优秀课程思政案例示范-信号与系统

      为贯彻实施教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》，推进华北理工大学课程思政建设，提高教师课程思政建设能力，学校特自即日起于教师教学发展中心公众号推送课程思政系列优秀案例。优秀案例推送内容包括课程思政教学目标、案例内容、思政目标的实现、教学设计和案例视频。优秀案例的分享将有利于锤炼课程思政教学能力、优化教学设计、创新教学载体，提高我校课程思政建设水平，将思政元素浸入具体教学案例中，达到润物无声的育人效果。

☆ 三角函数形式的傅里叶级数 ☆

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教师简介

高雪飞，女，副教授，人工智能学院通信工程专业教师。主讲信号与系统课程，主持信号与系统课程的线上线下混合式一流课程建设、课程思政示范课程建设、万个教学小视频课程建设，获得课程思政优秀教学案例一等奖。主持、参与多项校级、省市级科研项目和教学改革项目，获优秀毕业设计指导教师、优秀班主任、优秀共产党员称号

课程简介

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《信号与系统》课程是信息类专业本科生的学科基础课，在专业培养计划中占有非常重要的地位，它是学习现代信息理论、掌握现代信息技术、投身国家信息化建设的理论基础。课程将obe教育理念全面深入贯彻到教学内容、教学模式、教学活动、教学方法、评价方式等各个方面，以学生的学习成果为导向，逆向设计和构建立体化课程体系。培养学生具备应用信号与系统的观点和方法将相应的工程实际问题抽象为相应的理论问题，综合运用数学、自然科学以及工程技术的知识进行分析解决的能力，在传授学生专业技术知识和学习能力的同时，通过“追循科学家足迹-亲历探索过程-培养科学精神”、“理论联系实际-分析解决问题-锤炼工程素养”、“发掘事物规律-观察认知世界-提升人文修养”、“了解通信时事-感受肩负使命-激发爱国情怀”，引领学生的精神世界，培养信息技术领域高素质工程科技人才。

一、教学目标

（一）. 本讲的课程思政教学目标

1.通过采用“问题推进式”教学策略，在提出问题、分析问题、解决问题的教学过程中，帮助学生掌握理论知识，培养学生的科学思维和科学研究能力，引导学生以发现的眼光对待生活，善于发现身边的科学问题，并能够转换角度，拓展思路，多方面多视角的分析和解决问题。

2.通过嵌入科学家生平事迹和采用自主探究教学方法，带领学生了解科学家探索科学、追求真理的人生历程，亲身体验探索的过程，培养学生严谨求实、勇于探索的科学精神。

3.通过贯穿“明确学习意义+增强专业认同”教学理念，在理论知识讲授中结合生产生活应用实例，帮助学生了解傅里叶变换在各个领域的应用，认识到科学研究对于国家发展的重要性，使学生感受到专业课学习的意义和价值，增强民族使命感，引导学生树立远大理想，为祖国的发展做出自己的贡献。

（二）. 案例如何体现课程思政教学目标

1.培育科学思维

      采用“生活案例+小视频”方式，引起学生对傅里叶级数学习的兴趣、讲授周期信号三角函数形式傅里叶级数的定义，分析傅里叶级数展开的内涵和意义，引领学生认识到在信号分析中进行时域到频域转换的作用和价值，指导学生对待问题，遵循事物内在逻辑，深入思考分析，转变固有思维，选择适当的方法和实现手段，寻找解决问题的新角度，科学地分析问题和解决问题。

2.培养科学精神

      由傅里叶级数联想到傅里叶本人，专题嵌入“科学家事迹”，介绍傅里叶的坎坷人生和伟大成就，傅里叶的一生和其级数理论的发表遇到很多困难，但是最终傅里叶分析方法成为数字信号处理领域的重要算法。引领学生感受科学家探索科学、追求真理的信念，培养学生不畏困难、严谨求实、刻苦钻研的精神。

采用“比喻+拟人”方法，将多次正弦波合成为方波的过程比拟为积土成山，聚沙成塔的过程，进而比喻到个人的自身成长，鼓励学生要具有锲而不舍、永不懈怠、努力奋进的精神。

3.鼓励科学报国

      在号召学生学习科学家探索科学、追求真理的精神时，引入“习近平总书记重要讲话内容”，通过引用习近平总书记在9月11日科学家座谈会上发表重要讲话的内容，激发学生的爱国情怀，增强他们科学报国的责任感和使命感，鼓励学生坚定信念，努力学习，为祖国的繁荣发展做出自己的贡献。

二、课程思政案例内容

（一）. 案例的引出

课堂活动（2分钟）

      请同学们说一说手机拍照时美颜功能的原理。

      以“美颜的原理”导入课程，激发学生学习的兴趣和好奇心，迅速进入学习状态。

（二）. 案例内容

1.三角函数形式的傅里叶级数的定义（3分钟）

授课内容：

教学活动：

      视频播放：多次正弦波合成为方波的过程。

      比喻启发：用卷曲不一的头发，合成了一个平头，各频率正弦波一直叠加下去会发生什么现象？

      引申归纳：从视频内容到三角形式傅里叶级数的定义。

元素融入：

    多次正弦波合成为方波——“积土成山，聚沙成塔”，每个人自身的成长需要锲而不舍的持续努力，鼓励学上在成长道路上要永不懈怠、勤奋努力。

2.傅里叶级数的价值和意义，解决的问题（2分钟）

授课内容：

      将周期信号用傅里叶级数展开后，可以清晰表明信号都包含什么样的频率分量，及各个频率分量的幅值大小。

      利用傅里叶级数，将我们观察信号的角度从时域转换到频域，信号分析中进行时域到频域的转换有着重要的作用和价值，这样可以解决很多在时域无法解决的问题。

☆ 教学活动 ☆

      视频播放：方波分解为正弦波的过程。

      选人提问：将周期信号f(t)分解为各个频率的谐波来表示有什么意义？

元素融入

      引导学生学会转换角度，拓展思路，多方面多视角的分析和解决问题。

3.傅里叶生平事迹和科学贡献（2分钟）

授课内容：

      傅里叶的一生经历了双亲亡故沦为孤儿、因家庭地位低贫而被拒绝参军、被捕入狱、失业贫困、政治名声落潮、研究论文被巴黎科学院拒绝等许许多多困难，但他一直坚持不断地进行数学物理方面的研究。   

      傅里叶分析法是数字信号处理的重要算法，几乎存在于生活和科学的各个领域，加快了科学的进步，推动了人类社会的发展。

☆ 教学活动 ☆

介绍傅里叶事迹成就：傅里叶一生遇到的困难；傅里叶对科学和人类社会的重大贡献。

引入习近平总书记重要讲话内容：

习近平总书记在9月11日科学家座谈会上发表重要讲话时指出，当今世界正经历百年未有之大变局，我国发展面临的国内外环境发生深刻复杂变化，希望广大科技工作者不忘初心、牢记使命，主动肩负起历史重任，把自己的科学追求融入建设社会主义现代化国家的伟大事业中去。

元素融入

      培养学生探索科学、追求真理的精神；激发学生的爱国情怀，增强科学报国的责任感和使命感。

三、分析讲解

（一）. 重点分析：案例与本讲内容的关联度

      本讲课的内容是“周期性信号的傅里叶级数分析”，通过教学帮助学生了解傅里叶分析方法的历史，掌握连续时间周期信号的傅里叶级数，周期信号的频谱特性，理解信号频谱的概念。引导学生发现身边的科学问题，培养学生分析问题、解决问题和初步进行科学研究的能力。提高学生对专业基础课学习的认同感和关注度，激发他们学习的热情和动力。在实现传授知识、培养能力与提高素质的同时，融入培育科学思维、培养科学精神、增强民族使命感的思政教学目标。

      本课程思政案例和本讲课的内容是完全契合的，课程思政案例同时也是课程专业知识的典型案例，课程思政案例的教学内容三角函数的傅里叶级数，是本讲课的第一个知识点，也是本讲课的基础内容和重要组成部分

      案例中，从视频演示多次正弦波合成为方波的过程到积土成山、聚沙成塔、锲而不舍、永不懈怠的精神；从视频演示方波分解为正弦波的过程，分析时域到频域转换的作用和价值到多角度分析问题、解决问题的科学思维；从傅里叶生平事迹到探索科学、追求真理的精神，进而从习近平总书记重要讲话内容，再到科学报国的责任感和使命感，知识传授和思政融入同步同向同过程完成，二者彼此契合，共同促进。

（二）. 如何达成课程思政预期目标：采取适宜的教学方法和教学模式。

1.教学设计

2.教学方法与模式

     课堂导入使用“生活实例+互动”的方法，通过手机美颜拍照互动，引导学生思考美颜的原理，引出对信号进行傅里叶分析的意义。从生活实际出发引入课程内容，增加了课堂的趣味性，激发学生学习的热情和动力，增强学生的专业信心，进而激励学生刻苦努力、认真学习，培养自身良好的专业素质和奋发向上的人生态度。

      采用“视频演示+设问启发”方式展开对知识点的探究学习，通过演示多次正弦波合成为方波的过程启发学生思考叠加的效果和坚持的力量，进而引出三角函数傅里叶级数的定义、展开式，并鼓励学生要在自己的人生之路上锲而不舍、努力奋进；通过演示方波分解为正弦波的过程启发学生分析时域到频域转换的作用和价值。视频演示有助于提升学生的学习兴趣，强化学生对傅里叶级数展开原理的直观认知，在此基础上进行设问启发，引导学生深度思考，进而对傅里叶级数展开的意义有更全面和深刻的理解，帮助学生更深入领会信号从时域到频域转换的内涵，学会转换角度，转换思路，多方面多视角的分析问题，培养解决问题的科学思维。

      利用傅里叶的生平事迹来启发和感染学生，让学生感受到傅里叶当时面对的困难和执着的坚持，增强他们克服困难的信念和勇气，培养学生探索科学、追求真理的精神，鼓励学生无论处于什么样的困境都不要放弃，要持续地努力奋斗，直面困难，勇往直前。在此基础上，进一步引入习近平总书记重要讲话内容，鼓励学生树立远大志向，并保持孜孜不倦的恒心与毅力，去实现理想，报效祖国。

☆ 四、教学设计 ☆

☆ 五、案例视频 ☆

感谢人工智能学院

高雪飞老师供稿

教师发展中心

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