入”，價值引領作用缺失

在傳統教學實踐中，思政教育往往陷入“表面化、碎片化、邊緣化\"的誤區：一方面表現為簡單地將思政等同于“課程 + 紅色案例\"（如生硬插入科學家事跡），未能實現與專業知識的有機融合；另一方面，思政內容呈現隨機零散的狀態，缺乏貫穿課程主線的系統性設計；更值得警惕的是，部分教學存在“思政-專業\"對立的思維定式，認為思政教育會擠占專業知識教學時間。在科技自立自強的國家戰略背景下，信號與線性系統課程亟需深入挖掘專業內容蘊含的思政元素，如北斗導航系統中的時頻同步技術突破所體現的家國情懷、濾波器設計中的資源優化所彰顯的可持續發展理念、傅里葉變換所蘊含的辯證思維等，通過系統化的教學設計，真正構建起“知識一能力一價值”三位一體的育人新范式，實現專業教育與思政教育的同頻共振[7-8]。

二 信號與線性系統課程教學目標

基于OBE教育理念和工程教育認證要求，結合通信工程專業人才培養方案，本課程構建了“三維一體\"的教學目標體系，從知識、能力、育人三個維度全面支撐畢業要求指標點的達成。

在知識維度，要求學生系統掌握連續時間信號與系統的時域/變換域分析理論，深人理解離散時間信號與系統的時域/Z域分析方法，建立起完整的信號處理知識體系框架。能力維度注重培養學生的工程實踐能力，使其具備對連續和離散信號系統進行分析與綜合的專業技能，能夠運用數學工具解決實際工程問題。育人維度則著力于價值引領，通過三個層面的培養：在理想信念層面，厚植家國情懷，引導學生將個人發展融人國家信息通信技術發展戰略；在職業素養層面，培育嚴謹求實、精益求精的工程師精神；在行為規范層面，強化標準意識，養成遵紀守法的職業習慣，實現知識傳授、能力培養和價值塑造的有機統一[9-10]。

三 課程教學的創新思路及舉措

面對傳統教學模式存在的諸多挑戰，信號與線性系統課程團隊經過深人研究和實踐探索，創新性地構建了“三位一課·思業融合\"的教學改革體系，如圖1所示。這一改革以課程建設為根本出發點，通過思政教育、理論學習和創新實踐三個維度的有機融合與協同推進，形成了獨具特色的“理論一實踐一思政”三螺旋教學模式，實現了教學質量和育人成效的顯著提升。

（一）構建\"教研相長\"的新型教學范式

在教學范式創新方面，信號與線性系統課程團隊自2021年起持續深化教學改革，逐步形成了一套系統化的教學創新方案。通過引入MATLAB、Python等現代化可視化工具，將原本抽象的傅里葉變換等數學概念轉化為直觀的頻譜分析演示，使學生在5G通信等實際應用場景中理解理論知識的工程價值。同時，建立了動態更新的教學案例庫，將邊緣計算、智能感知等前沿技術納入教學內容，有效培養了學生解決復雜工程問題的能力。在教學方法上，團隊創新性地重構了時域分析教學內容，以卷積模型為核心構建了“現象觀察一數學建模一系統分析一工程應用\"的完整教學路徑，顯著提升了學生的系統思維能力。特別是在濾波器設計教學中，采用項目式教學方法，引導學生從實際需求出發，經歷完整的方案設計、仿真驗證等工程實踐過程，切實提升了學生的工程實踐能力。

信號與線性系統課程團隊充分發揮在智能感知、雷達信號處理等領域的研究優勢，打造了獨具特色的實踐教學平臺。通過引入北斗導航時頻同步技術、智能制造故障診斷等實際案例，幫助學生深入理解基礎理論在前沿技術中的關鍵作用。同時構建了“基礎實驗一綜合設計一科研訓練”三層次實踐教學體系，將學科競賽和科研項目有機融入課程評價，2022—2024年指導學生獲得全國電子設計競賽等省級以上獎項20余項，發表科研論文10篇，實現了理論教學與創新實踐的無縫銜接。

（二） 創新“專業 + 思政\"的協同育人模式

在課程思政建設方面，信號與線性系統課程團隊深入挖掘專業課程中的思政元素，構建了系統化的協同育人體系。

通過創新性地采用“三位一體\"教學法，將課堂討論、案例分析和系統思維培養有機結合，既解決了教學難點，又實現了價值引領。在教學內容設計上，建立了系統的“知識點一能力點一思政點”映射關系，如在講解濾波器設計時自然融入資源優化理念，在分析時頻變換技術時展現我國在相關領域的創新突破，有效培養了學生的可持續發展意識和科技報國情懷。部分課程思政的教學單元及教學內容示例見表1。同時改革課程評價體系，創新性地采用“理論考核 + 實踐能力 + 思政表現”的多元評價機制，全面考察學生的綜合素質發展。這一系列改革舉措的實施效果顯著，不僅提升了學生的工程實踐能力和創新意識，也使課程建設質量得到質的飛躍，最終獲評省級一流課程。

這一教學改革的最大特色在于實現了專業知識傳授與價值引領的有機統一，通過系統化的教學設計，將工程倫理、科學精神和家國情懷等思政要素自然地融人專業教學全過程，形成了可復制、可推廣的課程建設經驗，為電子信息類專業課程的教學改革提供了有益借鑒。

四 教學評價與實踐效果

（1） 課程評價方式

信號與線性系統課程構建了科學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 + 終結性評價\"相結合的方式，將課程總評成績（100分）合理劃分為平時成績（20分）實驗成績（10分）和期末成績（70分）三個組成部分。這一評價機制的創新之處在于徹底改變了傳統“一卷定乾坤”的單一考核模式，建立了貫穿整個教學過程的動態評價系統，實現了從知識掌握到能力培養的全方位評估。

在具體實施過程中，信號與線性系統課程團隊特別注重形成性評價的運用。通過課堂討論表現、填空練習完成情況、答疑參與度及附加的計算機編程作業等多個維度，對學生的學習態度、求知欲望、創新思維和實踐能力進行定性評估。其中，作業練習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之一。這種多維度的評價方式不僅有效激發了學生的學習主動性，還促使他們從被動應試向主動探究轉變，從單純追求分數向注重能力提升轉變。

值得一提的是，該評價體系還創新性地引入了能力導向的考核標準。在實驗環節，除了考察學生的實驗操作規范性外，更注重評估其發現問題、分析問題和解決問題的綜合能力；在期末考試中，適當減少記憶性內容的比重，增加工程應用和綜合分析類題目的分值。這種改革舉措顯著提升了學生的工程實踐能力和創新思維水平，使教學評價真正成為促進學生全面發展的有效手段。實踐表明，該評價體系實施以來，學生到課率提升 15% ，作業完成質量顯著改善，在各類學科競賽中的獲獎數量同比增長 30% ，充分驗證了多元化過程性評價的良好效果。

（二） 學生創新實踐能力提升

通過實施“三位一課·思業融合\"教學模式，信號與線性系統課程在培養學生創新能力方面取得了顯著成效。2020—2024年的教學實踐表明，該模式有效促進了學生知識應用能力和創新思維的發展。學生在掌握課程核心知識的基礎上，能夠靈活運用信號處理技術解決實際問題，展現出突出的跨學科融合能力。具體表現在：在全國大學生電子設計競賽及其專題邀請賽中，東北大學學生團隊憑借創新的信號處理方案多次獲得國家級獎項；在數學建模競賽（包括國賽和美賽）中，學生運用課程所學構建的數學模型屢獲佳績。更值得關注的是，多名優秀學生在課程學習過程中產生創新性研究成果，已在IEEETransactions等國際頂級期刊發表多篇學術論文，其中單篇最高影響因子達9.936。此外，學生團隊申請的十余項發明專利已獲授權，部分成果成功實現技術轉讓，為相關產業帶來顯著的經濟效益和社會價值。

（三） 教師教研水平明顯提高

課程教學團隊在改革實踐中不斷提升教研水平，形成了鮮明的教學特色。2020年，該課程成功獲批遼寧省線下一流課程，標志著課程建設質量得到權威認可。團隊編寫的教材入選“百種優質教材建設\"項目，其先進的教學理念和系統的知識體系在省內高校中產生廣泛影響，為同類課程建設提供了示范。教學效果方面，2022—2024年學生評教數據顯示，課程優良率持續保持在 99% 以上。學生普遍反映任課教師教學態度認真負責，授課內容深入淺出，能夠有效激發學習興趣。多位教師連續獲得“我最喜愛的老師\"榮譽稱號，信號與線性系統課程也多次被學生評為“我最喜愛的課程”。這些成績充分體現了教學改革取得的實質性成效。

五 結束語

信號與線性系統課程經過幾年的“三位一課·思業融合”創新的探索和實踐，實現了從傳統課堂向智慧課堂、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變，將思政、理論、實踐有機結合到信號與線性系統課堂中。對于學生群體存在的數學基礎差、學習熱情不高、課堂參與感不強的情況，我們也要及時調整教學方式，做好基礎課與專業課的銜接，利用現代信息技術豐富課堂內容，調動學生們的學習主動性。信號與線性系統教學改革創新還要在實踐中不斷探索、深挖、擴展，以全面提升學生解決問題能力，多維度促進學生對科學問題的理解和思考，更好地培養適應社會發展需要的復合型、創新型人才。

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