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摘 要：为了发挥系统化学习的优势，同时匹配碎片化时间的现状，本文对微波技术与天线课程进行了教学改革。对教学内容进行了系统化设计，建立了相互联系的系统结构；对知识碎片群进行了整体化设计，有效组织管理碎片知识，便于站在系统的角度对每一细节检索定位；在知识系统巩固上进行了应用性设计，加强知识的理解和巩固、工程应用能力的培养和创新能力的启发引导。
关键词：系统化设计；碎片知识；课程改革；能力培养
本文引用格式：梁玉英 , 等 . 碎片化时间下微波课程的系统化设计 [J]. 教育现代化 ,2020,7(32):188-190.
一 引言
当前，由于网络平台和各种电子媒体的普及， 大学生成为重点受影响的人群，学生的时间被碎片化了。网络充满了各种碎片化的知识，这使学生获取信息非常方便，同时又很难形成知识系统，不利于培养学生的深度思维能力和工程应用能力。然而， 普通高校教学的目标不但要传授给学生专业知识， 还要培养他们知识的运用能力和综合素质。能力、素质的提升离不开知识的系统化。尤其像微波技术与天线这样内容抽象、逻辑性强的课程更需要系统化的学习，为此需要进行微波课程的改革。
为了以人为本解决问题 [1]，各高校开展了广泛的教学研究。有的根据未来工作岗位的需求对课程资源进行拆分和重构 [2]，有的将知识碎片化之后再在项目引导下进行系统化重建 [3]，一些技能型的课程根据专业要求重新优化课程体系 [4]，以能力培养为目标的课程则重构知识体系 [5]。微波技术与天线课程培养的思维方式与低频电路有很大的不同，培养微波工程的能力和良好的微波素养需要系统的微波知识。碎片化的学习如果不能系统化，很难达成教学目标。
所谓系统化的知识，是指知识的掌握全面完整无死角，而利用碎片化的时间进行的碎片化学习是指学习的过程中逐步蚕食，分时学习。系统化设计需要处理的问题是避免在碎片化学习中只见树木不见森林，没有整体感。本文的思路是以学生为中心， 通过对系统化知识的设计，利用碎片化学习的形式和碎片化的时间完成知识的系统化学习，并通过系统化知识的应用性设计，培养学生扎实的理论功底和良好的工程素质。
二 碎片化时间下的系统化设计
课程的系统化知识是能够灵活运用的完整知识。它呈现的方式设计为匹配碎片化时间一个个知识碎片，因此完整的知识系统设计成碎片群。知识系统的设计原则，一是强调知识系统的完整性，这样在学习中发现知识松动、薄弱的地方，能够在碎片群中及时找到相应的碎片进行学习加固补救；二是强调联系，各模块之间既有相对独立性，又相互联系， 或有共同的理论基础、共同的分析方法，或有共同的应用领域，又或者是交错出现，分别从不同的角度研究同一问题。经过系统化设计，容易看到课程知识的全貌，能够精准识别各部分的掌握情况，精准供给需要加强的结构或细节。系统化设计得好， 可以提高学习效率，学习中清楚自己当前所学在知识系统中的位置、重要性及其所起的作用，能够培养知识快速获取的能力和知识的综合集成能力。
微波技术与天线的系统化学习是站在系统的视角全览整个课程的学习方式，是站在一个更高的维度上去观察整体知识。在进行系统化设计时，首先建立全课程整体框架。掀开课程的帷幕，看到两大主体模块：微波技术模块和天线模块。二者通过麦克斯韦方程组的求解和场的叠加性联系在一起，更多的联系在深入到内部之后会呈现具体细节。每一主体模块又可以分为多个相互联系的子模块。
微波技术模块分为传输线理论、导波系统、微波网络基础和微波元件。四者之间相互联系。传输线理论用“路”的方法分析均匀的微波传输线，为微波系统提供纵向上的分析方法；导波系统用“场” 的方法分析均匀的微波传输线，为微波系统提供横向上的分析手段；微波网络基础则将场和路等效， 并用网络参量分析不均匀的微波系统；微波元件则利用场、路和网络的方法分析各种微波结构。可见， 传输线理论、导波系统和微波网络基础既相互联系， 又共同用于微波系统的分析，可以看作既是共同基础，又是依次深入的分析工具。而微波元件是对三者理论的具体应用，又反过来加深了三者的联系和融合。这样，子模块之间紧密联系，共同支撑起主模块的结构。
天线部分主要包括天线原理、线天线、口径天线和阵列天线几个部分，其中天线原理是基础，提供了天线辐射的计算、接收的方向性分析以及天线的参数分析。而线天线、口径天线、阵列天线作为不同的天线形式各有其分析方法，三者也是相互联系、层层递进的。它们的关系可以从天线方向性提高的需求以及波瓣宽度逐步减小、聚束能力逐步变强的演变中逐步展开，对比分析。
这样，通过主模块和子模块的设计，就建立起了微波技术与天线课程知识网的主线。由这两层结构就可以设计为一个主结构知识碎片，如图 1 所示。更深入一层的知识网设计遵循同样的思路，设计出子结构碎片。这样以主结构为纲、子结构为网牵引出众多的知识碎片群。通过纲举目张，容易看清知识系统，发现知识漏洞并一一填补，完善知识体系。
像这样，由整体结构到分结构，再到每一个知识的叶节点，在系统知识的统摄下，成为一个相互联系、不可分割的整体，任何一部分的缺失或薄弱， 都是知识网络中的漏洞，容易被发现。这种系统化的设计与传统的按章节依次推进的学习方法相比， 共同之处是都可以循序进行，依次打基础。不同之处是前者进度更灵活，学生学习的自主性更强，学习目标更明确，能够更好地体现以学生为主体的教学理念，而后者进度相对固定，更多地体现了教师的主导作用。系统设计与按部就班的传统方法的本质区别是前者可以不时地看到目标，对当前学习内容的地位、作用非常清晰，这样学习起来有目标感， 对学习过程有掌控感，而后者一旦选定一条道路就会一口气走到底，在前进的过程中有时会失去目标而影响学习动机，从而影响学习效果。
三 系统知识和碎片知识的关系
碎片知识是指小的知识片段，可以以文字、公式、图片、视频等各种形式呈现，具有形式上的灵活性，可以利用很短的碎片时间来学习，具有时间上的优势。但孤立的碎片知识作用有限，对知识的学习也是局部的、片面的、不完整的。只有当众多的知识碎片按一定的顺序有机组织起来以后，才会发挥出系统的力量，其作用远大于单纯知识碎片叠加的效果。系统知识相对完整，逻辑性好，可用于指导实践甚至创新，是学习的目标。但系统化知识的学习不是一朝一夕能够完成的，需要一个较长的过程。不同的教学方式很大程度上在于对系统化知识在内容上的组织管理和时间上的分配方式。系统化知识的学习可以分段由碎片化的学习实现。可见， 碎片化的学习和系统化的学习并不是对立的，二者有机结合，可以做到发挥时间上的灵活性和内容上的系统性的优势。处理好二者关系的关键是如何实现对碎片知识的组织与管理。
碎片知识的管理应当服从系统结构，在系统结构统领下有序归位，每个知识碎片应有自己的归属属性和作用属性，方便管理和查询。在碎片化学习时， 需要明确该碎片在知识系统中的位置和对系统的贡献；在系统化查漏补缺时，能够迅速定位填补漏洞的知识碎片。知识系统中碎片化知识的管理思路在上一部分的系统化设计中已经阐述。以微波技术与天线课程为例，整个课程的知识系统看作一棵树， 系统是根节点，各级模块看作各级子节点，最终分解的叶节点就是知识碎片，系统框架也可以设计成一个知识碎片充分利用零碎的时间熟悉掌握。根据每个知识碎片与系统的所属关系设置其属性，便于学习时迅速检索定位。微波技术与天线课程系统树如图 2 所示。
四 系统知识的应用性设计
系统化设计有助于更好地理解知识，但从理解到真正掌握还需要经过多次巩固和加强的过程。被称为数学世界的亚历山大的希尔伯特教授从一生的教学中得出结论：一个复杂的知识被掌握需要经过至少五次重复 [6]。简单的重复使人厌倦，因此在系统化的设计中，采用以下方式使学习效果在重复中巩固升华。
（一） 合理整合教材内容
对教材内容进行重新整合，将部分相关应用整合到理论推导之后。比如学到长线的相位滞后效应， 就将微波元件中移相器、双孔定向耦合器、环形电桥等选两个作为应用实例让学生自行分析，体会理论分析与实实在在的微波系统或微波元件的联系。
（二） 精心补充应用实例
增加应用设计，精选应用实例。选择针对性强的实际微波系统在相关部分理论分析结束后立即自主练习。就像在推导完四分之一波长终端短路线等效成开路状态，就可以选出金属绝缘子让学生分析， 一是感受那种短路和开路转换的冲击和震撼，二是体会通过目测估算工作频率的成就感。
（三） 紧密结合工程经验
理论推导和工程经验相结合。比如在推导出波导的单模传输条件，就可以让学生观察实际微波系统中的波导，估算系统的工作频率。再比如，学到口径天线的波瓣宽度，于是提出参数功能要求，请学生尝试设计汽车防撞雷达天线，体会那种能够解决工程问题的收获感。
（四） 适时引入精巧设计
人都有模仿和竞争的冲动，因此巧妙的设计会激发学生的创新欲。微波元件学习中，在分析了波导 T 型分支和魔 T 之后，进一步引出折叠双 T，以及由三个折叠双 T 和一个魔 T 构成的和差网络，电磁波从四个入口进入网络，三个出口分别能够得到四路信号的和、高低差和方位差，而且这些和、差信号以光速获得，计算速度高于任何高性能的计算机。这种设计的巧妙和性能的震撼会产生深刻的印象和强烈的创新欲。
如上所述，将理论、应用、分析、设计贯穿于微波系统知识的全过程，潜移默化地渗透到学生的大脑中，通过每一个细节自然地培养起微波工程的思维和微波素养。
五 结 语
学情紧随科技时代变化，教学改革任重而道远。教学的宗旨是不教而教，教师无论是辛勤设计还是锐意改革，都是在创设一种情景，使学生感受到是他们自己在主动获取知识并乐此不疲。正如微波技术与天线课程的知识系统设计，使学生既能看到整体又能看到细节；将抽象艰涩的理论推导融入模仿和解决问题的新奇经历中，以一种创造性的、系统的眼光看待学习内容；有利用碎片时间就能学到知识的低难度体验，也有挑战能力和思维的大难度创新。我们期待这种背后的设计和改革能够换来学生知识的掌握和能力素质的提高。然而实际情况是，不同的学生基础不同、情况各异，如何针对个性化的学情设计与之匹配的教学方式，将是我下一步的努力方向。
参考文献
[1]余隋怀 . 设计教育要系统化植入定义与解决问题的框架 [J]. 设计 ,2019,32(18):69-71.
[2]孔琳 . 基于工作过程系统化的 CATIA 课程开发与设计 [J]. 电子世界 ,2019(20):165-166.
[3]姜佳丽 , 麦焱桐 . 知识碎片化及项目导向下的系统化重建——以“涂料配方设计”网络课程为例 [J]. 化学教育 ( 中英文 ),2019,40(20):80-85.
[4]郑端阳 . 化工机械维修专业基于工作过程系统化的课程标准建设与研究 [J]. 职业 ,2019(29):76-78.
[5]张凯龙 . 基于嵌入式系统课程特质的系统化思维与能力培养[J]. 计算机教育 ,2019(10):117-120.
[6]（美）康斯坦丝 瑞德 , 希尔伯特 数学世界的亚历山大 [M]. 上海科学技术出版社 ,2018.
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