劉濤 孫景芳 楊志 李永倩

[摘? ? ? ? ? ?要]? 為了提高“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”課程的教學(xué)效果，在分析課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，將思維導(dǎo)圖引入課程教學(xué)中，使電磁場(chǎng)與微波技術(shù)的學(xué)習(xí)內(nèi)容系統(tǒng)化、簡(jiǎn)潔化、條理化，從而幫助學(xué)生構(gòu)建清晰的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂教學(xué)效率。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 思維導(dǎo)圖;電磁場(chǎng)與微波技術(shù);教學(xué)方法

[中圖分類號(hào)]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2019）28-0071-03

一、引言

“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”是高等學(xué)校電子信息類及電氣信息類專業(yè)必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。課程既包含電磁場(chǎng)與電磁波方面的內(nèi)容，同時(shí)又涵蓋了微波工程方面的一些基本知識(shí)，涉及的概念多且抽象，需要使用多種數(shù)學(xué)工具進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，從而導(dǎo)致一些數(shù)理基礎(chǔ)較薄弱的學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒并因此失去學(xué)習(xí)興趣。此外還會(huì)出現(xiàn)另一種現(xiàn)象，即一些學(xué)生過多地關(guān)注數(shù)學(xué)推導(dǎo)，從而忽視了對(duì)概念本質(zhì)（物理含義）的學(xué)習(xí)以及對(duì)課程各部分內(nèi)容之間邏輯關(guān)系的梳理。

思維導(dǎo)圖是英國學(xué)者托尼·巴贊于20世紀(jì)60年代提出的一種圖形化思維工具[1]，其一般具有一個(gè)中心主題，由此出發(fā)向外發(fā)散分解出若干個(gè)一級(jí)關(guān)鍵詞，再從各個(gè)一級(jí)關(guān)鍵詞出發(fā)繼續(xù)向外發(fā)散分解，直至無需分解的單元為止。思維導(dǎo)圖運(yùn)用圖文并重的技巧，用關(guān)鍵詞、圖像、色彩等將大量、繁雜的知識(shí)之間的關(guān)系用相互隸屬與相關(guān)的層級(jí)圖表現(xiàn)出來，因此更直觀、更具有邏輯性、更便于記憶。

鑒于思維導(dǎo)圖所具有的特點(diǎn)，將其引入“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”課堂之中，可以將電磁場(chǎng)與微波理論的基本概念和知識(shí)點(diǎn)用到主要數(shù)學(xué)工具等內(nèi)容上，整理成若干個(gè)樹狀的關(guān)系圖。在此基礎(chǔ)之上，幫助學(xué)生理解、組織、整合課程各部分的內(nèi)容，構(gòu)建清晰的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，從而提高他們的學(xué)習(xí)興趣，改善他們的學(xué)習(xí)方式，激發(fā)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，最終提高課堂的教學(xué)質(zhì)量和效果。

二、思維導(dǎo)圖在“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”課程教學(xué)中的具體應(yīng)用

（一）利用思維導(dǎo)圖引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)體系

本課程選用的教材是由畢崗主編，浙江大學(xué)出版社出版的《電磁場(chǎng)與微波》（第二版）[2]。全書共分9章，但由于學(xué)時(shí)的限制，我們主要講授前6章的內(nèi)容。第1章為矢量分析與場(chǎng)論，是電磁場(chǎng)與微波理論學(xué)習(xí)的必備基礎(chǔ)知識(shí);第2章靜態(tài)電場(chǎng)與恒定電場(chǎng)以及第3章恒定電流的磁場(chǎng)，一起組成了靜態(tài)電磁場(chǎng)理論;第4章時(shí)變電磁場(chǎng)與電磁波，主要講授時(shí)變電磁場(chǎng)與電磁波的相關(guān)理論;第5章均勻傳輸線理論，主要利用“路”的分析方法討論電磁波沿均勻傳輸線的傳播問題;第6章波導(dǎo)與諧振腔，利用“場(chǎng)”的分析方法分析金屬波導(dǎo)的傳輸特性。上述每一章都可以作為思維導(dǎo)圖中的一個(gè)一級(jí)關(guān)鍵詞，但根據(jù)各章內(nèi)容之間的關(guān)系，第2～4章可以合到一起統(tǒng)稱為電磁場(chǎng)與電磁波，作為一個(gè)一級(jí)關(guān)鍵詞;第5～6章可以統(tǒng)稱為微波技術(shù)基礎(chǔ)，作為另一個(gè)一級(jí)關(guān)鍵詞;第1章矢量分析與場(chǎng)論主要包括矢量的基本運(yùn)算和矢量場(chǎng)的分析，這些是學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)與微波技術(shù)理論必不可缺的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)，因此可以獨(dú)立出來作為第三個(gè)一級(jí)關(guān)鍵詞。根據(jù)上述分析，建立各一級(jí)關(guān)鍵詞與各章之間關(guān)系的思維導(dǎo)圖，如圖1所示。

圖1清晰地描繪出了本課程講授的主要內(nèi)容及各章節(jié)之間的邏輯關(guān)系，在對(duì)本課程進(jìn)行基本介紹時(shí)，可以利用此圖進(jìn)行講解，讓學(xué)生初步建立“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”課程的大體知識(shí)結(jié)構(gòu)，有助于后續(xù)課程內(nèi)容的展開學(xué)習(xí)。

與絕大多數(shù)大學(xué)本科課程的授課過程相同，“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”課程在具體授課時(shí)也是以章節(jié)為單位開展的。如圖1所示，雖然各章之間具有一定的邏輯關(guān)系，但每一章卻又相對(duì)獨(dú)立。例如第2和3章都講的是靜態(tài)場(chǎng)，但第2章主要講靜電場(chǎng)的相關(guān)知識(shí)，而第3章主要講的是恒定磁場(chǎng)的相關(guān)知識(shí)。因此在具體教學(xué)中，可以將每一章都分別作為一個(gè)中心主題，然后由此出發(fā)將各章內(nèi)容分別分解成不同等級(jí)的關(guān)鍵詞，最終構(gòu)建出每一章內(nèi)容的思維導(dǎo)圖。下面以第4章時(shí)變電磁場(chǎng)與電磁波為例，利用思維導(dǎo)圖說明此章內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系，幫助引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建此章的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系。

第4章時(shí)變電磁場(chǎng)與電磁波是本課程的重點(diǎn)章節(jié)，主要包括麥克斯韋方程組、邊界條件、時(shí)諧變電磁場(chǎng)、坡印廷定理和坡印廷矢量、平面電磁波、電磁波的極化、平面邊界上均勻平面波的入射等內(nèi)容，知識(shí)點(diǎn)和公式多，部分知識(shí)點(diǎn)相似卻又不同，因此本章內(nèi)容不易學(xué)習(xí)和理解。但是，本章的內(nèi)容不僅對(duì)電磁場(chǎng)技術(shù)而言是重中之重，其中的行駐波、相移常數(shù)、相速度等對(duì)后面第5、6章微波技術(shù)而言也是重要的知識(shí)點(diǎn)，因此要求學(xué)生必須熟練掌握且能靈活運(yùn)用本章所學(xué)知識(shí)。為了幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，我們構(gòu)建了圖2所示的思維導(dǎo)圖。從圖2中可以看出，此章可以分為時(shí)變電磁場(chǎng)及電磁波（即時(shí)變電磁場(chǎng)在空間中的傳播）兩個(gè)一級(jí)關(guān)鍵詞。對(duì)時(shí)變電磁場(chǎng)部分，它下面可以分出4個(gè)二級(jí)關(guān)鍵詞，每個(gè)關(guān)鍵詞都是一個(gè)大的知識(shí)點(diǎn)，下面又涵蓋若干小的知識(shí)點(diǎn)，這些內(nèi)容一起描述了隨時(shí)間變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間的相互關(guān)系。對(duì)電磁波部分，它下面可以分出3個(gè)二級(jí)關(guān)鍵詞，與時(shí)變電磁場(chǎng)部分一樣，每個(gè)二級(jí)關(guān)鍵詞下面又涵蓋了若干小的知識(shí)點(diǎn)，它們一起描述了變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)互相激發(fā)，并在空間中不斷向外傳播的問題。圖2所示的思維導(dǎo)圖清楚地展示出來了第4章的各知識(shí)點(diǎn)，且條理性強(qiáng)。利用此思維導(dǎo)圖進(jìn)行教學(xué)，可以幫助學(xué)生構(gòu)建第4章的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，使學(xué)生能夠系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)習(xí)效率。

（二）利用思維導(dǎo)圖進(jìn)行自主學(xué)習(xí)

思維導(dǎo)圖除了可以幫助教師提高教學(xué)效果之外，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)新的章節(jié)內(nèi)容之前，通過自己繪制思維導(dǎo)圖進(jìn)行預(yù)習(xí)。此時(shí)在制作思維導(dǎo)圖的過程中不會(huì)涉及具體的公式和推導(dǎo)，只是讓他們對(duì)新章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)有初步的認(rèn)識(shí)，并按照自己的理解建立各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，最后利用思維導(dǎo)圖的方式將這些零散的知識(shí)點(diǎn)邏輯化、可視化地展現(xiàn)出來，從而激發(fā)他們自主學(xué)習(xí)的積極性并培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)本課程的興趣。在之后的正式授課過程中，學(xué)生可以根據(jù)教師講授的內(nèi)容對(duì)比前期建立的思維導(dǎo)圖，找到自己對(duì)本章內(nèi)容理解上的不足之處對(duì)思維導(dǎo)圖進(jìn)行修改和完善，這樣可以增強(qiáng)他們對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解和記憶。因?yàn)槊课粚W(xué)生的學(xué)習(xí)方式和方法、對(duì)知識(shí)的理解和吸收能力以及與本課程相關(guān)的其他知識(shí)的積累程度等都是不同的，因此在本章內(nèi)容結(jié)束之后，學(xué)生修改完善之后的最終思維導(dǎo)圖會(huì)有區(qū)別，但卻是最適合他們自己學(xué)習(xí)的思維導(dǎo)圖。利用這些思維導(dǎo)圖進(jìn)行回顧和復(fù)習(xí)時(shí)，不僅可以對(duì)知識(shí)點(diǎn)再次進(jìn)行系統(tǒng)化的梳理，而且可以很容易地發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)的錯(cuò)誤和不足之處，有針對(duì)性地進(jìn)行學(xué)習(xí)鞏固。圖3所示是學(xué)生自己制作的第6章波導(dǎo)與諧振腔的思維導(dǎo)圖示例，從圖中可以看出，此學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)特點(diǎn)并結(jié)合教師講授的內(nèi)容對(duì)思維導(dǎo)圖進(jìn)行了個(gè)性化的修改，如將“第5、6章的區(qū)別與聯(lián)系”單獨(dú)列為1個(gè)一級(jí)關(guān)鍵詞，此外對(duì)課上強(qiáng)調(diào)的一些易混概念和重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了標(biāo)注，如添加了“工作波長(zhǎng)，導(dǎo)波波長(zhǎng)，截止波長(zhǎng)之間的區(qū)別”標(biāo)注。

如上所述，學(xué)生自己繪制并修改思維導(dǎo)圖實(shí)際上就是對(duì)知識(shí)體系的建立和完善過程，在這個(gè)過程中他們可以發(fā)現(xiàn)自己的學(xué)習(xí)不足，自主探究各種概念之間的關(guān)系，提高他們總結(jié)和歸納的能力，提高他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣，最終使整體學(xué)習(xí)能力得到培養(yǎng)和提高。

三、總結(jié)

思維導(dǎo)圖作為一種有效的思維管理和知識(shí)強(qiáng)化記憶工具，將其應(yīng)用于“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”課程的教學(xué)過程中，可以使教師更有條理地展示并講解各知識(shí)點(diǎn)及它們之間的關(guān)系，幫助學(xué)生構(gòu)建清晰的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系;學(xué)生也可以通過自己繪制并修改思維導(dǎo)圖實(shí)現(xiàn)自主梳理知識(shí)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)自身學(xué)習(xí)的不足之處，從而最終激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高本課程的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1][英]東尼·博贊，巴利·博贊.思維導(dǎo)圖[M].北京：中信出版社，2009.

[2]畢崗.電磁場(chǎng)與微波[M].第二版.杭州：浙江大學(xué)出版社，2014.

◎編輯 趙瑞峰