思維導圖和概念圖在電路原理教學中的應用

張 桂 鳳

(黑龍江科技大學 電氣與控制工程學院，哈爾濱 150022)

思維導圖和概念圖在電路原理教學中的應用

張 桂 鳳

(黑龍江科技大學 電氣與控制工程學院，哈爾濱 150022)

國內外教育工作者對思維導圖和概念圖的關注度越來越高，這是因為它們具有巨大的潛在價值。把思維導圖和概念圖引入到電路原理教學中，教師借助它們設計、組織和實施教學，將其融入到現代化多媒體教學之中。思維導圖有利于構建知識網絡，概念圖有助于表征理論概念，不僅煥發教學的生機與活力，還大幅度地提高教與學的效率，從而更高效地提升課程教學效果。更重要的是，思維導圖可以培養學生邏輯思維和發散思維的能力，并有效地激發大腦的記憶力與創造力的潛能。

思維導圖； 概念圖； 電路原理； 大腦潛能

0 引 言

習近平總書記提出，“提高中華民族創新能力，把我國建設成創新型國家，關鍵在人才”。高等教育教學改革和發展以培養創新型高素質人才為導向，而培養高素質人才，教師能力和水平是根本前提。“建設一流師資隊伍，用新理論、新知識、新技術更新教學內容”，這是國家“十三五”規劃綱要中對教師隊伍建設和教師能力發展提出的新要求。改革創新是發展的根本動力，教育教學要發展，關鍵靠教師業務能力和教學水平的改革創新，教師需要實時地用新理論、新知識和新技術武裝頭腦、豐富頭腦，并善于將它們應用于教育教學之中。

1 教學現狀分析與教學改革思想

近幾年，我們電類基礎系列課程教學改革正如火如荼地進行，教學質量和教學效果均有顯著提高。但是教學改革尚有很大的提升空間，電路原理教學還存在以下幾個問題。

(1) 打造“模塊化”教學內容，但是模塊之間缺少銜接，知識點之間缺少聯系，這使得知識繁多、晦澀難懂的教學內容“雪上加霜”，像一盤“散沙”，知識缺少條理性、系統性和整體性[1]。部分學生學習電路原理，像“熊掰玉米”一樣“學新扔舊”，學生先行知識掌握不好，后續知識很難講授，教學形成“教著累，學著費勁”的局面。

(2) 用仿真、動畫煥發多媒體教學的生機與活力，但是多媒體介紹知識點時以“文字+電路圖”為主，文字拖沓冗長，知識要點不醒目、不突出、不直觀。要點內容不能“躍然于眼前”，學生大腦處于低迷狀態，教學缺少對學生的吸引力，勢必影響教學效果。

(3) 把啟發式教學作為電路原理課堂教學中最基本、最主要的教學方法[2]，而對引導學生發散性和創造性思維的教學方法沒有突破性改革。

近年來，思維導圖和概念圖是國內外教育教學改革的有效策略之一。我們接受新方法、新技術，嘗試探索把它們引入電路原理的理論教學、實驗和實踐教學以及課程設計等教學環節之中，這些教學問題都迎刃而解，并深受廣大師生喜愛。

在課堂理論教學環節中，統籌教學全局，調整授課計劃，改善教學方法，優化教學手段，減輕學生的認知負荷，加深課程內容的理解、記憶和掌握，提高教學效率，同時鍛煉學生的邏輯思維和發散思維，挖掘學生大腦創造性的無限潛能。

思維導圖和概念圖從本質上是有區別的，根據它們對教育教學的益處，我們使用時并不嚴格區分它們。從教與學的心理規律著眼，根據課程和理論特點，繪制思維導圖、概念圖或一定的圖形和圖表，把它們相互結合、相輔相成，言簡意賅地表征組織概念，簡潔明了地概括總結理論，合理優化地構建知識網絡[3]。

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

2 思維導圖和概念圖在理論教學中的應用

2.1 構建集中參數電路理論的思維導圖

采用邱關源教授原著《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電路和分布參數電路兩大類，教材主要研究集中參數電路的分析理論。構建關于集中參數電路主要理論的思維導圖，如圖1所示，并在教學中考慮以下幾個問題。

(1) 緒論課中，通過思維導圖簡述課程主要研究的理論內容。從圖1可以看出，集中參數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電路的其他電路中。直流電阻電路模塊是教學內容的“地基”，“地基”打牢，其他理論學習起來會輕松許多。這樣可以削弱大眾的“電路原理難學”的思想印象，減輕學習心理壓力，幫助學生堅定學習目標和增強學習自信心。

(2) 調整授課計劃，把直流電阻電路部分增加2～4學時，教師把基本理論講清、講透，學生把基本理論學懂、學透，夯實電路原理的基礎理論。

圖1 集中參數電路主要理論的思維導圖

(3) 課程總復習時，用思維導圖高度地概括總結集中參數電路的主要理論，相當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大腦中，這是由于思維導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。而思維導圖具有發散性特點，又可以把“薄書讀厚”，結合章節(模塊)思維導圖使知識全面起來，把信息從大腦中提取。思維導圖有助于教學、記憶，更有效地活化大腦的記憶力和創造力的潛能。

2.2 構建模塊(章節)思維導圖

根據模塊(章節)的特點，構建模塊(章節)思維導圖，形成若干個具有個性化的電路理論知識脈絡，幫助學生建立知識體系，使學生學到的知識更清晰、更系統。再用線性筆記總結思維導圖中每個分支的詳細理論。這些知識脈絡是知識“骨架”，通過思維導圖的聯想和發散思維給“骨架”添上詳細內容，使知識更豐滿 、更全面。學生通過思維導圖掌握整個模塊(章節)的知識構架，有利于形成直覺思維，促進知識正遷移[6]。

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

圖2 正弦穩態電路模塊的思維導圖

電路原理由于知識多、內容散，傳統教學使學生有“只見樹木，不見森林”的感觸，當學生遇到沒有學會的知識時，容易發生“一葉障目”的現象[7]。借助思維導圖和概念圖進行分層次、分階段地總結知識，學生可以站在“森林”的高度，統領全局知識，理清思維脈絡，梳理所學內容。學生可以在“森林地圖”中標記出沒學好的知識要點，清楚地了解自己的學習情況，合理地安排學習進程。

2.3 思維導圖、概念圖與其他教學方法相結合

(1) 思維導圖與啟發式教學法相結合。著名的教育心理學家奧蘇貝爾認為，影響學習的最重要的因素是學生已知的內容，而影響課堂教學中意義接受學習的最重要的因素是學生的認知結構。認知結構是指學生現有知識的數量、清晰度和組織方式[8]。組織有效的教學就是根據已有的知識促進新知識的學習，教師首先要考慮如何增強學生認知結構與新理論之間的聯系。啟發式教學是把啟發學生已有的知識和經驗作為教學的出發點。想象力是依靠問題和需求激發的，打破常規、弱化的思維定勢是培養學生創造力的前提，思維導圖是最簡單有效的培養思維的新技術。因此，我們把思維導圖與啟發式教學有機地結合起來。

課前用思維導圖復習已學的知識，在此基礎上設置適當的問題情境，引出本堂課要學習的新知識。啟發式教學既體現學生的主體性又促進學生思考的自主性，同時思維導圖表達發散性思維可以鍛煉學生腦力，讓學生品嘗到學習、創造的樂趣。

(2) 概念圖與對比式教學法相結合。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來增加教學魅力？例如，相量法和運算法都是分析線性動態電路的方法，相量法用來分析正弦穩態電路，而運算法是高階動態電路暫態過程的分析和計算方法。它們具有相同的分析思想——變換分析域，是電路原理的重點內容和難點內容。

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

圖3 相量法概念圖

圖4 運算法概念圖

再者，相量法和運算法的定律、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算形式，這在圖1中有說明和強調，這樣使得相量法和運算法兩種方法的難點范圍縮小很多。通過對比來尋同求異，是有利于理解和記憶的，也是教與學的高效辦法之一。

2.4 運用思維導圖和概念圖總結知識

在電路理論中，有些知識具有一定特點，有些知識難理解或難記憶，教師可以盡情地發揮想象，創造辦法用思維導圖和概念圖高度概述總結，使得學生能夠直觀、快速地把握一個概念體系或知識脈絡，讓理論知識易懂、易學、易記憶。教師應善于體味、揣摩教學內容，作好總結歸納，使教與學更有趣、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態電路的關鍵知識，圖5是電感L和電容C處理方法的總結圖。其中，電感和電容在直流穩態和有初始儲能t=0+時刻的處理辦法是相反的，這是學生經常容易混淆的內容。尤其在總結圖中給出分析處理原因，學生記得牢固且不易犯錯。顯然，該圖對學生學習頗有益處。

圖5 電感L和電容C處理方法的總結圖

2.5 利用思維導圖分析一題多解(一理多用)

發散思維表現為思維呈現出多維放射狀，思維視野廣闊。一題多解、一理多用等方式可以培養發散思維能力，而發散思維是創造性思維的核心內容[9]。教師如何把握一題多解和一理多用的情況，抓住鍛煉學生創造性思維的好機會？

(1) 一題多解。多數電路的分析是一題多解的，傳統講解例題時采用線性板書，多種解法的差異對比不明顯、不直觀。首先用思維導圖分析多種解題方法的關鍵點(包括突破口、優點、缺點和注意事項等)，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，注重引導學生根據電路結構和元件參數等特點，學會尋找最簡單的分析方法。

(2) 一理多用。電路原理中多數理論可以應用在多個場合下，如何幫助學生活學活用，是教師應該在教學中關心的問題。用思維導圖總結理論的多種用途或多種使用場合，學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識——在線性電路中各個激勵所產生的響應是互相不影響的。更進一步，若一個線性電路作用的各激勵頻率不同時，所產生的響應，只包含所有的各激勵源的頻率，而不會產生新的頻率成分[10]。這個認識在教學中經常被忽略，學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，使學生“入木三分”地理解并掌握定理內容。

3 思維導圖應用于實踐教學環節

高校實踐教學環節包括課程實驗、課程設計、工程實踐和畢業設計等，實驗、實踐教學和課程設計教學是培養學生動手能力、應用能力、專業技能和創新思想的主要途徑，實踐教學環節是人才培養模式和教學改革的重要內容。我們在實驗、實踐教學和課程設計教學中融入利用思維導圖進行教學活動[11]。

在實驗或實踐教學之初，要求學生設計實驗或實踐內容的思維導圖，并在實驗或實踐報告中，增加一項撰寫內容，畫出思維導圖。在課程設計的任務書添加一條，用思維導圖概述課程設計各環節；對于一個題目多種設計方案的情況，用思維導圖分析幾種方案。這是為了引導學生在實際應用中學會運用思維導圖進行思考，并完成分析問題和解決問題的過程，最大限度、最大可能地培養學生的應用能力、思考能力、創新思想，激活大腦潛能[12]。

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

4 結 語

思維導圖是培養良好思維品質的高效的革命性思維工具，可以用于學習、工作和生活中的很多領域里，目前在國內外思維導圖的應用范圍十分廣泛。把使用思維導圖和概念圖作為全民“腦力運動”，教師和學生可以靈活、廣泛地使用它們，達到事半功倍的效果。我們通過教學中全面使用思維導圖和概念圖，耳濡目染地影響學生把它們應用在記錄筆記、知識總結、自我學習、個人計劃乃至人生規劃中[13]。

在新形勢下的高校職能是“教書是根本，育人是關鍵”。評價教學質量的好壞，不僅看學生對課程的掌握程度，更重要的看學生應用能力、創新思想以及建構意義學習的能力的提升[14]。通過實踐證明，教學中融合思維導圖和概念圖，教學質量顯著提升，使教學過程輕松愉快，使學生學習興趣濃厚，效果立竿見影。并且學生可以從全新的視角對知識進行消化理解、系統梳理、深化展寬、開拓視野，實現理論知識活學活用，能夠極大地提高學生自主學習能力、理解能力、記憶能力和創造能力[15]。

[1] 張桂鳳. 學習動機理論在“電路原理”教學中的應用[J].電氣電子教學學報，2015，37(5)：16-18．

[2] 張桂鳳，謝子殿，郭明良，等. 基于CDIO模式的電類基礎課程教學改革探索[J].實驗技術與管理，2015，32(5): 219-221．

[3] 楊 凌. 概念圖、思維導圖的結合對教與學的輔助性研究[J].電化教育研究，2006(6): 59-61．

[4] 戴圣偉，王炎平，蔡勝強，等. 思維導圖融合法在模電教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2016，35(2): 229-232．

[5] 邱關源，羅先覺. 電路[M].北京： 5版. 高等教育出版社，2006.

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[7] 奚 玲，奚 琪. 淺析思維導圖在“模擬電路”教學中的應用[J].工業和信息化教育，2015(1): 35-36．

[8] 魏利霞，周 震. 淺析思維導圖與概念圖[J].哈爾濱學院學報，2013，34(3)：91-95．

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

[15] 李 杰，葉 冬. 思維導圖在“數字電子技術”課程教學中的應用[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

黑龍江省教育科學規劃課題(GBC1214069)

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

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

G 424.1

A

1006-7167(2017)06-0201-04