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[摘 要] 为了提高“电磁场与微波技术”课程的教学效果，在分析课程特点的基础之上，将思维导图引入课程教学中，使电磁场与微波技术的学习内容系统化、简洁化、条理化，从而帮助学生构建清晰的知识结构体系，提高学生的学习兴趣和课堂教学效率。
[关 键 词] 思维导图;电磁场与微波技术;教学方法
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）28-0071-03
一、引言
“电磁场与微波技术”是高等学校电子信息类及电气信息类专业必修的一门技术基础课。课程既包含电磁场与电磁波方面的内容，同时又涵盖了微波工程方面的一些基本知识，涉及的概念多且抽象，需要使用多种数学工具进行复杂的数学推导，从而导致一些数理基础较薄弱的学生产生畏难情绪并因此失去学习兴趣。此外还会出现另一种现象，即一些学生过多地关注数学推导，从而忽视了对概念本质（物理含义）的学习以及对课程各部分内容之间逻辑关系的梳理。
思维导图是英国学者托尼·巴赞于20世纪60年代提出的一种图形化思维工具[1]，其一般具有一个中心主题，由此出发向外发散分解出若干个一级关键词，再从各个一级关键词出发继续向外发散分解，直至无需分解的单元为止。思维导图运用图文并重的技巧，用关键词、图像、色彩等将大量、繁杂的知识之间的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来，因此更直观、更具有逻辑性、更便于记忆。
鉴于思维导图所具有的特点，将其引入“电磁场与微波技术”课堂之中，可以将电磁场与微波理论的基本概念和知识点用到主要数学工具等内容上，整理成若干个树状的关系图。在此基础之上，帮助学生理解、组织、整合课程各部分的内容，构建清晰的知识结构体系，从而提高他们的学习兴趣，改善他们的学习方式，激发学习的主动性和积极性，最终提高课堂的教学质量和效果。
二、思维导图在“电磁场与微波技术”课程教学中的具体应用
（一）利用思维导图引导学生构建知识结构体系
本课程选用的教材是由毕岗主编，浙江大学出版社出版的《电磁场与微波》（第二版）[2]。全书共分9章，但由于学时的限制，我们主要讲授前6章的内容。第1章为矢量分析与场论，是电磁场与微波理论学习的必备基础知识;第2章静态电场与恒定电场以及第3章恒定电流的磁场，一起组成了静态电磁场理论;第4章时变电磁场与电磁波，主要讲授时变电磁场与电磁波的相关理论;第5章均匀传输线理论，主要利用“路”的分析方法讨论电磁波沿均匀传输线的传播问题;第6章波导与谐振腔，利用“场”的分析方法分析金属波导的传输特性。上述每一章都可以作为思维导图中的一个一级关键词，但根据各章内容之间的关系，第2～4章可以合到一起统称为电磁场与电磁波，作为一个一级关键词;第5～6章可以统称为微波技术基础，作为另一个一级关键词;第1章矢量分析与场论主要包括矢量的基本运算和矢量场的分析，这些是学习电磁场与微波技术理论必不可缺的数学和物理基础，因此可以独立出来作为第三个一级关键词。根据上述分析，建立各一级关键词与各章之间关系的思维导图，如图1所示。
图1清晰地描绘出了本课程讲授的主要内容及各章节之间的逻辑关系，在对本课程进行基本介绍时，可以利用此图进行讲解，让学生初步建立“电磁场与微波技术”课程的大体知识结构，有助于后续课程内容的展開学习。
与绝大多数大学本科课程的授课过程相同，“电磁场与微波技术”课程在具体授课时也是以章节为单位开展的。如图1所示，虽然各章之间具有一定的逻辑关系，但每一章却又相对独立。例如第2和3章都讲的是静态场，但第2章主要讲静电场的相关知识，而第3章主要讲的是恒定磁场的相关知识。因此在具体教学中，可以将每一章都分别作为一个中心主题，然后由此出发将各章内容分别分解成不同等级的关键词，最终构建出每一章内容的思维导图。下面以第4章时变电磁场与电磁波为例，利用思维导图说明此章内容之间的逻辑关系，帮助引导学生构建此章的知识结构体系。
第4章时变电磁场与电磁波是本课程的重点章节，主要包括麦克斯韦方程组、边界条件、时谐变电磁场、坡印廷定理和坡印廷矢量、平面电磁波、电磁波的极化、平面边界上均匀平面波的入射等内容，知识点和公式多，部分知识点相似却又不同，因此本章内容不易学习和理解。但是，本章的内容不仅对电磁场技术而言是重中之重，其中的行驻波、相移常数、相速度等对后面第5、6章微波技术而言也是重要的知识点，因此要求学生必须熟练掌握且能灵活运用本章所学知识。为了帮助学生学习，我们构建了图2所示的思维导图。从图2中可以看出，此章可以分为时变电磁场及电磁波（即时变电磁场在空间中的传播）两个一级关键词。对时变电磁场部分，它下面可以分出4个二级关键词，每个关键词都是一个大的知识点，下面又涵盖若干小的知识点，这些内容一起描述了随时间变化的电场和磁场之间的相互关系。对电磁波部分，它下面可以分出3个二级关键词，与时变电磁场部分一样，每个二级关键词下面又涵盖了若干小的知识点，它们一起描述了变化的电场和变化的磁场互相激发，并在空间中不断向外传播的问题。图2所示的思维导图清楚地展示出来了第4章的各知识点，且条理性强。利用此思维导图进行教学，可以帮助学生构建第4章的知识结构体系，使学生能够系统化的学习，从而提高学习效率。
（二）利用思维导图进行自主学习 思维导图除了可以帮助教师提高教學效果之外，学生可以在学习新的章节内容之前，通过自己绘制思维导图进行预习。此时在制作思维导图的过程中不会涉及具体的公式和推导，只是让他们对新章节的知识点有初步的认识，并按照自己的理解建立各知识点之间的关系，最后利用思维导图的方式将这些零散的知识点逻辑化、可视化地展现出来，从而激发他们自主学习的积极性并培养他们学习本课程的兴趣。在之后的正式授课过程中，学生可以根据教师讲授的内容对比前期建立的思维导图，找到自己对本章内容理解上的不足之处对思维导图进行修改和完善，这样可以增强他们对所学内容的理解和记忆。因为每位学生的学习方式和方法、对知识的理解和吸收能力以及与本课程相关的其他知识的积累程度等都是不同的，因此在本章内容结束之后，学生修改完善之后的最终思维导图会有区别，但却是最适合他们自己学习的思维导图。利用这些思维导图进行回顾和复习时，不仅可以对知识点再次进行系统化的梳理，而且可以很容易地发现自己学习的错误和不足之处，有针对性地进行学习巩固。图3所示是学生自己制作的第6章波导与谐振腔的思维导图示例，从图中可以看出，此学生根据自己的学习特点并结合教师讲授的内容对思维导图进行了个性化的修改，如将“第5、6章的区别与联系”单独列为1个一级关键词，此外对课上强调的一些易混概念和重要知识点进行了标注，如添加了“工作波长，导波波长，截止波长之间的区别”标注。
如上所述，学生自己绘制并修改思维导图实际上就是对知识体系的建立和完善过程，在这个过程中他们可以发现自己的学习不足，自主探究各种概念之间的关系，提高他们总结和归纳的能力，提高他们学习的主动性和学习兴趣，最终使整体学习能力得到培养和提高。
三、总结
思维导图作为一种有效的思维管理和知识强化记忆工具，将其应用于“电磁场与微波技术”课程的教学过程中，可以使教师更有条理地展示并讲解各知识点及它们之间的关系，帮助学生构建清晰的知识结构体系;学生也可以通过自己绘制并修改思维导图实现自主梳理知识点，发现自身学习的不足之处，从而最终激发学生的学习兴趣，提高本课程的教学效果。
参考文献：
[1][英]东尼·博赞，巴利·博赞.思维导图[M].北京：中信出版社，2009.
[2]毕岗.电磁场与微波[M].第二版.杭州：浙江大学出版社，2014.
◎编辑 赵瑞峰
[关 键 词] 思维导图;电磁场与微波技术;教学方法
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）28-0071-03
一、引言
“电磁场与微波技术”是高等学校电子信息类及电气信息类专业必修的一门技术基础课。课程既包含电磁场与电磁波方面的内容，同时又涵盖了微波工程方面的一些基本知识，涉及的概念多且抽象，需要使用多种数学工具进行复杂的数学推导，从而导致一些数理基础较薄弱的学生产生畏难情绪并因此失去学习兴趣。此外还会出现另一种现象，即一些学生过多地关注数学推导，从而忽视了对概念本质（物理含义）的学习以及对课程各部分内容之间逻辑关系的梳理。
思维导图是英国学者托尼·巴赞于20世纪60年代提出的一种图形化思维工具[1]，其一般具有一个中心主题，由此出发向外发散分解出若干个一级关键词，再从各个一级关键词出发继续向外发散分解，直至无需分解的单元为止。思维导图运用图文并重的技巧，用关键词、图像、色彩等将大量、繁杂的知识之间的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来，因此更直观、更具有逻辑性、更便于记忆。
鉴于思维导图所具有的特点，将其引入“电磁场与微波技术”课堂之中，可以将电磁场与微波理论的基本概念和知识点用到主要数学工具等内容上，整理成若干个树状的关系图。在此基础之上，帮助学生理解、组织、整合课程各部分的内容，构建清晰的知识结构体系，从而提高他们的学习兴趣，改善他们的学习方式，激发学习的主动性和积极性，最终提高课堂的教学质量和效果。
二、思维导图在“电磁场与微波技术”课程教学中的具体应用
（一）利用思维导图引导学生构建知识结构体系
本课程选用的教材是由毕岗主编，浙江大学出版社出版的《电磁场与微波》（第二版）[2]。全书共分9章，但由于学时的限制，我们主要讲授前6章的内容。第1章为矢量分析与场论，是电磁场与微波理论学习的必备基础知识;第2章静态电场与恒定电场以及第3章恒定电流的磁场，一起组成了静态电磁场理论;第4章时变电磁场与电磁波，主要讲授时变电磁场与电磁波的相关理论;第5章均匀传输线理论，主要利用“路”的分析方法讨论电磁波沿均匀传输线的传播问题;第6章波导与谐振腔，利用“场”的分析方法分析金属波导的传输特性。上述每一章都可以作为思维导图中的一个一级关键词，但根据各章内容之间的关系，第2～4章可以合到一起统称为电磁场与电磁波，作为一个一级关键词;第5～6章可以统称为微波技术基础，作为另一个一级关键词;第1章矢量分析与场论主要包括矢量的基本运算和矢量场的分析，这些是学习电磁场与微波技术理论必不可缺的数学和物理基础，因此可以独立出来作为第三个一级关键词。根据上述分析，建立各一级关键词与各章之间关系的思维导图，如图1所示。
图1清晰地描绘出了本课程讲授的主要内容及各章节之间的逻辑关系，在对本课程进行基本介绍时，可以利用此图进行讲解，让学生初步建立“电磁场与微波技术”课程的大体知识结构，有助于后续课程内容的展開学习。
与绝大多数大学本科课程的授课过程相同，“电磁场与微波技术”课程在具体授课时也是以章节为单位开展的。如图1所示，虽然各章之间具有一定的逻辑关系，但每一章却又相对独立。例如第2和3章都讲的是静态场，但第2章主要讲静电场的相关知识，而第3章主要讲的是恒定磁场的相关知识。因此在具体教学中，可以将每一章都分别作为一个中心主题，然后由此出发将各章内容分别分解成不同等级的关键词，最终构建出每一章内容的思维导图。下面以第4章时变电磁场与电磁波为例，利用思维导图说明此章内容之间的逻辑关系，帮助引导学生构建此章的知识结构体系。
第4章时变电磁场与电磁波是本课程的重点章节，主要包括麦克斯韦方程组、边界条件、时谐变电磁场、坡印廷定理和坡印廷矢量、平面电磁波、电磁波的极化、平面边界上均匀平面波的入射等内容，知识点和公式多，部分知识点相似却又不同，因此本章内容不易学习和理解。但是，本章的内容不仅对电磁场技术而言是重中之重，其中的行驻波、相移常数、相速度等对后面第5、6章微波技术而言也是重要的知识点，因此要求学生必须熟练掌握且能灵活运用本章所学知识。为了帮助学生学习，我们构建了图2所示的思维导图。从图2中可以看出，此章可以分为时变电磁场及电磁波（即时变电磁场在空间中的传播）两个一级关键词。对时变电磁场部分，它下面可以分出4个二级关键词，每个关键词都是一个大的知识点，下面又涵盖若干小的知识点，这些内容一起描述了随时间变化的电场和磁场之间的相互关系。对电磁波部分，它下面可以分出3个二级关键词，与时变电磁场部分一样，每个二级关键词下面又涵盖了若干小的知识点，它们一起描述了变化的电场和变化的磁场互相激发，并在空间中不断向外传播的问题。图2所示的思维导图清楚地展示出来了第4章的各知识点，且条理性强。利用此思维导图进行教学，可以帮助学生构建第4章的知识结构体系，使学生能够系统化的学习，从而提高学习效率。
（二）利用思维导图进行自主学习 思维导图除了可以帮助教师提高教學效果之外，学生可以在学习新的章节内容之前，通过自己绘制思维导图进行预习。此时在制作思维导图的过程中不会涉及具体的公式和推导，只是让他们对新章节的知识点有初步的认识，并按照自己的理解建立各知识点之间的关系，最后利用思维导图的方式将这些零散的知识点逻辑化、可视化地展现出来，从而激发他们自主学习的积极性并培养他们学习本课程的兴趣。在之后的正式授课过程中，学生可以根据教师讲授的内容对比前期建立的思维导图，找到自己对本章内容理解上的不足之处对思维导图进行修改和完善，这样可以增强他们对所学内容的理解和记忆。因为每位学生的学习方式和方法、对知识的理解和吸收能力以及与本课程相关的其他知识的积累程度等都是不同的，因此在本章内容结束之后，学生修改完善之后的最终思维导图会有区别，但却是最适合他们自己学习的思维导图。利用这些思维导图进行回顾和复习时，不仅可以对知识点再次进行系统化的梳理，而且可以很容易地发现自己学习的错误和不足之处，有针对性地进行学习巩固。图3所示是学生自己制作的第6章波导与谐振腔的思维导图示例，从图中可以看出，此学生根据自己的学习特点并结合教师讲授的内容对思维导图进行了个性化的修改，如将“第5、6章的区别与联系”单独列为1个一级关键词，此外对课上强调的一些易混概念和重要知识点进行了标注，如添加了“工作波长，导波波长，截止波长之间的区别”标注。
如上所述，学生自己绘制并修改思维导图实际上就是对知识体系的建立和完善过程，在这个过程中他们可以发现自己的学习不足，自主探究各种概念之间的关系，提高他们总结和归纳的能力，提高他们学习的主动性和学习兴趣，最终使整体学习能力得到培养和提高。
三、总结
思维导图作为一种有效的思维管理和知识强化记忆工具，将其应用于“电磁场与微波技术”课程的教学过程中，可以使教师更有条理地展示并讲解各知识点及它们之间的关系，帮助学生构建清晰的知识结构体系;学生也可以通过自己绘制并修改思维导图实现自主梳理知识点，发现自身学习的不足之处，从而最终激发学生的学习兴趣，提高本课程的教学效果。
参考文献：
[1][英]东尼·博赞，巴利·博赞.思维导图[M].北京：中信出版社，2009.
[2]毕岗.电磁场与微波[M].第二版.杭州：浙江大学出版社，2014.
◎编辑 赵瑞峰