唐圣學(xué)，陳 麗，毛一之

(河北工業(yè)大學(xué)電磁場(chǎng)與電器可靠性省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300130)

近年來(lái)，對(duì)于認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論、認(rèn)知遷移理論研究不斷深入，尤其是學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)與教學(xué)關(guān)系研究的發(fā)展，且在不同年齡層次學(xué)生中利用認(rèn)知結(jié)構(gòu)、認(rèn)知遷移理論組織和實(shí)施教學(xué)應(yīng)用實(shí)踐也得到了眾多教師的關(guān)注。從20世紀(jì)30年代，心理學(xué)家勒溫指出:學(xué)習(xí)是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的變化，到當(dāng)前的教育心理學(xué)家和構(gòu)建主義學(xué)者都重視知識(shí)在頭腦中的重構(gòu)，強(qiáng)調(diào)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重要性。研究者對(duì)認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論的認(rèn)識(shí)已有共識(shí)，具體是:①學(xué)習(xí)過(guò)程就是認(rèn)知結(jié)構(gòu)不斷變化和重新組織的過(guò)程，存在于人頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)始終處于變動(dòng)與建構(gòu)之中，認(rèn)知結(jié)構(gòu)具有建構(gòu)的性質(zhì);②良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)在學(xué)習(xí)中具有重要的作用，是學(xué)習(xí)的核心，形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)是學(xué)習(xí)的核心任務(wù)，已經(jīng)形成的良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)是后繼學(xué)習(xí)的核心條件;③認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論突出了學(xué)生中心的思想，認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論明顯由對(duì)教師教的研究轉(zhuǎn)向?qū)W(xué)生學(xué)的研究，把學(xué)生作為研究的中心，突出了學(xué)生自主建構(gòu)的必要性和意義［1］。

本文結(jié)合認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論，從課堂教學(xué)組織和實(shí)施層次上，探索優(yōu)化電子電工技術(shù)教學(xué)策略和過(guò)程，為我?！半姽る娮蛹夹g(shù)”課程改革和省級(jí)精品課程的建設(shè)提供新理論和新途徑。

1 “電工電子技術(shù)”課程的認(rèn)知結(jié)構(gòu)

認(rèn)知學(xué)告訴我們，學(xué)科課程所呈現(xiàn)的知識(shí)結(jié)構(gòu)不同于學(xué)生大腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。知識(shí)結(jié)構(gòu)是由一門(mén)學(xué)科的概念、原理和規(guī)律的內(nèi)在的本質(zhì)聯(lián)系所構(gòu)成的，具體表現(xiàn)為教材結(jié)構(gòu)與教師的教學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。教材的知識(shí)結(jié)構(gòu)要更好地轉(zhuǎn)化為學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，要以教師教學(xué)為中介。因此，要有效的實(shí)施“電工電子技術(shù)”課程教學(xué)，教師首先要建立“電子電工技術(shù)”課程的認(rèn)知結(jié)構(gòu)體系。按照認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)理論要求，我們認(rèn)為教師應(yīng)著重從整體上把握教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在結(jié)構(gòu)、“電工電子技術(shù)”課程呈現(xiàn)的處理問(wèn)題的原理和方法以及知識(shí)結(jié)構(gòu)在不同層次和全局上的內(nèi)在必然聯(lián)系。

1.1 把握內(nèi)在的知識(shí)結(jié)構(gòu)

“電工電子技術(shù)”課程教材內(nèi)容雖然繁多，但從整體上看基本知識(shí)結(jié)構(gòu)可分電路分析，交流電工，模擬電路和數(shù)字電路4部分，每部分都有相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體系。電路分析主要研究電路的基本原理和分析方法，內(nèi)容包括電阻、電容、電感、電壓源和電流源等基本電路元件，由元件構(gòu)成的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和拓?fù)浼s束的基本原理，以及建立元件理想模型、列寫(xiě)電路方程等研究分析方法。交流電工部分主要涉及電工技術(shù)應(yīng)用，包括變壓器、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電器和PLC器件等元件構(gòu)成及工作原理，以及正確使用由這些元器件組成的電機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)知識(shí)。模擬電路研究對(duì)象是系統(tǒng)輸出與輸入信號(hào)之間的大小、相位和失真等方面的關(guān)系。基本組成元件為晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、集成運(yùn)算放大器，基本模擬電路有信號(hào)放大及運(yùn)算 (信號(hào)放大、功率放大)和信號(hào)處理(采樣保持、電壓比較、有源濾波)、信號(hào)發(fā)生 (正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器等)及小功率直流穩(wěn)壓電源和電力電子電路，采用的研究方法為建立等效模型、信號(hào)分析和近似計(jì)算。數(shù)字電路研究對(duì)象為系統(tǒng)輸出與輸入信號(hào)間的邏輯關(guān)系，基本電路元件為邏輯門(mén)電路、觸發(fā)器，基本數(shù)字電路有組合邏輯電路、時(shí)序電路(寄存器、計(jì)數(shù)器、脈沖發(fā)生器、脈沖整形電路)、A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器，研究方法為真值表和布爾代數(shù)［2，3］。

1.2 把握處理問(wèn)題的原理和方法

學(xué)習(xí)過(guò)程就是認(rèn)知結(jié)構(gòu)不斷變化、重構(gòu)和遷移過(guò)程。為了有效促進(jìn)認(rèn)知結(jié)構(gòu)遷移，教師應(yīng)該突出把握住較高概括性、包容性和強(qiáng)有力解釋效應(yīng)的基本概念和原理和方法。授課進(jìn)程中要盡可能優(yōu)先傳授具有這些特點(diǎn)的科學(xué)知識(shí)，以便學(xué)生能對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容加以組織和綜合。“電工電子技術(shù)”是處理與電相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)課程，以電路分析為例，應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)的基本概念和原理有:元件約束原理(歐姆定理)、電路拓?fù)湓?基爾霍夫定理)和換路定則;應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)的基本分析方法有:回路法、節(jié)點(diǎn)電壓法，置換法、疊加原理、置換原理、戴維南定理和諾頓定理;應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)的處理技術(shù)有:器件建模技術(shù)、等效替代技術(shù)和疊加技術(shù)等。

除了把握住基本原理、方法和技術(shù)外，還應(yīng)該根據(jù)“電工電子技術(shù)”自身特點(diǎn)，從工程應(yīng)用層次上突出提升學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，建立聯(lián)系理論與實(shí)際的過(guò)渡認(rèn)知結(jié)構(gòu)。例如，還要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)器件建模問(wèn)題，定理適用范圍問(wèn)題、近似計(jì)算問(wèn)題和工程優(yōu)化問(wèn)題。

1.3 把握知識(shí)結(jié)構(gòu)不同層次上的內(nèi)在聯(lián)系

認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論要求，只有把握知識(shí)結(jié)構(gòu)的不同層次、部分的、整體上的內(nèi)在必然聯(lián)系，才能有效促進(jìn)學(xué)生形成認(rèn)知結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和遷移。“電工電子技術(shù)”知識(shí)同其他學(xué)科知識(shí)一樣，知識(shí)的不同部分，不同層次和整體上存在著內(nèi)在邏輯關(guān)系，知識(shí)間相互聯(lián)系和相互作用使知識(shí)各成分有機(jī)聯(lián)系在一起。元器件是構(gòu)成電路的基礎(chǔ)，元器件的外部特性是其本身所固有的約束關(guān)系，決定器件輸人輸出之間的內(nèi)在聯(lián)系;器件拓?fù)溥B接形成電路和電路形成系統(tǒng)，其拓?fù)浼s束是基爾霍夫定律，是分析電路的基礎(chǔ);結(jié)合回路法和戴維南定理等方法便形成了解決復(fù)雜電路系統(tǒng)問(wèn)題的內(nèi)在知識(shí)體系。

把握知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，以及讓學(xué)生構(gòu)建知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，教師可以從2方面入手:① 對(duì)原有知識(shí)結(jié)構(gòu)重新整合，從中找到內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律;②通過(guò)知識(shí)間的類比，把握其本質(zhì)聯(lián)系。例如:類比電阻和阻抗兩個(gè)概念時(shí)，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，阻抗的概念是與電阻的概念相對(duì)應(yīng)，共同點(diǎn)是都對(duì)電流有阻礙作用，不同點(diǎn)是阻抗除了表示大小的幅值，還有表示電壓電流間超前滯后時(shí)間關(guān)系的相角;進(jìn)而進(jìn)一步類比，就會(huì)找到處理直流電流與交流電流的歐姆定律的異同，掌握他們的內(nèi)在聯(lián)系。

2 運(yùn)用認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論優(yōu)化教學(xué)策略

2.1 重視利用沖突理論加深認(rèn)知結(jié)構(gòu)

日常生活中的前概念對(duì)學(xué)科科學(xué)概念的學(xué)習(xí)有著舉足輕重的影響，把前概念轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念，認(rèn)知結(jié)構(gòu)和建構(gòu)主義理論對(duì)此提供了強(qiáng)有力的理論支持，認(rèn)為認(rèn)知沖突的強(qiáng)烈程度與認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成關(guān)系密切，高級(jí)別沖突有利于概念的正確轉(zhuǎn)變，有利于科學(xué)概念的認(rèn)知結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，低沖突下發(fā)生的概念轉(zhuǎn)變穩(wěn)定性相對(duì)較差［4］。把握學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，合理運(yùn)用認(rèn)知沖突教學(xué)模式引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)概念，我們認(rèn)為應(yīng)遵循三個(gè)步驟:①提煉引起前概念。善于總結(jié)、分析、歸類和借鑒存在的前概念，以及對(duì)科學(xué)概念的影響;要善于科學(xué)合理的引起前概念，讓學(xué)生主動(dòng)暴露出前概念;②制造沖突。盡量制造高級(jí)別沖突，促進(jìn)概念的正確轉(zhuǎn)變和加強(qiáng)認(rèn)知結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。要讓每位學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，使得每位學(xué)生都有概念沖突;③建立和鞏固新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。教師要做好概念沖突的組織工作，要在沖突最尖銳，學(xué)生最希望新知識(shí)來(lái)解決沖突的時(shí)候，將新的概念擺出來(lái)，因勢(shì)利導(dǎo)自然轉(zhuǎn)變概念。這是認(rèn)知沖突教學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。進(jìn)而還需要根據(jù)認(rèn)知特點(diǎn)，要加深鞏固新的科學(xué)概念，防止前概念卷土重來(lái)。

2.2 發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)

認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論突出了學(xué)生為中心的思想，認(rèn)為學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程，也就是主觀能動(dòng)性發(fā)揮的過(guò)程。且認(rèn)知論者提出了創(chuàng)設(shè)與生活情境密切聯(lián)系的教學(xué)環(huán)境至關(guān)重要的觀點(diǎn)。因此，教師要善于設(shè)置情景和提出問(wèn)題，找到學(xué)生所熟悉環(huán)境和生產(chǎn)實(shí)際，創(chuàng)建有意義的學(xué)習(xí)條件，盡量激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)的渴望，滿足學(xué)生的好奇心、探究?jī)A向，甚至可以創(chuàng)設(shè)自主學(xué)習(xí)的教學(xué)環(huán)境，幫助學(xué)生自己能動(dòng)的完成認(rèn)知結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。例如:在介紹數(shù)字電路前，為了讓學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建新的數(shù)字電路認(rèn)知結(jié)構(gòu)，設(shè)置手機(jī)鍵盤(pán)應(yīng)用情境，提出電路是怎么處理按鍵這種斷續(xù)信息的，采用什么器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，能否用三極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。然后，讓學(xué)生回憶繪制三極管的特性曲線，畫(huà)成后接著提問(wèn)，在模擬電路中三極管工作于線性放大區(qū)時(shí)信號(hào)連續(xù)和沒(méi)有躍變，那么如果三極管工作于截止區(qū)和飽和區(qū)信號(hào)時(shí)信號(hào)怎樣，是否連續(xù)?最后，引入三極管的開(kāi)關(guān)特性及在數(shù)字電路中的應(yīng)用。

此外，教學(xué)設(shè)計(jì)要為學(xué)生的自主活動(dòng)留有余地，以學(xué)生的現(xiàn)有認(rèn)知結(jié)構(gòu)為起點(diǎn)，以學(xué)生自主建構(gòu)的良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)為終點(diǎn)。從課堂教學(xué)模式來(lái)看，構(gòu)建主義者強(qiáng)調(diào)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和探究式模式。選擇學(xué)生與教師平等對(duì)話、互動(dòng)生成的教學(xué)模式，如支架式教學(xué)、師徒式教學(xué)和互惠式教學(xué)，尤其是由布朗創(chuàng)建的互惠式教學(xué)，能有效的促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)遷移、構(gòu)建。

2.3 準(zhǔn)確把握學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)

認(rèn)知心理學(xué)家?jiàn)W蘇伯爾有句名言:“如果我不得不把全部教育心理學(xué)還原為一條原理的話，我將會(huì)說(shuō)，影響學(xué)習(xí)的唯一的最重要的因素是學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道了什么”。他還指出，要“根據(jù)學(xué)生原有知識(shí)進(jìn)行教學(xué)”。

然而，了解學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)并不容易?！半姽る娮蛹夹g(shù)”作為非電專業(yè)工科類學(xué)生基礎(chǔ)課程，不同專業(yè)原先所修課程不同、不同的課程授課順序等因素都會(huì)造成授課對(duì)象原有認(rèn)知方式、學(xué)習(xí)興趣和個(gè)性特征的差異，使學(xué)生建構(gòu)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)具有多樣性或特異性。因此，教學(xué)時(shí)還必須充分考慮到學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的個(gè)體差異性，采取靈活多樣的教學(xué)方法和教學(xué)策略，促使不同個(gè)性的學(xué)生都順利地完成認(rèn)知遷移。

此外，通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)，搭建新知識(shí)與原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的橋梁，建立有助于學(xué)生認(rèn)知信息之間的實(shí)質(zhì)性聯(lián)系，對(duì)促進(jìn)認(rèn)知遷移也非常重要?！半姽る娮蛹夹g(shù)”課程內(nèi)容中許多概念、基本原理都可以由普通物理學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)中遷移過(guò)來(lái)，形成電工學(xué)中的基本概念和定理。例如，基爾霍夫電路定律是由電荷守恒和電流連續(xù)規(guī)律舊認(rèn)知遷移、重構(gòu)的新知識(shí)，只有抓住電荷在電路中運(yùn)行特點(diǎn)作為橋梁，才能有效的促進(jìn)基爾霍夫電流定律認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成。

3 結(jié)語(yǔ)

“為遷移而教［5］”，是認(rèn)知學(xué)的核心認(rèn)識(shí)，實(shí)際上是塑造學(xué)生良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)問(wèn)題。本文從構(gòu)建“電工電子技術(shù)”課程認(rèn)知結(jié)構(gòu)的角度，重新組織本課程的基本概念和規(guī)律、解決問(wèn)題的方法以及知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系，探討了優(yōu)化學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的課堂教學(xué)策略和方法。通過(guò)我們教學(xué)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用認(rèn)知學(xué)理論能有效提升“電工電子技術(shù)”課程的教學(xué)效果，加強(qiáng)學(xué)生電工電子技術(shù)知識(shí)實(shí)踐應(yīng)用能力，同時(shí)為我校電工電子教學(xué)改革、學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了一條新途徑和新理論。

［1］ 曲苒.優(yōu)化學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的課堂教學(xué)策略，陜西教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，27(1):10-12

［2］ 伍云霞，王振翀，武曉華，王瑛.認(rèn)知結(jié)構(gòu)遷移理論在“電工學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用.中國(guó)電力教育，2010，(9):64-65

［3］ 徐月華.在教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成—“電工學(xué)”教學(xué)中的一點(diǎn)體會(huì).廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，1(2):39-41

［4］ 陳文鑫.認(rèn)知沖突教學(xué)策略實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變.浙江萬(wàn)里學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，20(5):149-151

［5］ 祁小梅.奧蘇貝爾認(rèn)知結(jié)構(gòu)與遷移理論及教學(xué).黑龍江高教研究，2004(5):99-100