基于遷移學(xué)習(xí)的《電工與電子技術(shù)》課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

摘 要：“結(jié)點(diǎn)電壓法”是《電工與電子技術(shù)》課程重要的電路分析方法之一。其中2結(jié)點(diǎn)電路結(jié)點(diǎn)電壓公式的理解與計(jì)算為本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。本文以培養(yǎng)學(xué)生深度自主學(xué)習(xí)能力為素質(zhì)目標(biāo)，借助遷移學(xué)習(xí)理念，采用知識(shí)精講與微項(xiàng)目訓(xùn)練相結(jié)合的方式，對(duì)“結(jié)點(diǎn)電壓法”單元內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐過(guò)程進(jìn)行闡述，以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的總結(jié)歸納能力，激發(fā)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新潛能，進(jìn)一步提升課堂教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電工與電子技術(shù) 結(jié)點(diǎn)電壓法 遷移學(xué)習(xí) 教學(xué)設(shè)計(jì)

0 引言

隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展、車輛智能化水平不斷提升，對(duì)行業(yè)領(lǐng)域的需求不再僅局限于傳統(tǒng)模式。在高等教育階段多學(xué)科融合需求的大環(huán)境下，高校需重新定位社會(huì)需求，對(duì)汽車領(lǐng)域?qū)I(yè)的人才培養(yǎng)模式和教學(xué)理念做出更新和調(diào)整[1]，以培養(yǎng)出具備較強(qiáng)邏輯思維能力、系統(tǒng)分析能力、知識(shí)拓展應(yīng)用能力的應(yīng)用服務(wù)型技術(shù)人才。在此背景下，如何在有限的教學(xué)環(huán)節(jié)中培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移運(yùn)用能力，促使學(xué)生完成由知識(shí)的淺層學(xué)習(xí)向深度學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)思維意識(shí)變得愈發(fā)重要。本文以江蘇理工學(xué)院汽車服務(wù)工程專業(yè)為依托，選取《電工與電子技術(shù)》課程“結(jié)點(diǎn)電壓法”作為教學(xué)內(nèi)容，從教學(xué)分析、教學(xué)過(guò)程、課后反思等方面闡述教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)與實(shí)踐過(guò)程。

1 教學(xué)分析

1.1 教學(xué)背景

“電工電子技術(shù)”課程是高等院校工科非電類專業(yè)必修的核心基礎(chǔ)課，與數(shù)學(xué)、物理、電氣、通信等學(xué)科聯(lián)系緊密，具有教學(xué)對(duì)象量大面廣、教學(xué)內(nèi)容多、知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)度較高、邏輯性及工程應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)[2]，對(duì)于工科非電類專業(yè)學(xué)生想學(xué)好、學(xué)通，采用傳統(tǒng)講授模式往往迫使學(xué)生對(duì)問(wèn)題的分析過(guò)程死記硬背，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生從自主性邏輯推理角度分析問(wèn)題。因此，需要從知識(shí)點(diǎn)的物理含義與關(guān)聯(lián)性角度出發(fā)，構(gòu)建學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的記憶與串聯(lián)思路，切實(shí)提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

“結(jié)點(diǎn)電壓法”選自《電工與電子技術(shù)》課程重要教學(xué)單元——電路的分析方法[3]。結(jié)點(diǎn)電壓法是電路基本分析方法之一，由支路電流法拓展而來(lái)，通過(guò)選定電路中的結(jié)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，列寫方程，從而求解電路中各個(gè)結(jié)點(diǎn)的電壓。結(jié)點(diǎn)電壓法適用于結(jié)點(diǎn)數(shù)量少、支路數(shù)量多的電路參數(shù)求解。對(duì)于僅包含2結(jié)點(diǎn)的多支路電路，可直接利用公式求出參考結(jié)點(diǎn)與目標(biāo)結(jié)點(diǎn)之間的電壓。相較于支路電流法中支路電流方程組的列寫與求解，結(jié)點(diǎn)電壓法在較大程度上簡(jiǎn)化了電路分析過(guò)程。

1.2 教學(xué)目標(biāo)與理念

課程的教學(xué)目標(biāo)包含知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。知識(shí)目標(biāo)包括理解結(jié)點(diǎn)電壓法的基本概念、理解結(jié)點(diǎn)電壓法的推理過(guò)程、掌握結(jié)點(diǎn)電壓公式的書寫及求解過(guò)程。能力目標(biāo)包括分析直流電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、選擇合適的電路分析方法求解電路參數(shù)，以解決實(shí)際工程應(yīng)用問(wèn)題的能力。素質(zhì)目標(biāo)包括激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考、總結(jié)歸納、知識(shí)串聯(lián)的深度自主學(xué)習(xí)能力，形成透過(guò)現(xiàn)象觀察本質(zhì)的學(xué)習(xí)觀念，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)理解、掌握與記憶的程度，使學(xué)生感受到攻克知識(shí)難點(diǎn)的成就感，激發(fā)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新潛能。

課程采用遷移學(xué)習(xí)的教學(xué)理念。遷移學(xué)習(xí)指一種學(xué)習(xí)對(duì)另一種學(xué)習(xí)的影響，是完整學(xué)習(xí)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。在遷移學(xué)習(xí)過(guò)程中建立的知識(shí)關(guān)聯(lián)與影響，需具備良好的推理能力，屬于一種具有更高思維層次的深度學(xué)習(xí)過(guò)程。只有盡早地習(xí)慣推理的模式與方法，才能具備良好的推理能力[4]。因此，對(duì)于《電工與電子技術(shù)》課程知識(shí)的關(guān)聯(lián)性學(xué)習(xí)，也亟需學(xué)生掌握知識(shí)的遷移能力來(lái)加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

1.3 教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)分析與對(duì)策

2結(jié)點(diǎn)、多支路電路結(jié)點(diǎn)電壓的理解與計(jì)算是本次教學(xué)的重點(diǎn)及難點(diǎn)。由于結(jié)點(diǎn)電壓公式相對(duì)復(fù)雜，且應(yīng)用公式時(shí)需考慮電路、電源等差異，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)公式物理含義、符號(hào)關(guān)系等方面很難有直觀的理解[5]。盡管可以推導(dǎo)出2結(jié)點(diǎn)電路結(jié)點(diǎn)電壓公式，但推導(dǎo)過(guò)程實(shí)質(zhì)上采用了支路電流法。因此，采用支路電流法計(jì)算結(jié)點(diǎn)電壓無(wú)法提現(xiàn)結(jié)點(diǎn)電壓法的優(yōu)越性。針對(duì)這一問(wèn)題，在知識(shí)講解過(guò)程采用啟發(fā)式教學(xué)方法，以一問(wèn)一答、及時(shí)糾錯(cuò)、層層遞進(jìn)的方式推進(jìn)，保障學(xué)生專注力的同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，掌握學(xué)生實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)效果。課堂練習(xí)之余，采用微項(xiàng)目問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)模式，建立遷移學(xué)習(xí)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生更好地理解結(jié)點(diǎn)2結(jié)點(diǎn)、多支路結(jié)點(diǎn)電壓公式的內(nèi)在本質(zhì)。

2 教學(xué)過(guò)程

本次教學(xué)的主要環(huán)節(jié)包含課程內(nèi)容引入、知識(shí)精講、微項(xiàng)目訓(xùn)練、內(nèi)容總結(jié)四個(gè)方面，具體實(shí)施過(guò)程如下。

2.1 課程內(nèi)容引入

2.1.1 回顧已學(xué)知識(shí)

復(fù)習(xí)支路、結(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔、支路電流法等概念與內(nèi)容，鞏固支路電流分析方法中KCL方程與KVL方程數(shù)量關(guān)系，強(qiáng)調(diào)支路電流法在支路數(shù)較多的電路分析過(guò)程的局限性，提出思考問(wèn)題：如何利用已學(xué)知識(shí)解決上述電路的計(jì)算復(fù)雜度？引導(dǎo)學(xué)生從電源等效變換角度簡(jiǎn)化復(fù)雜電路，并將電源等效變換作為支路電流法向結(jié)點(diǎn)電壓法知識(shí)遷移過(guò)程中的相同抽象理論元素。而相同抽象理論元素作為知識(shí)能否產(chǎn)生遷移的條件[6]，在此次教學(xué)過(guò)程中顯得十分重要，為之后遷移學(xué)習(xí)過(guò)程鋪墊。

2.1.2 明確學(xué)習(xí)內(nèi)容

介紹本次教學(xué)的主要內(nèi)容，包括“結(jié)點(diǎn)電壓的概念”“結(jié)點(diǎn)電壓法的適用場(chǎng)景”“結(jié)點(diǎn)電壓法的公式推導(dǎo)與應(yīng)用”“結(jié)點(diǎn)電壓公式的注意事項(xiàng)”，指出“2結(jié)點(diǎn)、多支路電路結(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算公式的應(yīng)用”是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.2 知識(shí)精講

2.2.1 結(jié)點(diǎn)電壓的概念與結(jié)點(diǎn)電壓法的適用場(chǎng)景

從零電位參考點(diǎn)角度引出結(jié)點(diǎn)電壓的概念，介紹結(jié)點(diǎn)電壓表示方法和參考方向，并闡述結(jié)點(diǎn)電壓法的本質(zhì)是以結(jié)點(diǎn)電壓為未知量，通過(guò)列寫電壓方程求解。之后根據(jù)結(jié)點(diǎn)電壓法的本質(zhì)引導(dǎo)學(xué)生思考：結(jié)點(diǎn)電壓法的適用場(chǎng)景是什么？通過(guò)支路電流法未知量與方程間的數(shù)量關(guān)系說(shuō)明：結(jié)點(diǎn)電壓法適用于支路數(shù)較多，結(jié)點(diǎn)數(shù)較少的電路。

2.2.2 結(jié)點(diǎn)電壓法的公式推導(dǎo)與應(yīng)用

教師在講授過(guò)程采用啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生探尋支路電流公式轉(zhuǎn)化為結(jié)點(diǎn)電壓公式的方法。以2結(jié)點(diǎn)、4支路、3電源電路（圖1）為例，鼓勵(lì)學(xué)生自主推導(dǎo)出結(jié)點(diǎn)電壓Uab的計(jì)算公式，并根據(jù)該公式給出2結(jié)點(diǎn)、多支路結(jié)點(diǎn)電壓一般表達(dá)式：。明確結(jié)論后，教師拋出問(wèn)題：當(dāng)其中部分支路電源僅包含獨(dú)立電流源（圖2），結(jié)點(diǎn)電壓公式如何應(yīng)用？引導(dǎo)學(xué)生深度分析公式，結(jié)合結(jié)點(diǎn)電壓公式分子構(gòu)成特點(diǎn)，即中的單項(xiàng)均為電流，從而得出此時(shí)結(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算公式為：。之后給出例題練習(xí)與講解。

2.2.3 結(jié)點(diǎn)電壓公式的注意事項(xiàng)

在內(nèi)容（2）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)該計(jì)算公式應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)：a）上式僅適用于兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的電路。b）分母是各支路電導(dǎo)之和，恒為正值；分子中各項(xiàng)可以為正，也可以為負(fù)。c）當(dāng)電動(dòng)勢(shì)E與結(jié)點(diǎn)電壓的參考方向相反時(shí)取正號(hào)，相同時(shí)則取負(fù)號(hào)，而與各支路電流的參考方向無(wú)關(guān)。之后給出3結(jié)點(diǎn)電路例題講解。

2.3 微項(xiàng)目訓(xùn)練

在學(xué)生對(duì)結(jié)點(diǎn)電壓法有了一定的認(rèn)知后，為加深學(xué)生對(duì)結(jié)點(diǎn)電壓法物理含義的理解、培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)關(guān)聯(lián)性的總結(jié)，結(jié)合圖2，采用微項(xiàng)目訓(xùn)練模式，即教師拋出項(xiàng)目目標(biāo)：在不使用支路電流法分析的情況下如何推導(dǎo)出2結(jié)點(diǎn)電路的結(jié)點(diǎn)電壓公式？項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中教師給予學(xué)生充分的思考時(shí)間，鼓勵(lì)組件臨時(shí)小組進(jìn)行討論，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。與此同時(shí)，教師應(yīng)避免采用一問(wèn)一答的引導(dǎo)方式，結(jié)合項(xiàng)目進(jìn)展與執(zhí)行時(shí)間提供適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和支持，引導(dǎo)尺度把握在學(xué)生收到提示后仍需進(jìn)一步的思考與推理分析，如：回故已學(xué)知識(shí)，還有哪些方法能求解電路參數(shù)？或：圖2電路具備哪些潛在知識(shí)考察點(diǎn)？學(xué)生通過(guò)微項(xiàng)目訓(xùn)練，嘗試得出分析結(jié)論：采用電源等效變換與電阻并聯(lián)計(jì)算可推導(dǎo)出結(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算公式。之后教師檢查項(xiàng)目執(zhí)行情況，給予學(xué)生考核成績(jī)獎(jiǎng)勵(lì)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)動(dòng)力。最后，教師根據(jù)項(xiàng)目執(zhí)行情況進(jìn)行總結(jié)與反思，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到《電工與電子技術(shù)》課程內(nèi)容多、知識(shí)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的特點(diǎn)，從而幫助學(xué)生在之后的課程中培養(yǎng)歸納、總結(jié)意識(shí)與知識(shí)點(diǎn)的遷移學(xué)習(xí)能力。

2.4 內(nèi)容總結(jié)

2.4.1 結(jié)點(diǎn)電壓法分析的意義

教師結(jié)合結(jié)點(diǎn)電壓法適用電路的特點(diǎn)，幫助學(xué)生加深對(duì)電路的分析方法的認(rèn)識(shí)和理解，通過(guò)定量地描述電路中各個(gè)元件的電壓、電流和功率，有助于理解電路的工作原理和行為。也可以識(shí)別并排除電路中的故障，例如，找到短路、開路或元件故障的具體位置。亦可通過(guò)分析，確定電路布局，優(yōu)化電路的性能、提高效率、降低功耗、增強(qiáng)穩(wěn)定性等。

2.4.2 微項(xiàng)目訓(xùn)練的意義

教師結(jié)合微項(xiàng)目執(zhí)行情況，幫助學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)的最終目的是應(yīng)用。然而在工程實(shí)際中所涉項(xiàng)目與課本內(nèi)容相比體量差異大、執(zhí)行難度大、不確定因素多、專業(yè)領(lǐng)域融合度高，需要行業(yè)人員具備較強(qiáng)的問(wèn)題分析與知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。這就要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中養(yǎng)成知識(shí)點(diǎn)的總結(jié)、歸納、遷移的自主學(xué)習(xí)能力。這一點(diǎn)從支路電流法到結(jié)點(diǎn)電壓法的遷移學(xué)習(xí)過(guò)程就可見一斑。

2.4.3 思政拓展

結(jié)合支路電流法向結(jié)點(diǎn)電壓法遷移過(guò)程，引發(fā)思考：是否需要培養(yǎng)自主遷移學(xué)習(xí)的能力？緊密聯(lián)系基爾霍夫在物理學(xué)（基爾霍夫定律）、光譜學(xué)（基爾霍夫-比特光譜分析）所做貢獻(xiàn)，基爾霍夫吸收定律是基于基爾霍夫電流定律遷移所得，他的成果為電路理論和光譜學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，影響深遠(yuǎn)。結(jié)合微項(xiàng)目訓(xùn)練過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到在工程實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中所面對(duì)的難題往往無(wú)法從單一學(xué)科視角下解決，而是需要借助多學(xué)科融合手段制定問(wèn)題的解決方案與方案的執(zhí)行策略，以此激勵(lì)學(xué)生利用遷移學(xué)習(xí)模式達(dá)到知識(shí)的深度學(xué)習(xí)與靈活運(yùn)用的效果，為日益發(fā)展的汽車產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。

3 課后反思

根據(jù)課堂師生互動(dòng)與微項(xiàng)目執(zhí)行情況，大部分學(xué)生對(duì)本次教學(xué)內(nèi)容的掌握程度較好，其中在微項(xiàng)目執(zhí)行環(huán)節(jié)有3名學(xué)生在未借助教師引導(dǎo)的情況下完成了項(xiàng)目?jī)?nèi)容。但仍有少數(shù)學(xué)生因基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)動(dòng)力不足導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不佳。針對(duì)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生，教師需在后續(xù)授課過(guò)程探索更易理解與接收的教學(xué)模式；針對(duì)學(xué)習(xí)動(dòng)力不足的學(xué)生，教師需在輔導(dǎo)環(huán)節(jié)加強(qiáng)幫扶力度。以此促進(jìn)教師與學(xué)生共同進(jìn)步。與此同時(shí)，教師仍需進(jìn)一步挖掘、拓展微項(xiàng)目訓(xùn)練形式與應(yīng)用范圍，著眼于當(dāng)下汽車領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀，加強(qiáng)項(xiàng)目與汽車行業(yè)的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)性，幫助學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)與微項(xiàng)目訓(xùn)練，達(dá)到學(xué)以致用的學(xué)習(xí)效果，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量與學(xué)習(xí)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)非電類專業(yè)所設(shè)《電工與電子技術(shù)》課程內(nèi)容涉及面廣、知識(shí)關(guān)聯(lián)度高等特點(diǎn)，在遷移學(xué)習(xí)理念下，以“結(jié)點(diǎn)電壓法”單元內(nèi)容為例，從教學(xué)分析、教學(xué)過(guò)程、課后反思等方面對(duì)課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)與實(shí)踐進(jìn)行闡述。為了使學(xué)生深刻理解“結(jié)點(diǎn)電壓法”的物理含義與實(shí)質(zhì)特征，達(dá)到知識(shí)遷移的深度學(xué)習(xí)效果，在教學(xué)過(guò)程中引入微項(xiàng)目訓(xùn)練環(huán)節(jié)，促使學(xué)生認(rèn)識(shí)到工程實(shí)際問(wèn)題與教材內(nèi)容的差異，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成及時(shí)歸納課程內(nèi)容的良好習(xí)慣與知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)推理的思維方式。另一方面，教師在借助微項(xiàng)目訓(xùn)練學(xué)生遷移學(xué)習(xí)能力時(shí)，應(yīng)明確前后知識(shí)點(diǎn)相同抽象理論元素的概括與知識(shí)遷移過(guò)程的鋪墊。于此同時(shí)，教師還需把握微項(xiàng)目的難易程度、執(zhí)行情況、引導(dǎo)策略、獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制等，以確保項(xiàng)目的完整性與規(guī)范性。在此過(guò)程中，教師也得到了充分的鍛煉，對(duì)課程內(nèi)容體系、教學(xué)設(shè)計(jì)方法、課堂組織形式、學(xué)生學(xué)習(xí)效果有了新的認(rèn)識(shí)與感悟，提高了教師的專業(yè)水平和教學(xué)能力。

基金項(xiàng)目：江蘇理工學(xué)院教學(xué)改革與研究項(xiàng)目（11610912412；11610912304；11610912308）。

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