高校課程思政典型案例分享：“信號與系統(tǒng)”課程系統(tǒng)觀的培養(yǎng)

高校課程思政典型案例分享：“信號與系統(tǒng)”課程系統(tǒng)觀的培養(yǎng)系統(tǒng)具有整體性、相關(guān)性、結(jié)構(gòu)性、動態(tài)平衡性、目的性、層次性、多樣性等基本屬性，系統(tǒng)觀通過系統(tǒng)的各個基本屬性來體現(xiàn)。系統(tǒng)觀的培養(yǎng)不可能一次完成，也不可能通過某一門課程完成，其需要多門課、多學科并行開展?！靶盘柵c系統(tǒng)”課程在教學的各個環(huán)節(jié)，合理配置系統(tǒng)觀的教學內(nèi)容，通過線上、線下、小組協(xié)作等多渠道潛移默化地對學生進行系統(tǒng)觀的培養(yǎng)。1.教學目標通過課程教學的各個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的系統(tǒng)觀。2.實施過程2.1緒論課給學生講清楚課程要求通過介紹課程的地位、應(yīng)用領(lǐng)域，明確告知學生本課程的5個教學目標，讓學生知道自己要達到的學習成果；通過介紹教學內(nèi)容讓學生知道為什么要取得這樣的學習成果；通過介紹技術(shù)手段以保障學生能夠取得這些學習成果；通過介紹教學方法有效幫助學生取得學習成果；通過介紹考核評價方式讓學生知道已經(jīng)取得的成果。2.2線下教學中系統(tǒng)觀的培養(yǎng)線下教學以課堂講授為主，結(jié)合小組協(xié)作匯報、課堂練習與討論、考試等共同實施。在線下教學的各章節(jié)，充分挖掘系統(tǒng)觀思政元素，將系統(tǒng)觀的培養(yǎng)始終貫穿其中。2.3線上教學中系統(tǒng)觀的培養(yǎng)線上教學以學生根據(jù)課程團隊錄制視頻配合教材自學為主，結(jié)合小組協(xié)作學習、老師線上輔導答疑、線上章測試和線上期末考試等共同完成。在線上教學中始終貫穿系統(tǒng)觀的培養(yǎng)。2.4小組協(xié)作中系統(tǒng)觀的培養(yǎng)小組協(xié)作是將學生分成若干小組，在線上學習時對疑難問題和小組協(xié)作問題進行協(xié)作學習、討論解決，在線下課堂上將小組協(xié)作制作的PPT展示匯報。在小組協(xié)作中，通過每個組員的通力合作，培養(yǎng)學生的系統(tǒng)觀。3.實施案例系統(tǒng)理論貫穿在信號與系統(tǒng)課程的各章節(jié)中，在講授時引導學生以系統(tǒng)的觀點看待事物。3.1讓學生明白系統(tǒng)是一個整體，它由若干單元（子系統(tǒng)）構(gòu)成，其廣泛存在于自然界、人類社會和工程技術(shù)等各個領(lǐng)域

【實例1】系統(tǒng)定義為相互依賴、相互作用的若干個相互關(guān)聯(lián)的單元組合而成的具有特定功能的有機整體。如人體系統(tǒng)由消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)8大系統(tǒng)組成；電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等部分組成。再如我國于2018年12月8日成功發(fā)射的、開啟人類第一次月球背面探險之旅的嫦娥四號探測器與地面進行雙向通信的系統(tǒng)，是由玉兔二號巡視器、鵲橋中繼星和地面站等組成，示意圖如圖1所示。圖1

玉兔二號與地面?zhèn)魉托畔⑹疽鈭D3.2讓學生知道組成系統(tǒng)的各部分之間是相互聯(lián)系、相互作用和依賴的【實例2】如人體的8個系統(tǒng)相輔相成、缺一不可，這些系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，互相聯(lián)系、互相制約，使人體內(nèi)各種復雜的生命活動能夠正常進行；再如【實例1】中的嫦娥四號探測器與地面進行雙向通信的系統(tǒng)，由于月球背面對地球始終不可見，玉兔二號與地面的所有通信都是通過鵲橋中繼星進行的，即玉兔二號在月球背面發(fā)送的信息，首先為鵲橋中繼星接收后再轉(zhuǎn)發(fā)到地球表面，同樣，地面發(fā)送給玉兔二號的信息，也是首先為鵲橋中繼星接收后再轉(zhuǎn)發(fā)給玉兔二號。3.3讓學生懂得系統(tǒng)是多種多樣的

【實例3】系統(tǒng)可以從不同的角度進行分類。如從系統(tǒng)的輸入和輸出是連續(xù)信號還是離散信號可分為連續(xù)時間系統(tǒng)和離散時間系統(tǒng)；從系統(tǒng)是否同時滿足齊次性和疊加性可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)；從系統(tǒng)是否滿足時不變特性分為時不變系統(tǒng)和時變系統(tǒng)；從系統(tǒng)是否具有因果性分為因果系統(tǒng)和非因果系統(tǒng)；從系統(tǒng)是否具有穩(wěn)定性分為穩(wěn)定系統(tǒng)和非穩(wěn)定系統(tǒng)等。3.4通過LTI系統(tǒng)的沖激響應(yīng)、頻率響應(yīng)或系統(tǒng)函數(shù)，讓學生明白任何系統(tǒng)都有其本身的特性和特定的功能【實例4】LTI系統(tǒng)的沖激響應(yīng)、頻率響應(yīng)和系統(tǒng)函數(shù)分別從時域、頻域和復頻域的角度表征系統(tǒng)本身的特性，它完全取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與系統(tǒng)的激勵和響應(yīng)無關(guān)，系統(tǒng)確定后，其就是一定的，因此常用它們來代表一個系統(tǒng)。如RC無源高通濾波器的沖激響應(yīng)、頻率響應(yīng)、系統(tǒng)函數(shù)分別為它們分別從時域、頻域和復頻域方面表示該高通濾波器的特性。3.5通過問題讓學生從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)角度去認識系統(tǒng)的特性和功能【實例5】卷積和滿足交換律、分配律和結(jié)合律等代數(shù)運算規(guī)律。①交換律：從系統(tǒng)的觀點解釋：一個單位樣值響應(yīng)是h(n)的LTI系統(tǒng)對輸入信號x(n)所產(chǎn)生的響應(yīng)，與一個單位樣值響應(yīng)是x(n)的LTI系統(tǒng)對輸入信號h(n)所產(chǎn)生的響應(yīng)相同。②分配律：從系統(tǒng)的觀點解釋：一個LTI系統(tǒng)由若干個子系統(tǒng)并聯(lián)構(gòu)成，則系統(tǒng)總的單位樣值響應(yīng)等于各子系統(tǒng)單位樣值響應(yīng)之和。③結(jié)合律：從系統(tǒng)的觀點解釋：一個LTI系統(tǒng)由若干個子系統(tǒng)級聯(lián)構(gòu)成，則系統(tǒng)總的單位樣值響應(yīng)等于各個子系統(tǒng)單位樣值響應(yīng)的卷積和。一個系統(tǒng)通常是由若干個子系統(tǒng)通過并聯(lián)、級聯(lián)等結(jié)構(gòu)形式聯(lián)結(jié)構(gòu)成，其總的單位樣值響應(yīng)根據(jù)各子系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)方式確定，通過它可以了解系統(tǒng)的穩(wěn)定、因果等特性，掌握系統(tǒng)特定的功能。問題：某LTI離散時間系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，已知求系統(tǒng)總的單位樣值響應(yīng)h(n)并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性和因果性。圖2

某LTI離散時間系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖注意：一個系統(tǒng)可以很復雜，也可以很簡單，一根導線也是一個系統(tǒng)。由導線構(gòu)成的子系統(tǒng)的單位樣值響應(yīng)是δ(n)，而不是1。3.6通過信號與系統(tǒng)分析的實質(zhì)，讓學生學會將復雜問題簡單化的分析方法【實例6】信號與系統(tǒng)可以從時域、頻域和復頻域三個角度進行分析，不管從哪個方面分析，其實質(zhì)都是將復雜信號表示為一系列基本信號的線性組合。信號分析是通過研究基本信號的特性來探究復雜信號的特性；系統(tǒng)分析也是通過基本信號作用于系統(tǒng)產(chǎn)生的零狀態(tài)響應(yīng)的線性組合得到復雜信號產(chǎn)生的零狀態(tài)響應(yīng)，從而對系統(tǒng)特性進行有效的分析。問題：分別用時域、頻域和復頻域的方法求系統(tǒng)在激勵作用下的零狀態(tài)響應(yīng)。說明：①在時域中，任意信號f(t)（復雜信號）可以表示為一系列沖激信號（基本信號）的線性組合，即將這一系列沖激信號作用于線性時不變系統(tǒng)，根據(jù)線性時不變系統(tǒng)的疊加特性，可得零狀態(tài)響應(yīng)為其中，h(t)為系統(tǒng)的沖激響應(yīng)。②在頻域中，任意信號f(t)可表示為一系列不同頻率的虛指數(shù)信號（基本信