結合認知理論優(yōu)化“電工電子技術”教學策略

唐圣學，陳 麗，毛一之

(河北工業(yè)大學電磁場與電器可靠性省部共建重點實驗室，天津 300130)

近年來，對于認知結構理論、認知遷移理論研究不斷深入，尤其是學生認知結構與教學關系研究的發(fā)展，且在不同年齡層次學生中利用認知結構、認知遷移理論組織和實施教學應用實踐也得到了眾多教師的關注。從20世紀30年代，心理學家勒溫指出:學習是認知結構的變化，到當前的教育心理學家和構建主義學者都重視知識在頭腦中的重構，強調認知結構的重要性。研究者對認知結構理論的認識已有共識，具體是:①學習過程就是認知結構不斷變化和重新組織的過程，存在于人頭腦中的認知結構始終處于變動與建構之中，認知結構具有建構的性質;②良好的認知結構在學習中具有重要的作用，是學習的核心，形成良好的認知結構是學習的核心任務，已經(jīng)形成的良好的認知結構是后繼學習的核心條件;③認知結構理論突出了學生中心的思想，認知結構理論明顯由對教師教的研究轉向對學生學的研究，把學生作為研究的中心，突出了學生自主建構的必要性和意義［1］。

本文結合認知結構理論，從課堂教學組織和實施層次上，探索優(yōu)化電子電工技術教學策略和過程，為我校“電工電子技術”課程改革和省級精品課程的建設提供新理論和新途徑。

1 “電工電子技術”課程的認知結構

認知學告訴我們，學科課程所呈現(xiàn)的知識結構不同于學生大腦中的認知結構。知識結構是由一門學科的概念、原理和規(guī)律的內在的本質聯(lián)系所構成的，具體表現(xiàn)為教材結構與教師的教學設計結構。教材的知識結構要更好地轉化為學生的認知結構，要以教師教學為中介。因此，要有效的實施“電工電子技術”課程教學，教師首先要建立“電子電工技術”課程的認知結構體系。按照認識結構理論要求，我們認為教師應著重從整體上把握教學內容的內在結構、“電工電子技術”課程呈現(xiàn)的處理問題的原理和方法以及知識結構在不同層次和全局上的內在必然聯(lián)系。

1.1 把握內在的知識結構

“電工電子技術”課程教材內容雖然繁多，但從整體上看基本知識結構可分電路分析，交流電工，模擬電路和數(shù)字電路4部分，每部分都有相對獨立的結構體系。電路分析主要研究電路的基本原理和分析方法，內容包括電阻、電容、電感、電壓源和電流源等基本電路元件，由元件構成的電路拓撲結構和拓撲約束的基本原理，以及建立元件理想模型、列寫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應用，包括變壓器、發(fā)電機、電動機、電器和PLC器件等元件構成及工作原理，以及正確使用由這些元器件組成的電機控制系統(tǒng)的技術知識。模擬電路研究對象是系統(tǒng)輸出與輸入信號之間的大小、相位和失真等方面的關系。基本組成元件為晶體管、場效應管、集成運算放大器，基本模擬電路有信號放大及運算 (信號放大、功率放大)和信號處理(采樣保持、電壓比較、有源濾波)、信號發(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、信號分析和近似計算。數(shù)字電路研究對象為系統(tǒng)輸出與輸入信號間的邏輯關系，基本電路元件為邏輯門電路、觸發(fā)器，基本數(shù)字電路有組合邏輯電路、時序電路(寄存器、計數(shù)器、脈沖發(fā)生器、脈沖整形電路)、A/D轉換器和D/A轉換器，研究方法為真值表和布爾代數(shù)［2，3］。

1.2 把握處理問題的原理和方法

學習過程就是認知結構不斷變化、重構和遷移過程。為了有效促進認知結構遷移，教師應該突出把握住較高概括性、包容性和強有力解釋效應的基本概念和原理和方法。授課進程中要盡可能優(yōu)先傳授具有這些特點的科學知識，以便學生能對學習內容加以組織和綜合。“電工電子技術”是處理與電相關技術的基礎技術課程，以電路分析為例，應著重強調的基本概念和原理有:元件約束原理(歐姆定理)、電路拓撲原理(基爾霍夫定理)和換路定則;應著重強調的基本分析方法有:回路法、節(jié)點電壓法，置換法、疊加原理、置換原理、戴維南定理和諾頓定理;應著重強調的處理技術有:器件建模技術、等效替代技術和疊加技術等。

除了把握住基本原理、方法和技術外，還應該根據(jù)“電工電子技術”自身特點，從工程應用層次上突出提升學生的認知結構，建立聯(lián)系理論與實際的過渡認知結構。例如，還要重點強調器件建模問題，定理適用范圍問題、近似計算問題和工程優(yōu)化問題。

1.3 把握知識結構不同層次上的內在聯(lián)系

認知結構理論要求，只有把握知識結構的不同層次、部分的、整體上的內在必然聯(lián)系，才能有效促進學生形成認知結構的構建和遷移。“電工電子技術”知識同其他學科知識一樣，知識的不同部分，不同層次和整體上存在著內在邏輯關系，知識間相互聯(lián)系和相互作用使知識各成分有機聯(lián)系在一起。元器件是構成電路的基礎，元器件的外部特性是其本身所固有的約束關系，決定器件輸人輸出之間的內在聯(lián)系;器件拓撲連接形成電路和電路形成系統(tǒng)，其拓撲約束是基爾霍夫定律，是分析電路的基礎;結合回路法和戴維南定理等方法便形成了解決復雜電路系統(tǒng)問題的內在知識體系。

把握知識的內在聯(lián)系，以及讓學生構建知識的內在聯(lián)系，教師可以從2方面入手:① 對原有知識結構重新整合，從中找到內在聯(lián)系和規(guī)律;②通過知識間的類比，把握其本質聯(lián)系。例如:類比電阻和阻抗兩個概念時，學生會發(fā)現(xiàn)，阻抗的概念是與電阻的概念相對應，共同點是都對電流有阻礙作用，不同點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間關系的相角;進而進一步類比，就會找到處理直流電流與交流電流的歐姆定律的異同，掌握他們的內在聯(lián)系。

2 運用認知結構理論優(yōu)化教學策略

2.1 重視利用沖突理論加深認知結構

日常生活中的前概念對學科科學概念的學習有著舉足輕重的影響，把前概念轉變?yōu)榭茖W概念，認知結構和建構主義理論對此提供了強有力的理論支持，認為認知沖突的強烈程度與認知結構形成關系密切，高級別沖突有利于概念的正確轉變，有利于科學概念的認知結構穩(wěn)定，低沖突下發(fā)生的概念轉變穩(wěn)定性相對較差［4］。把握學生原有的認知結構，合理運用認知沖突教學模式引導學生掌握科學概念，我們認為應遵循三個步驟:①提煉引起前概念。善于總結、分析、歸類和借鑒存在的前概念，以及對科學概念的影響;要善于科學合理的引起前概念，讓學生主動暴露出前概念;②制造沖突。盡量制造高級別沖突，促進概念的正確轉變和加強認知結構穩(wěn)定。要讓每位學生參與進來，使得每位學生都有概念沖突;③建立和鞏固新的認知結構。教師要做好概念沖突的組織工作，要在沖突最尖銳，學生最希望新知識來解決沖突的時候，將新的概念擺出來，因勢利導自然轉變概念。這是認知沖突教學的一個關鍵點。進而還需要根據(jù)認知特點，要加深鞏固新的科學概念，防止前概念卷土重來。

2.2 發(fā)揮學生主觀能動性，促進學生主動建構

認知結構理論突出了學生為中心的思想，認為學生認知結構的形成過程，也就是主觀能動性發(fā)揮的過程。且認知論者提出了創(chuàng)設與生活情境密切聯(lián)系的教學環(huán)境至關重要的觀點。因此，教師要善于設置情景和提出問題，找到學生所熟悉環(huán)境和生產(chǎn)實際，創(chuàng)建有意義的學習條件，盡量激發(fā)學生對知識的渴望，滿足學生的好奇心、探究傾向，甚至可以創(chuàng)設自主學習的教學環(huán)境，幫助學生自己能動的完成認知結構的構建。例如:在介紹數(shù)字電路前，為了讓學生主動構建新的數(shù)字電路認知結構，設置手機鍵盤應用情境，提出電路是怎么處理按鍵這種斷續(xù)信息的，采用什么器件來實現(xiàn)，能否用三極管來實現(xiàn)。然后，讓學生回憶繪制三極管的特性曲線，畫成后接著提問，在模擬電路中三極管工作于線性放大區(qū)時信號連續(xù)和沒有躍變，那么如果三極管工作于截止區(qū)和飽和區(qū)信號時信號怎樣，是否連續(xù)?最后，引入三極管的開關特性及在數(shù)字電路中的應用。

此外，教學設計要為學生的自主活動留有余地，以學生的現(xiàn)有認知結構為起點，以學生自主建構的良好認知結構為終點。從課堂教學模式來看，構建主義者強調學生發(fā)現(xiàn)和探究式模式。選擇學生與教師平等對話、互動生成的教學模式，如支架式教學、師徒式教學和互惠式教學，尤其是由布朗創(chuàng)建的互惠式教學，能有效的促進學生認知結構遷移、構建。

2.3 準確把握學生原有認知結構

認知心理學家奧蘇伯爾有句名言:“如果我不得不把全部教育心理學還原為一條原理的話，我將會說，影響學習的唯一的最重要的因素是學習者已經(jīng)知道了什么”。他還指出，要“根據(jù)學生原有知識進行教學”。

然而，了解學生原有的認知結構并不容易。“電工電子技術”作為非電專業(yè)工科類學生基礎課程，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造成授課對象原有認知方式、學習興趣和個性特征的差異，使學生建構的認知結構具有多樣性或特異性。因此，教學時還必須充分考慮到學生原有認知結構的個體差異性，采取靈活多樣的教學方法和教學策略，促使不同個性的學生都順利地完成認知遷移。

此外，通過教學設計，搭建新知識與原有認知結構的橋梁，建立有助于學生認知信息之間的實質性聯(lián)系，對促進認知遷移也非常重要。“電工電子技術”課程內容中許多概念、基本原理都可以由普通物理學認知結構中遷移過來，形成電工學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)律舊認知遷移、重構的新知識，只有抓住電荷在電路中運行特點作為橋梁，才能有效的促進基爾霍夫電流定律認知結構的形成。

3 結語

“為遷移而教［5］”，是認知學的核心認識，實際上是塑造學生良好的認知結構問題。本文從構建“電工電子技術”課程認知結構的角度，重新組織本課程的基本概念和規(guī)律、解決問題的方法以及知識內在聯(lián)系，探討了優(yōu)化學生認知結構的課堂教學策略和方法。通過我們教學試驗發(fā)現(xiàn)，利用認知學理論能有效提升“電工電子技術”課程的教學效果，加強學生電工電子技術知識實踐應用能力，同時為我校電工電子教學改革、學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了一條新途徑和新理論。

［1］ 曲苒.優(yōu)化學生認知結構的課堂教學策略，陜西教育學院學報，2011，27(1):10-12

［2］ 伍云霞，王振翀，武曉華，王瑛.認知結構遷移理論在“電工學”教學中的應用.中國電力教育，2010，(9):64-65

［3］ 徐月華.在教學中促進學生認知結構的形成—“電工學”教學中的一點體會.廣東輕工職業(yè)技術學院學報，2002，1(2):39-41

［4］ 陳文鑫.認知沖突教學策略實現(xiàn)概念轉變.浙江萬里學院學報，2007，20(5):149-151

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