思維導(dǎo)圖和概念圖在電路原理教學(xué)中的應(yīng)用

張 桂 鳳

(黑龍江科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院，哈爾濱 150022)

思維導(dǎo)圖和概念圖在電路原理教學(xué)中的應(yīng)用

張 桂 鳳

(黑龍江科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院，哈爾濱 150022)

國內(nèi)外教育工作者對思維導(dǎo)圖和概念圖的關(guān)注度越來越高，這是因?yàn)樗鼈兙哂芯薮蟮臐撛趦r(jià)值。把思維導(dǎo)圖和概念圖引入到電路原理教學(xué)中，教師借助它們設(shè)計(jì)、組織和實(shí)施教學(xué)，將其融入到現(xiàn)代化多媒體教學(xué)之中。思維導(dǎo)圖有利于構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，概念圖有助于表征理論概念，不僅煥發(fā)教學(xué)的生機(jī)與活力，還大幅度地提高教與學(xué)的效率，從而更高效地提升課程教學(xué)效果。更重要的是，思維導(dǎo)圖可以培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維和發(fā)散思維的能力，并有效地激發(fā)大腦的記憶力與創(chuàng)造力的潛能。

思維導(dǎo)圖； 概念圖； 電路原理； 大腦潛能

0 引 言

習(xí)近平總書記提出，“提高中華民族創(chuàng)新能力，把我國建設(shè)成創(chuàng)新型國家，關(guān)鍵在人才”。高等教育教學(xué)改革和發(fā)展以培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才為導(dǎo)向，而培養(yǎng)高素質(zhì)人才，教師能力和水平是根本前提?！敖ㄔO(shè)一流師資隊(duì)伍，用新理論、新知識、新技術(shù)更新教學(xué)內(nèi)容”，這是國家“十三五”規(guī)劃綱要中對教師隊(duì)伍建設(shè)和教師能力發(fā)展提出的新要求。改革創(chuàng)新是發(fā)展的根本動(dòng)力，教育教學(xué)要發(fā)展，關(guān)鍵靠教師業(yè)務(wù)能力和教學(xué)水平的改革創(chuàng)新，教師需要實(shí)時(shí)地用新理論、新知識和新技術(shù)武裝頭腦、豐富頭腦，并善于將它們應(yīng)用于教育教學(xué)之中。

1 教學(xué)現(xiàn)狀分析與教學(xué)改革思想

近幾年，我們電類基礎(chǔ)系列課程教學(xué)改革正如火如荼地進(jìn)行，教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果均有顯著提高。但是教學(xué)改革尚有很大的提升空間，電路原理教學(xué)還存在以下幾個(gè)問題。

(1) 打造“模塊化”教學(xué)內(nèi)容，但是模塊之間缺少銜接，知識點(diǎn)之間缺少聯(lián)系，這使得知識繁多、晦澀難懂的教學(xué)內(nèi)容“雪上加霜”，像一盤“散沙”，知識缺少條理性、系統(tǒng)性和整體性[1]。部分學(xué)生學(xué)習(xí)電路原理，像“熊掰玉米”一樣“學(xué)新扔舊”，學(xué)生先行知識掌握不好，后續(xù)知識很難講授，教學(xué)形成“教著累，學(xué)著費(fèi)勁”的局面。

(2) 用仿真、動(dòng)畫煥發(fā)多媒體教學(xué)的生機(jī)與活力，但是多媒體介紹知識點(diǎn)時(shí)以“文字+電路圖”為主，文字拖沓冗長，知識要點(diǎn)不醒目、不突出、不直觀。要點(diǎn)內(nèi)容不能“躍然于眼前”，學(xué)生大腦處于低迷狀態(tài)，教學(xué)缺少對學(xué)生的吸引力，勢必影響教學(xué)效果。

(3) 把啟發(fā)式教學(xué)作為電路原理課堂教學(xué)中最基本、最主要的教學(xué)方法[2]，而對引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散性和創(chuàng)造性思維的教學(xué)方法沒有突破性改革。

近年來，思維導(dǎo)圖和概念圖是國內(nèi)外教育教學(xué)改革的有效策略之一。我們接受新方法、新技術(shù)，嘗試探索把它們引入電路原理的理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)以及課程設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)之中，這些教學(xué)問題都迎刃而解，并深受廣大師生喜愛。

在課堂理論教學(xué)環(huán)節(jié)中，統(tǒng)籌教學(xué)全局，調(diào)整授課計(jì)劃，改善教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)手段，減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，加深課程內(nèi)容的理解、記憶和掌握，提高教學(xué)效率，同時(shí)鍛煉學(xué)生的邏輯思維和發(fā)散思維，挖掘?qū)W生大腦創(chuàng)造性的無限潛能。

思維導(dǎo)圖和概念圖從本質(zhì)上是有區(qū)別的，根據(jù)它們對教育教學(xué)的益處，我們使用時(shí)并不嚴(yán)格區(qū)分它們。從教與學(xué)的心理規(guī)律著眼，根據(jù)課程和理論特點(diǎn)，繪制思維導(dǎo)圖、概念圖或一定的圖形和圖表，把它們相互結(jié)合、相輔相成，言簡意賅地表征組織概念，簡潔明了地概括總結(jié)理論，合理優(yōu)化地構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)[3]。

形象、具體、直觀的圖形遠(yuǎn)比枯燥、冗長的文字生動(dòng)活潑，給學(xué)生留下深刻的印象，用形式多樣、內(nèi)容有高度組織性的圖形，豐富、精煉多媒體課件內(nèi)容，增添教學(xué)生命活力，教學(xué)充滿趣味性和吸引力[4]。

2 思維導(dǎo)圖和概念圖在理論教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 構(gòu)建集中參數(shù)電路理論的思維導(dǎo)圖

采用邱關(guān)源教授原著《電路》[5]作為電路原理課程教材，該教材中把電路分為集中參數(shù)電路和分布參數(shù)電路兩大類，教材主要研究集中參數(shù)電路的分析理論。構(gòu)建關(guān)于集中參數(shù)電路主要理論的思維導(dǎo)圖，如圖1所示，并在教學(xué)中考慮以下幾個(gè)問題。

(1) 緒論課中，通過思維導(dǎo)圖簡述課程主要研究的理論內(nèi)容。從圖1可以看出，集中參數(shù)電路的主要理論是以在直流電阻電路中研究的定律、定理和方法為基礎(chǔ)理論，可以說是以直流電阻電路為例討論的這些基本定律、定理和方法，它們適用于集中參數(shù)電路的其他電路中。直流電阻電路模塊是教學(xué)內(nèi)容的“地基”，“地基”打牢，其他理論學(xué)習(xí)起來會(huì)輕松許多。這樣可以削弱大眾的“電路原理難學(xué)”的思想印象，減輕學(xué)習(xí)心理壓力，幫助學(xué)生堅(jiān)定學(xué)習(xí)目標(biāo)和增強(qiáng)學(xué)習(xí)自信心。

(2) 調(diào)整授課計(jì)劃，把直流電阻電路部分增加2～4學(xué)時(shí)，教師把基本理論講清、講透，學(xué)生把基本理論學(xué)懂、學(xué)透，夯實(shí)電路原理的基礎(chǔ)理論。

圖1 集中參數(shù)電路主要理論的思維導(dǎo)圖

(3) 課程總復(fù)習(xí)時(shí)，用思維導(dǎo)圖高度地概括總結(jié)集中參數(shù)電路的主要理論，相當(dāng)于一張圖概括一本書，把“厚書讀薄”。通過一張圖把知識信息全部放進(jìn)大腦中，這是由于思維導(dǎo)圖利用右腦的照相記憶功能，也叫做“直覺圖像”記憶，這是大腦的高效記憶能力。而思維導(dǎo)圖具有發(fā)散性特點(diǎn)，又可以把“薄書讀厚”，結(jié)合章節(jié)(模塊)思維導(dǎo)圖使知識全面起來，把信息從大腦中提取。思維導(dǎo)圖有助于教學(xué)、記憶，更有效地活化大腦的記憶力和創(chuàng)造力的潛能。

2.2 構(gòu)建模塊(章節(jié))思維導(dǎo)圖

根據(jù)模塊(章節(jié))的特點(diǎn)，構(gòu)建模塊(章節(jié))思維導(dǎo)圖，形成若干個(gè)具有個(gè)性化的電路理論知識脈絡(luò)，幫助學(xué)生建立知識體系，使學(xué)生學(xué)到的知識更清晰、更系統(tǒng)。再用線性筆記總結(jié)思維導(dǎo)圖中每個(gè)分支的詳細(xì)理論。這些知識脈絡(luò)是知識“骨架”，通過思維導(dǎo)圖的聯(lián)想和發(fā)散思維給“骨架”添上詳細(xì)內(nèi)容，使知識更豐滿 、更全面。學(xué)生通過思維導(dǎo)圖掌握整個(gè)模塊(章節(jié))的知識構(gòu)架，有利于形成直覺思維，促進(jìn)知識正遷移[6]。

例如，正弦穩(wěn)態(tài)電路模塊主要包括第8章(相量法)、第9章(正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析)、第11章(電路的頻率響應(yīng))和第13章(非正弦周期電流電路和信號的頻譜)，圖2是正弦穩(wěn)態(tài)電路模塊的思維導(dǎo)圖。這張圖涵蓋了這幾章的精髓內(nèi)容，記住知識精髓，很容易掌握章節(jié)的全部內(nèi)容。

圖2 正弦穩(wěn)態(tài)電路模塊的思維導(dǎo)圖

電路原理由于知識多、內(nèi)容散，傳統(tǒng)教學(xué)使學(xué)生有“只見樹木，不見森林”的感觸，當(dāng)學(xué)生遇到?jīng)]有學(xué)會(huì)的知識時(shí)，容易發(fā)生“一葉障目”的現(xiàn)象[7]。借助思維導(dǎo)圖和概念圖進(jìn)行分層次、分階段地總結(jié)知識，學(xué)生可以站在“森林”的高度，統(tǒng)領(lǐng)全局知識，理清思維脈絡(luò)，梳理所學(xué)內(nèi)容。學(xué)生可以在“森林地圖”中標(biāo)記出沒學(xué)好的知識要點(diǎn)，清楚地了解自己的學(xué)習(xí)情況，合理地安排學(xué)習(xí)進(jìn)程。

2.3 思維導(dǎo)圖、概念圖與其他教學(xué)方法相結(jié)合

(1) 思維導(dǎo)圖與啟發(fā)式教學(xué)法相結(jié)合。著名的教育心理學(xué)家奧蘇貝爾認(rèn)為，影響學(xué)習(xí)的最重要的因素是學(xué)生已知的內(nèi)容，而影響課堂教學(xué)中意義接受學(xué)習(xí)的最重要的因素是學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。認(rèn)知結(jié)構(gòu)是指學(xué)生現(xiàn)有知識的數(shù)量、清晰度和組織方式[8]。組織有效的教學(xué)就是根據(jù)已有的知識促進(jìn)新知識的學(xué)習(xí)，教師首先要考慮如何增強(qiáng)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)與新理論之間的聯(lián)系。啟發(fā)式教學(xué)是把啟發(fā)學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗(yàn)作為教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)。想象力是依靠問題和需求激發(fā)的，打破常規(guī)、弱化的思維定勢是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力的前提，思維導(dǎo)圖是最簡單有效的培養(yǎng)思維的新技術(shù)。因此，我們把思維導(dǎo)圖與啟發(fā)式教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來。

課前用思維導(dǎo)圖復(fù)習(xí)已學(xué)的知識，在此基礎(chǔ)上設(shè)置適當(dāng)?shù)膯栴}情境，引出本堂課要學(xué)習(xí)的新知識。啟發(fā)式教學(xué)既體現(xiàn)學(xué)生的主體性又促進(jìn)學(xué)生思考的自主性，同時(shí)思維導(dǎo)圖表達(dá)發(fā)散性思維可以鍛煉學(xué)生腦力，讓學(xué)生品嘗到學(xué)習(xí)、創(chuàng)造的樂趣。

(2) 概念圖與對比式教學(xué)法相結(jié)合。一些電路理論具有一定的相似性，如何利用這些相似性開展教學(xué)來增加教學(xué)魅力？例如，相量法和運(yùn)算法都是分析線性動(dòng)態(tài)電路的方法，相量法用來分析正弦穩(wěn)態(tài)電路，而運(yùn)算法是高階動(dòng)態(tài)電路暫態(tài)過程的分析和計(jì)算方法。它們具有相同的分析思想——變換分析域，是電路原理的重點(diǎn)內(nèi)容和難點(diǎn)內(nèi)容。

圖3、4分別是用概念圖說明相量法和運(yùn)算法的分析基本步驟。講授相量法(運(yùn)算法)時(shí)，首先介紹用經(jīng)典法分析電路的復(fù)雜與困難，引出相量法(運(yùn)算法)的設(shè)計(jì)思想：通過改變分析域，減少分析與計(jì)算過程。講運(yùn)算法時(shí)，再通過對比式教學(xué)法，指出運(yùn)算法和相量法的相似處和不同處，溫故(相量法)而知新(運(yùn)算法)。 這樣可以擊破運(yùn)算法的難點(diǎn)，又加深對相量法的理解，學(xué)生對兩種方法可以融會(huì)貫通。

圖3 相量法概念圖

圖4 運(yùn)算法概念圖

再者，相量法和運(yùn)算法的定律、定理和方法分別是直流電阻電路研究的定律、定理和方法的相量形式和運(yùn)算形式，這在圖1中有說明和強(qiáng)調(diào)，這樣使得相量法和運(yùn)算法兩種方法的難點(diǎn)范圍縮小很多。通過對比來尋同求異，是有利于理解和記憶的，也是教與學(xué)的高效辦法之一。

2.4 運(yùn)用思維導(dǎo)圖和概念圖總結(jié)知識

在電路理論中，有些知識具有一定特點(diǎn)，有些知識難理解或難記憶，教師可以盡情地發(fā)揮想象，創(chuàng)造辦法用思維導(dǎo)圖和概念圖高度概述總結(jié)，使得學(xué)生能夠直觀、快速地把握一個(gè)概念體系或知識脈絡(luò)，讓理論知識易懂、易學(xué)、易記憶。教師應(yīng)善于體味、揣摩教學(xué)內(nèi)容，作好總結(jié)歸納，使教與學(xué)更有趣、更順暢、更高效。

比如說，電感元件和電容元件在不同情況下的處理方法是分析動(dòng)態(tài)電路的關(guān)鍵知識，圖5是電感L和電容C處理方法的總結(jié)圖。其中，電感和電容在直流穩(wěn)態(tài)和有初始儲(chǔ)能t=0+時(shí)刻的處理辦法是相反的，這是學(xué)生經(jīng)常容易混淆的內(nèi)容。尤其在總結(jié)圖中給出分析處理原因，學(xué)生記得牢固且不易犯錯(cuò)。顯然，該圖對學(xué)生學(xué)習(xí)頗有益處。

圖5 電感L和電容C處理方法的總結(jié)圖

2.5 利用思維導(dǎo)圖分析一題多解(一理多用)

發(fā)散思維表現(xiàn)為思維呈現(xiàn)出多維放射狀，思維視野廣闊。一題多解、一理多用等方式可以培養(yǎng)發(fā)散思維能力，而發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維的核心內(nèi)容[9]。教師如何把握一題多解和一理多用的情況，抓住鍛煉學(xué)生創(chuàng)造性思維的好機(jī)會(huì)？

(1) 一題多解。多數(shù)電路的分析是一題多解的，傳統(tǒng)講解例題時(shí)采用線性板書，多種解法的差異對比不明顯、不直觀。首先用思維導(dǎo)圖分析多種解題方法的關(guān)鍵點(diǎn)(包括突破口、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和注意事項(xiàng)等)，搭建已知條件和求解問題之間的橋梁，找到最簡單的分析方法，再板書最簡方法的完整解題步驟。從分析電路伊始，注重引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)等特點(diǎn)，學(xué)會(huì)尋找最簡單的分析方法。

(2) 一理多用。電路原理中多數(shù)理論可以應(yīng)用在多個(gè)場合下，如何幫助學(xué)生活學(xué)活用，是教師應(yīng)該在教學(xué)中關(guān)心的問題。用思維導(dǎo)圖總結(jié)理論的多種用途或多種使用場合，學(xué)生對理論理解掌握更透徹，使用起來更游刃有余，分析和解決問題的能力顯著提升。

例如，疊加定理是線性電路的重要定理，除了用于分析線性電路，它還能加深我們對線性電路特性的認(rèn)識——在線性電路中各個(gè)激勵(lì)所產(chǎn)生的響應(yīng)是互相不影響的。更進(jìn)一步，若一個(gè)線性電路作用的各激勵(lì)頻率不同時(shí)，所產(chǎn)生的響應(yīng)，只包含所有的各激勵(lì)源的頻率，而不會(huì)產(chǎn)生新的頻率成分[10]。這個(gè)認(rèn)識在教學(xué)中經(jīng)常被忽略，學(xué)生對疊加定理的理解死板，也就對信號電路的信號源理解膚淺。對疊加定理一理多用的總結(jié)，使學(xué)生“入木三分”地理解并掌握定理內(nèi)容。

3 思維導(dǎo)圖應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

高校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)包括課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)等，實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)和課程設(shè)計(jì)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、應(yīng)用能力、專業(yè)技能和創(chuàng)新思想的主要途徑，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是人才培養(yǎng)模式和教學(xué)改革的重要內(nèi)容。我們在實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)和課程設(shè)計(jì)教學(xué)中融入利用思維導(dǎo)圖進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)[11]。

在實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`教學(xué)之初，要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`內(nèi)容的思維導(dǎo)圖，并在實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`報(bào)告中，增加一項(xiàng)撰寫內(nèi)容，畫出思維導(dǎo)圖。在課程設(shè)計(jì)的任務(wù)書添加一條，用思維導(dǎo)圖概述課程設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)；對于一個(gè)題目多種設(shè)計(jì)方案的情況，用思維導(dǎo)圖分析幾種方案。這是為了引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用中學(xué)會(huì)運(yùn)用思維導(dǎo)圖進(jìn)行思考，并完成分析問題和解決問題的過程，最大限度、最大可能地培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力、思考能力、創(chuàng)新思想，激活大腦潛能[12]。

制作思維導(dǎo)圖可以使用軟件MindManager和MindMap等，也可以手繪。師生交流探討繪圖技巧，使繪圖能力教學(xué)相長。

4 結(jié) 語

思維導(dǎo)圖是培養(yǎng)良好思維品質(zhì)的高效的革命性思維工具，可以用于學(xué)習(xí)、工作和生活中的很多領(lǐng)域里，目前在國內(nèi)外思維導(dǎo)圖的應(yīng)用范圍十分廣泛。把使用思維導(dǎo)圖和概念圖作為全民“腦力運(yùn)動(dòng)”，教師和學(xué)生可以靈活、廣泛地使用它們，達(dá)到事半功倍的效果。我們通過教學(xué)中全面使用思維導(dǎo)圖和概念圖，耳濡目染地影響學(xué)生把它們應(yīng)用在記錄筆記、知識總結(jié)、自我學(xué)習(xí)、個(gè)人計(jì)劃乃至人生規(guī)劃中[13]。

在新形勢下的高校職能是“教書是根本，育人是關(guān)鍵”。評價(jià)教學(xué)質(zhì)量的好壞，不僅看學(xué)生對課程的掌握程度，更重要的看學(xué)生應(yīng)用能力、創(chuàng)新思想以及建構(gòu)意義學(xué)習(xí)的能力的提升[14]。通過實(shí)踐證明，教學(xué)中融合思維導(dǎo)圖和概念圖，教學(xué)質(zhì)量顯著提升，使教學(xué)過程輕松愉快，使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，效果立竿見影。并且學(xué)生可以從全新的視角對知識進(jìn)行消化理解、系統(tǒng)梳理、深化展寬、開拓視野，實(shí)現(xiàn)理論知識活學(xué)活用，能夠極大地提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、理解能力、記憶能力和創(chuàng)造能力[15]。

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[14] 王竹萍，姜云霞，任相花. 基于思維導(dǎo)圖的高效電路教學(xué)法的研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33(6)：87-89．

[15] 李 杰，葉 冬. 思維導(dǎo)圖在“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].信息通信，2015(12): 275-276．

Applications of Mind Map and Concept Map in the Teaching of Electric Circuits Course

ZHANGGuifeng

(School of Electrical and Control Engineering, Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150022，China)

People are paying more and more attention to the mind map and the concept map at home and abroad, because they have great potential value. The mind map and the concept map are applied to the curriculum teaching of electric circuits, teachers use them to design, organize and implement the teaching. They can be integrated to the modernized multimedia teaching courseware. The mind map is conducive to constructing knowledge network, and the concept map is helpful for the representation of the concept. Thus the teaching is made lively and dynamic, and the efficiency of teaching and studying is raised enormously. All in all, the teaching effect is enhanced more efficiently. More importantly, the mind map can cultivate students’ ability of logical thinking and divergent thinking, and can effectively inspire the potential of the brain's memory and creativity.

mind map; concept map; electric circuits; potential of brain

2016-12-20

黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃課題(GBC1214069)

張桂鳳(1976-)，女，內(nèi)蒙古牙克石人，碩士，副教授，主要從事電工電子教學(xué)與研究。

Tel.:0451-88036243; E-mail:zgfzgf99@126.com

G 424.1

A

1006-7167(2017)06-0201-04