從認知學(xué)淺談《教學(xué)大綱》在《微波技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)中的作用

駱無窮 唐璞 M. Wang M. Gerber

摘 要：文章在學(xué)生工程教育培養(yǎng)模式的基礎(chǔ)上，提出了《教學(xué)大綱》在《微波技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)過程中的作用。從認知學(xué)的角度討論了《教學(xué)大綱》對促進學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的自我認知和評價的作用；對教師在教學(xué)過程中強化學(xué)生知識點的學(xué)習(xí)過程以及學(xué)生工程實踐能力培養(yǎng)方面的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：教學(xué)大綱；微波技術(shù)基礎(chǔ)；認知學(xué)；工程實踐

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）13-0092-03

Abstract： This thesis analyzes the function of the syllabus in the teaching of Microwave Technology on the basis of engineering education model. From the perspective of cognition， this paper discusses the syllabus' functions in promoting students' self-awareness and evaluation， and providing guidance for teachers in strengthening the key points and cultivating students' practical ability.

Keywords： syllabus； Microwave Technology； theory of cognition； engineering practice

近幾年來隨著我國對本科生教育特別是工程類本科生教育重視程度的加深，教育界對工程學(xué)教育的方針、方式和方法展開了大量的討論和研究工作[1]，發(fā)展并推廣了以“學(xué)生為中心”的教學(xué)模式[2，3]，提出了基于“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”的工程教育模式（OBE： Outcomes based education）等不同理念，推行工程教育認證和“卓越工程師培養(yǎng)計劃”，應(yīng)用日新月異的科技手段推行翻轉(zhuǎn)課堂和慕課等新型教學(xué)形式[4]。例如，從2005年引入的CDIO工程教育模式將教師為中心的教學(xué)模式進化到學(xué)生為中心的教學(xué)模式[1-3]，以及最近幾年推行的工程教育認證體系都對傳統(tǒng)的工程教育體系產(chǎn)生了較大的影響和沖擊[4]，這些工作對目前和未來的工程學(xué)教育都有著非同一般的意義。

在傳統(tǒng)的以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師將知識進行細化、歸納之后，再以授課的方式傳授給學(xué)生。該模式下教師“撒播”知識，學(xué)生“接受”知識，教師雖然也會關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，但是較少在學(xué)生如何有效地獲得知識的層面上進行考慮。與此相比，目前已經(jīng)得到驗證的以學(xué)生為中心的教學(xué)模式將知識的傳授和獲取作為一個整體來考慮，將人類在獲取新知識過程中的認知科學(xué)應(yīng)用到教學(xué)中，以學(xué)習(xí)成果為著眼點，要求教師從學(xué)生獲取知識的角度出發(fā)安排和組織教學(xué)活動。教學(xué)的目的是為了讓學(xué)生獲得知識并且能夠進行有效的應(yīng)用，以學(xué)生為中心的教學(xué)模式顯然更貼近教學(xué)的終極目的。

一、《微波技術(shù)基礎(chǔ)》的電磁學(xué)理論和工程實踐要求

《微波技術(shù)基礎(chǔ)》是工科無線電、電子工程和通信工程類專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，也是國內(nèi)外大學(xué)普遍開設(shè)的電子類專業(yè)課程。電子科技大學(xué)的“電磁場與微波技術(shù)”學(xué)科所涵蓋的國家級特色專業(yè)“電磁場與無線技術(shù)”與國防特色專業(yè)“電波傳播與天線”均把該門課程作為專業(yè)核心課程。作為一門非常具有典型性的工程類專業(yè)課，在課程教學(xué)綱領(lǐng)設(shè)計上就需要全面考慮工程類專業(yè)課教育的特點及其與工科學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)之前的關(guān)聯(lián)。

工程教育學(xué)是在教育學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的、與工程學(xué)領(lǐng)域緊密相關(guān)的一門學(xué)科。它不僅需要在教育理念這個大概念上進行研究分析，同時具體涉及到某一個學(xué)科方向的教學(xué)方式方法研究，進而細化到每一門課程教學(xué)過程中有針對性的方式方法問題。根據(jù)工程教育培養(yǎng)方案的設(shè)定，學(xué)生在工程類學(xué)科的學(xué)習(xí)過程中要逐步形成工程師的思維模式，能夠在本學(xué)科領(lǐng)域的工程實踐中發(fā)現(xiàn)問題，研究問題并最終解決問題。

《微波技術(shù)基礎(chǔ)》是工科無線電、電子工程和通信工程類專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，也是國內(nèi)外大學(xué)普遍開設(shè)的電子類專業(yè)課程。電子科技大學(xué)的“電磁場與微波技術(shù)”學(xué)科所涵蓋的國家級特色專業(yè)“電磁場與無線技術(shù)”與國防特色專業(yè)“電波傳播與天線”均把該門課程作為專業(yè)核心課程?！段⒉夹g(shù)基礎(chǔ)》要求從電磁場理論的角度出發(fā)，結(jié)合電路理論的觀點對具體的微波導(dǎo)行、激勵系統(tǒng)進行深入的闡述和講解。該課程的學(xué)習(xí)和理解對相關(guān)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)具有不可替代的作用，其學(xué)習(xí)效果的好壞直接影響學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)。以微波技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)為載體，聯(lián)系電路理論和電磁場理論最終形成以微波技術(shù)為基礎(chǔ)的微波工程學(xué)概念是本課程的宗旨。

從以上《微波技術(shù)基礎(chǔ)》在電磁場教學(xué)體系中的討論可以發(fā)現(xiàn)，本課程同時對學(xué)生的理論素養(yǎng)和工程實踐有要求。

二、從認知學(xué)角度對《教學(xué)大綱》的分析

認知學(xué)是一門研究大腦如何獲取、處理和儲存信息，并且在需要的時候回憶提取信息的科學(xué)[5，6]。認知學(xué)作為一門專業(yè)學(xué)科已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于人工智能和醫(yī)學(xué)神經(jīng)研究等方向，隨著教育學(xué)研究的不斷發(fā)展，認知學(xué)中關(guān)于人類學(xué)習(xí)知識的理論已經(jīng)開始被逐漸應(yīng)用于教學(xué)實踐中。學(xué)生從課堂教學(xué)、閱讀、實驗或討論等環(huán)節(jié)中獲取信息，從中提取重點的信息進行歸納總結(jié)為知識點儲存進大腦，并且在思考、實驗、實踐或者考試等環(huán)節(jié)中將相應(yīng)的知識點提取出來進行回憶或者應(yīng)用，這個過程和教學(xué)過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是一致的，其過程涵蓋了工程類學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的知識獲取、知識提取和知識應(yīng)用（實踐）的所有過程[7]。

教學(xué)的目的是為了讓學(xué)生能夠在相對短的時間內(nèi)快速有效的掌握相關(guān)的知識點，并能將學(xué)到的知識應(yīng)用到實際問題解決（Problem-solving）中去。從認知學(xué)的角度來講，無論是教師還是學(xué)生在上課之前都需要對教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)有非常清晰的認識。教師只有在明晰的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的指引下，才能有針對性的設(shè)計和安排教學(xué)環(huán)節(jié)，包括對課堂內(nèi)容的時間安排，對不同教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)形式安排，以及相應(yīng)的作業(yè)、課程設(shè)計，在課程進行過程中有效獲取學(xué)生學(xué)習(xí)反饋的設(shè)計，和結(jié)束后對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的考核標(biāo)準(zhǔn)的制定等。

教學(xué)大綱明確規(guī)定本門課程在專業(yè)教學(xué)計劃中的地位和作用，確定本門課程教學(xué)的基本任務(wù)和要求，依據(jù)學(xué)科的知識系統(tǒng)與有關(guān)先行課、后繼課之間的聯(lián)系，確定各章、節(jié)的基本內(nèi)容、重點和難點，并能反映出本學(xué)科的新成就和學(xué)科發(fā)展的方向；同時提出本門課程教學(xué)組織實施的原則和學(xué)時數(shù)，并分列講授課、習(xí)題課、實驗課及其他實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)等的教學(xué)時數(shù)的分配。教學(xué)大綱不僅是講授大綱，還是指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生能力的綱要[8]。

對學(xué)生來說，明晰確定的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)有助于學(xué)生明了課程本身的要求，避免針對教學(xué)重點的猜測——這種猜測在考試復(fù)習(xí)階段表現(xiàn)的尤其明顯，很多學(xué)生試圖通過各種渠道明確某一門課程的教學(xué)重點（而這些眾多的渠道中，教學(xué)大綱反而是最容易被忽略的）。如果教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)重點是非常明確并且教師在上課過程中有效地強化了其課程指導(dǎo)的綱領(lǐng)作用，就可以避免學(xué)生把精力用在這種猜謎式的學(xué)習(xí)上，這種猜謎式的學(xué)習(xí)通常導(dǎo)致了學(xué)生學(xué)習(xí)效率的低下和知識點掌握的不確定性。

《微波技術(shù)基礎(chǔ)》的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握微波傳輸線、微波導(dǎo)波系統(tǒng)、微波無源元件以及微波諧振腔的基礎(chǔ)理論及其在實際工程中應(yīng)用的能力；同時由于本課程在本專業(yè)教學(xué)培養(yǎng)計劃中“承上啟下”的作用，本課程的教學(xué)需要為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程奠定堅實的基礎(chǔ)，進一步培養(yǎng)學(xué)生建立“工程問題解決”模式和思考方法[9]。針對這一教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程過程中需要掌握的知識包括：

1. 微波的概念、特點及其工程應(yīng)用；

2. 導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析方法，導(dǎo)波分類、各類導(dǎo)波系統(tǒng)的特性，和導(dǎo)波狀態(tài)（傳輸態(tài)和截止態(tài)）；

3. 導(dǎo)波的傳輸功率、能量及衰減；

4. 規(guī)則波導(dǎo)（同軸線、矩形波導(dǎo)、圓形波導(dǎo)）正規(guī)模的特性以及波導(dǎo)的激勵方法；

5. 傳輸線方程、分布參數(shù)阻抗、無耗線的工作狀態(tài)及參量計算；

6. 利用史密斯圓圖進行傳輸線阻抗匹配；

7. 微波諧振器的基本特性與參數(shù)，包括串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路、傳輸線諧振器、金屬波導(dǎo)諧振腔、介質(zhì)諧振器和法布里-珀羅諧振器；諧振器的激勵與耦合以及微擾理論。

需要了解的知識點包括：

1. 1～4端口微波無源元件特性、典型器件及其應(yīng)用；

2. 微波周期結(jié)構(gòu)特性及其應(yīng)用；

3. 微波鐵氧體的特性及其應(yīng)用。

從上述《微波技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱的具體內(nèi)容可以看出，大綱不僅對學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容有非常明確的說明，同時對不同的內(nèi)容學(xué)生需要掌握的程度也有非常清晰的描述。根據(jù)Bloom思維認知學(xué)理論，學(xué)生經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)后體現(xiàn)出對知識的不同程度的掌握。在知識掌握的層次上可以分成以下五個層次：記憶、理解、應(yīng)用、分析、綜合和評鑒[7]。

記憶指記憶知識，對學(xué)過的知識和有關(guān)材料能識別和再現(xiàn)；在這個層次上學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識進行確認、選擇和背誦等。

理解指對知識的掌握，能抓住事物的本質(zhì)，把握材料中的意義和中心思想；在這個層次上學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識用自己的語言進行描述，判斷所學(xué)過的知識等。

應(yīng)用指把所學(xué)的知識應(yīng)用于新情境；在這個層次中學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)的知識進行計算、操作、設(shè)計等。

分析指能夠?qū)⒅R進行分解，找出組成要素，并分析相互關(guān)系和組成原理；在這個層次上學(xué)生能夠?qū)κ挛镞M行具體分析、敘述理由、進行一定程度的推理和邏輯區(qū)分。

綜合指把各個元素或部分組成新的整體，在這個層次上學(xué)生能夠?qū)λ鶎W(xué)的知識進行聯(lián)系、合成、歸納和總結(jié)等。

評鑒指根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)對問題進行價值和可行性判斷，在這個層次上學(xué)生能夠比較分析、評價效果、判斷科學(xué)價值等。

《微波技術(shù)基礎(chǔ)》在具體的教材內(nèi)容上的要求分別用了“掌握”和“了解”，這兩個說法，分別對應(yīng)Bloom思維認知學(xué)理論中的“記憶”和“理解”層次，同時因為需要對具體的微波參數(shù)進行計算，所以實際對知識點的掌握層次是“應(yīng)用”層次。同時，由于《教學(xué)大綱》中提出的微波技術(shù)知識構(gòu)架和電子工程學(xué)思維模式培養(yǎng)問題，則涉及到了后面“分析”到“評鑒”的層次。同時，因為知識構(gòu)架和思維模式不是單憑一門課或者一個學(xué)期就能培養(yǎng)起來的，所以后面幾個層次的培養(yǎng)實際上是貫穿到整個本科生學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)體系中的。

課程的教學(xué)大綱是課程教學(xué)和學(xué)生最終成績評定的標(biāo)準(zhǔn)。教師通常會在課程剛開始的時候強調(diào)教學(xué)大綱和課程教學(xué)內(nèi)容之間的關(guān)系，卻很少強調(diào)教學(xué)大綱和學(xué)生最終成績考核之間的關(guān)系：即最終考核內(nèi)容完全由教學(xué)大綱確定。這樣的做法初衷是為了能夠讓學(xué)生因為不確定考核內(nèi)容而多學(xué)一些和本課程相關(guān)的知識，結(jié)果學(xué)生的實際行動卻走向了另外一個方向：由于不確定考核內(nèi)容，學(xué)生向高年級學(xué)長求教真正的考核（考試）內(nèi)容，甚至向私人購買歷年考試真題，導(dǎo)致課程的題庫外泄，私人借盜版相關(guān)的學(xué)習(xí)資料牟利。

作者在多年的執(zhí)教過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生非但沒有因為不確定考核內(nèi)容多學(xué)一點專業(yè)知識，反而由于積極尋求考試真題用于刷題而忽略了對理論知識的深入學(xué)習(xí)和應(yīng)用探索。例如，許多重修的學(xué)生唯一采用的學(xué)習(xí)方法就是刷題，由于無法把所有題目都記下來，在遇到相似題目的時候就使用強背下的內(nèi)容作答。

三、結(jié)束語

綜上所述，在教學(xué)過程中不斷強調(diào)教學(xué)大綱和本課程教學(xué)的關(guān)系，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對本課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)出有非常明確的認識，從而引導(dǎo)他們積極地向既定的培養(yǎng)目標(biāo)前進，有助于鼓勵學(xué)生對學(xué)習(xí)的自我認知和肯定。同時，以認知學(xué)為理論基礎(chǔ)，明了學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的客觀規(guī)律，有助于教師進一步合理有效地引導(dǎo)學(xué)生強化對課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

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