淺談電工基礎課程教學中的概念和定律

【摘要】 本文對電工基礎課程教學進行思考,通過論述電工基礎課程中概念和定律的重要性和它們之間聯系,及形成概念和掌握定律的一般規律,說明電工基礎課程教學中必須以概念和定律為中心,傳授最基本的電工知識,并在這個過程中有效地發展學生的思維,培養分析和解決電工問題的能力。

【關鍵詞】 電工基礎概念定律 中心

電工基礎課程的教學目的,就是使學生比較系統地進一步掌握學習專業課所需的各種電工基礎知識,了解這些知識在實際中的應用。要實現這個目的,關鍵是讓學生正確形成概念和掌握定律。

電工基礎的概念是反映電工現象和過程的本質屬性的思維形態。事物的屬性包含事物的性質和事物間的聯系。事物與屬性是不可分割的,沒有不具有屬性的事物,也沒有脫離事物而孤立存在的屬性。電工基礎的概念屬于科學概念,它和日常生活中所用的普通概念是有區別的,它精確地反映電工現象和過程的本質屬性,并能給出嚴格的定義。例如,在日常生活中,通過觀察電燈發亮、電爐發熱,知道電燈、電爐有電流通過,從而得到一個概念——電流。電流概念不僅說明電荷有規則的定向移動形成電流,而且還規定以正電荷移動方向為電流方向,從而精確描述電燈發亮、電爐發熱是由于有定向移動電荷流過的本質屬性。

電工基礎的定律是反映電工現象和過程在一定條件下發生、發展、變化的必然趨勢和必然關系的判斷,它是對事物有所肯定或否定的思維形態。從這個意義出發,原理、定理、定則等規律性的知識都是定律。例如,安培定則是用來判斷電流產生的磁場方向;右手定則是判斷感生電動勢方向。這兩個定則都是有規律的,因而都是定律。

電工基礎課程教學應以形成概念和掌握定律為中心,這是因為從電工基礎的結構來說,概念和定律是構成電工基礎最基本的單元。從學生掌握電工知識發展思維、培養能力來說,形成概念和掌握定律是中心環節。

任何一門學科都必須由組成該學科的單元構成,概念是組成電工基礎最基本的單元。假如沒有電流、電壓、電場強度、磁感應強度、電動勢、交流電、電阻、電容、電感等概念,就沒有電工基礎這門課程。定律也是學科的基礎知識單元,它是人們觀察和實驗所獲得的感知,進行分析,綜合、歸納、演譯等邏輯思維,經過去偽存真、由表及里、由感性認識上升到理論認識的的飛躍,最后形成判斷。任何一門科學都是由大量的定律包括定理、定則、原理構成的,電工基礎是由歐姆定律、戴維南定律、電容充放電原理等構成。因此,可以說定律是構成學科的框架。

概念和定律是密切聯系的,相對獨立的概念不是孤立存在的,它總是同定律聯系在一起,是定律組成的部分。概念的內涵常常通過定律來揭示,例如,電流、電壓、電阻三個概念是通過歐姆定律聯系在一起的,也就是說一定阻值的電阻,兩端的電壓越大,流過電阻的電流越大,即成正比。當兩端電壓一定時,電流與電阻成反比。這就說明三個概念的內存聯系,并通過歐姆定律說明了電壓是產生電流的原因。又如,感生電動勢和磁通這兩個概念通過法拉第電磁感應定律聯系在一起的,并通過電磁感應定律揭示了感生電動勢大小與穿過回路磁通變化率(即變化快慢)成正比,因此可以形象地設想,概念是學科框架的節點。電工基礎課程的內容是極其豐富的,只有把握住的框架結構,才能掌握好電工基礎知識。例如,只有掌握了磁現象的電本質,電動勢、電流、磁通、交流電、直流電、相位、阻抗這幾個概念,掌握了電磁感應定律,才能掌握變壓器的結構原理,才能懂得變壓器能變換電壓、電流、相位、阻抗以及為什么只對交流電起作用,對直流電不起作用的原因等。又如,如果不知道電阻、電流、電功這幾個概念,就不能了解電燈為什么發亮;不懂得焦耳定律,就不懂得電爐為什么能發熱,等等。因此,形成概念和掌握定律是電工基礎教學的中心環節。

那么,在教學中怎樣讓學生形成電工概念?從概念形成的過程來說,就是看該過程是否符合辯證唯物論的認識要求;從概念形成的準則來說,就是看學生是否掌握概念的內涵和外延。

概念的形成是極為復雜的認識過程。首先要遵循認識論的規律。形成概念要有豐富的感性認識,然后才能啟發和調動學生的積極思維,把感知事物或現象在大腦中加工。剔除次要的、非本質的因素,找出事物的本質屬性,形成概念。例如,在講解磁場這個概念時,首先可調動學生在日常生活中已有的感知。如兩塊磁鐵互相靠近,但沒有接觸,兩塊磁鐵會相互吸引或排斥。接著拿兩塊磁鐵進行演示,這種現象能給學生留下兩塊磁鐵并沒有接觸,但相互之間卻有力的作用的印象。這是形成概念的感知階段。這時教師可以根據學生已掌握的力是物體之間相互作用的知識,引導學生,按照邏輯思維的規律可以推導出:既然兩塊磁鐵沒有相互接觸,但卻有力的作用,那么兩塊磁鐵的周圍必然存在一種特殊的物質,兩塊磁鐵才能相互作用,這種特殊的物質在電工學中叫磁場。由此可以讓學生形成磁場這一概念。在這個過程中教師必須引導學生逐步剔除現象或過程,深入到現象的本質,從而形成概念。

衡量學生是否形成概念,標準是看能否正確掌握概念的內涵和外延。概念的內涵是概念質的表現,這是通常所說的概念的物理意義,概念的外延就是通常說的適用范圍。因此,學生是否形成電工概念就看是否掌握了概念的物理意義和概念的適用范圍。例如,對于電動勢的概念,必須要求學生掌握電動勢是衡量電源將非電能轉換成電能本領的物理量。在電源內部,外力將單位正電荷從電源的負極移到正極所做的功,以字母E表示,若外力將電荷Q從負極移到正極所做的功的W,則電動勢E=W/Q,單位是伏特,方向規定為,在電源內部由負極指向正極。這些都是電動勢的內涵。電動勢的適用范圍是適用于所有的電源,這就是電動勢的外延。這樣學生掌握了電動勢的內涵和外延,也就形成電動勢這個概念。

在教學中又怎樣掌握電工定律?從定律的形成來看,掌握電工定律的基礎是實驗。電工基礎中許多定律都是前人通過多次反復實驗后總結出來的。在電工教學中也應通過實驗,重視電工現象并進行必要的測量、分析數據,總結現象變化規律,形成電工定律。對于學生來說,用于形成電工學定律的實驗,不在于次數的多少,應考慮是否能使學生具備足夠轉化為規律的清晰觀念。例如,為了讓學生形成法拉第電磁感應定律,所做的實驗只要能說明感生電動勢(e),變化的磁通量(ΔΦ)和變化時間(Δt)三者的關系就可以了。這樣在課堂上可以在一個空心的線圈兩端接上靈敏檢流計,并構成閉合回路,當磁鐵插入或拔出線圈時將看到檢流指針偏轉。磁鐵不動時指針不偏轉,這說明磁通量變化時在線圈中會產生電動勢,磁通量不變化,就沒有電動勢產生。插入或拔出愈快,即磁通量隨時間變化愈快時,指針偏轉角度越大,說明回路中感應電動勢越大,從而得出法拉第電磁感應的磁通量的變化率(變化快慢)成正比,用數學式表示:e=-ΔΦ/Δt(單匝線圈)的結論。由此學生在實驗中就可以深入了解法拉第電磁感應定律,并清楚認識到定律表達了感生電動勢、變化磁通量和變化時間這三個量的關系。

技工生學習電工基礎知識是一種特殊的、認識過程,要求教師根據技工學生年齡、特征、心理特點和知識水平,在有限的時間和特定的環境中,有效地傳授電工知識和培養能力。因此,不能不分輕重地將全部知識都列為中心內容,這樣不僅會浪費時間,而且不能收到效果。對此,應以概念和定律為中心,傳授最基本的電工知識,并在這個過程中有效地發展學生的思維,培養分析和解決電工問題的能力。

【參考文獻】

[1] 李書堂.電工基礎[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2001

[2] 謝利民,鄭百偉.現代教學基礎理論[M].北京:中國教育出版社,2003

【作者簡介】田兆清(1967-),女,廣西玉林人,廣西電子技工學校講師,研究方向:電工電子。

(責編何田田)