“信号与系统”课程思政案例设计

陈晓雷 张爱华 黄 玲 马玉润 林冬梅

(兰州理工大学 电气工程与信息工程学院， 兰州 730050)

“信号与系统”是电子信息类专业的一门核心专业基础课程[1-2]，通过该课程的理论教学使学生掌握信号与系统的时域、变换域分析的基本原理和基本方法，理解傅里叶变换、拉普拉斯变换、 Z变换的数学概念、物理概念与工程概念，具备利用信号与系统的基本理论与方法分析和解决实际问题的能力。该课程是电子信息专业信号处理方向系列课程的首门课程，将为学生后续学习“数字信号处理”“随机信号分析”“计算机视觉”等课程打下坚实的基础。该课程的教学质量，会直接影响学生后续课程的学习效果，以及未来学生是否能够较好地从事信号处理方向的科学研究和技术服务工作，因此它的教学内容极其重要。但是该课程理论内容多、逻辑性强、数学推导复杂，是一门不易被学生掌握的课程[3]，导致学生存在畏难情绪，进而大大降低学习兴趣和热情。

案例教学法是利用案例作为教学媒介以提高学生综合能力为目标的教学方法[4]，是研究型教学的一种重要模式[5]，在课堂教学中除课程自身专业知识点外，引入实际案例开展课程思政，既能避免教学内容的枯燥乏味，使学生处于思维兴奋状态，提高学生注意力，变被动学习为主动学习，又能促进学生形成正确的世界观、人生观、价值观，达到专业知识教学与思想政治教育的统一，实现课程思政改革的双赢目标[6]。因此，利用案例教学法开展“信号与系统”课程思政改革具有十分重要的意义和作用。

1 “信号与系统”课程思政案例教学探索

1.1 课程思政案例教学设计原则

本文中，课程思政教学案例的设计主要遵循两大原则：

(1)专业课的课程思政案例教学作为一种启发式教学方法，是从属的教学手段，只有在学生掌握了专业课自身基本理论、基本知识的前提下才能有效。因此需要教师根据课程思政教学目的，精心策划和运用典型案例，引导学生思考课程思政案例中所蕴含的专业课知识点，从而达到提高学生学习兴趣和应用专业知识分析现实问题的能力。

(2)一个好的案例是为课程思政教学目标服务的，教学案例选取与设计恰当与否，关系到案例的引入是否紧密结合专业课知识点，是否能够达到课程思政的育人润物细无声效果。因此专业课的课程思政教学案例应具有相关性和典型性。

1.2 课程思政案例制作规范和要求

在课程思政案例制作中，我们设计了案例制作规范，每个案例包括案例名称、案例所属的专业课教学内容、案例意义、案例描述、案例实施方式和案例资源列表，具体如表1所示。

表1 案例制作规范及要求

1.3 课程思政具体案例

在教育部和校教改项目的支持下，我们目前设计了8个“信号与系统”课程思政案例，表2列出了部分案例。限于篇幅，本文只给出案例1“为什么要终身学习”的具体内容。

表2 部分课程思政案例

1)案例所属的专业课教学内容

在“信号与系统”的“线性时不变连续系统的响应”一节中有关于线性系统的三大响应这一知识点。该知识点主要讲述完全响应、零输入响应和零状态响应的定义及相互之间的关系，是“信号与系统”课程中非常重要的内容，不同章节都会或多或少涉及该知识点的运用。该知识点的主要内容如下：

我们将线性时不变连续系统的初始状态记为x(0)，加到该系统上的输入信号(也称激励)记为f(·)，该输入信号经过系统加工处理引起的输出信号(也称响应)记为y(·)。

当系统的初始状态和外加输入信号都不为零时，所对应的响应称为完全响应记为y(·)，可用式(1)进行描述：

y(·)=T[{f(·)}, {x(0)}]

(1)

当系统的外加输入信号为零，仅由初始状态x(0)引起的响应称为零输入响应记为yx(·)，可用式(2)进行描述：

yx(·)=T[{0}，{x(0)}]

(2)

当系统的初始状态为零，仅由外加输入信号f(·)引起的响应称为零状态响应记为yf(·)，可用式(3)进行描述：

yf(·)=T[{f(·)}, {0}]

(3)

由以上定义可知完全响应是零输入响应和零状态响应之和，即

y(·)=yf(·)+yx(·)

(4)

2)案例意义

部分学生进入大学后，产生懈怠情绪，缺乏学习动力，不认真学习，这种情况既不利于大学生的全面发展，也违背了高等教育的本意。因此，借助完全响应、零输入响应和零状态响应的定义及相互之间的关系，使学生明白大学只是学习的一个阶段而非终点，只有在过去学习成果的基础上继续努力学习才能获得新的成功，从而培养学生终身学习的意识，促进大学生的全面发展。

3)案例描述

如果把人自身视为一个系统，则一个人过去的学习积累可以视为初始状态，一个人现在的努力可以视为输入信号，一个人现在的成功可以视为输出信号。那么类比完全响应的概念可以得到以下关系：

现在的成功(完全响应)=现在的努力(输入信号)+过去的学习积累(初始状态)

(5)

如果一个人现在不努力，仅凭过去的学习积累，那么他能取得的就是不完整的成功(零输入响应)。

4)案例实施方式

该案例实施时，首先由教师详细讲解案例所属的专业课教学内容，确保学生掌握完全响应、零输入响应和零状态响应的定义及相互之间的关系。然后，提示学生将人自身视为一个系统，将人过去的学习积累、现在的努力分别视为初始状态、输入信号。接着，引导学生类比专业课教学内容，讨论大学生在大学阶段要想取得学习上的成功应该如何去做。最后，由教师对学生的讨论结果进行点评，并进一步引出终身学习的概念，使该案例课程思政的内涵进一步升华。

5)案例资源列表

该案例授课资源包括：用于专业课教学内容讲述的PPT、终身学习代表人物的先进事迹(PPT及视频资源)、有关大学生不努力学习导致无法毕业甚至被退学的新闻报道(PPT及视频资源)。

2 结语

“信号与系统”课程思政尚处于起步阶段，我们还需要对该课程的教学内容深入挖掘思政内涵，将该课程自身的专业知识和思政元素相融合，提出课程思政的切入点，不断搜集各种案例，有效开展针对该课程的案例式思政教学，努力培养现代化建设的有用之才。