在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的研究能力

諶靜　常春耘　張宇飛　徐榮青

摘 要：研究能力是高素質(zhì)人才的標(biāo)志，本文討論了在課堂教學(xué)中融知識(shí)傳授和研究能力培養(yǎng)為一體的教學(xué)方法，并進(jìn)行了實(shí)踐。引導(dǎo)學(xué)生自己得出知識(shí)而不是機(jī)械被動(dòng)地記憶知識(shí)，這樣既活化了學(xué)生所學(xué)的知識(shí)，又培養(yǎng)了學(xué)生的研究能力。

關(guān)鍵詞：研究能力；創(chuàng)新思維；問(wèn)題意識(shí)

當(dāng)今世界，科技發(fā)展、知識(shí)的的創(chuàng)新越來(lái)越?jīng)Q定著一個(gè)國(guó)家、一個(gè)民族的發(fā)展進(jìn)程，未來(lái)世界綜合國(guó)力的競(jìng)爭(zhēng)歸根結(jié)底是知識(shí)創(chuàng)新的競(jìng)爭(zhēng)，是創(chuàng)新人才的競(jìng)爭(zhēng)[1]。當(dāng)前重大的知識(shí)創(chuàng)新可以影響一個(gè)產(chǎn)業(yè)、一個(gè)國(guó)家，甚至影響整個(gè)人類(lèi)的未來(lái)。科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力已毋庸置疑，而科學(xué)研究的精髓便是創(chuàng)新，而科學(xué)研究的主體是具有研究能力的人，因此作為培養(yǎng)高級(jí)專門(mén)人才的高等院校，必須把培養(yǎng)學(xué)生的研究能力提在突出的位置[2]。目前各個(gè)院校都非常重視培養(yǎng)學(xué)生的研究能力，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增加研究性實(shí)驗(yàn)的比例，開(kāi)展各種形式的課外研究活動(dòng)，但對(duì)在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的研究能力重視不夠，而課堂教學(xué)是教學(xué)的主渠道。本文討論了在課堂教學(xué)中融知識(shí)傳授和研究能力培養(yǎng)為一體的教學(xué)方法。

1 培養(yǎng)學(xué)生掌握目標(biāo)導(dǎo)向，問(wèn)題牽引的研究方法

研究簡(jiǎn)單地說(shuō)就是完成一件事情，首先要確定研究目標(biāo)，然后確定研究的途徑，在達(dá)到目標(biāo)過(guò)程中必然會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，所有問(wèn)題解決了，目標(biāo)也就達(dá)到了，研究也就完成了。掌握知識(shí)也是一件事，所以在課堂教學(xué)中以問(wèn)題組織教學(xué)，可以使學(xué)生掌握知識(shí)的同時(shí)提高學(xué)生的研究能力。例如耦合電感的講解，首先電路分析的目標(biāo)是求解各個(gè)支路的電壓和電流，而求解的依據(jù)是兩類(lèi)約束，即電路約束和元件約束。電路約束是基爾霍夫定律，元件約束是元件的伏安關(guān)系（VCR），基爾霍夫定律沒(méi)有問(wèn)題，但耦合電感是一個(gè)新器件，所以首先要解決耦合電感的VCR問(wèn)題，耦合電感的電壓包括自感電壓和互感電壓，電壓有大小和方向兩個(gè)問(wèn)題，互感和自感電壓的大小問(wèn)題解決了，但互感和自感電壓的方向不知如何確定，要解決這一問(wèn)題，又引入了同名端的知識(shí)，在同名端的問(wèn)題上，又提出如何判定同名端的問(wèn)題，在判定同名端的問(wèn)題上又分實(shí)際耦合電感和符號(hào)耦合電感的情況。這種從目標(biāo)出發(fā)，問(wèn)題牽引的教學(xué)方法，使學(xué)生自然而不是生硬地掌握知識(shí)，同時(shí)也體會(huì)到了目標(biāo)導(dǎo)向，問(wèn)題牽引的研究方法。

2 培養(yǎng)學(xué)生分析一般與特殊、共性與個(gè)性的意識(shí)

研究就是為了揭示事物的本質(zhì)或事物之間的規(guī)律，事物的本質(zhì)有共性與個(gè)性，規(guī)律有一般規(guī)律和特殊規(guī)律，可以在掌握一般規(guī)律的基礎(chǔ)上分析特殊規(guī)律，也可以從眾多特殊規(guī)律歸納出一般規(guī)律，通過(guò)出入一般與特殊，共性與個(gè)性，才能使得研究不斷深入，研究是建立在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上的，要注意知識(shí)的適用范圍和條件，研究過(guò)程中一定要具體問(wèn)題具體分析，這些意識(shí)都可以在課堂教學(xué)中培養(yǎng)。在教學(xué)中讓學(xué)生首先要掌握一般方法，在掌握一般方法的基礎(chǔ)上掌握特殊方法；在解題時(shí)，首先看有無(wú)特殊方法，若找不到特殊方法再適用一般方法。例如求圖1所示電路的等效電感Leq，已知L1=6H，L2=4H，M=2H。

解法1：一般方法，根據(jù)耦合電感的VCR和輸入阻抗的定義求解。

?1=jwL1ì1+jwMì2，又因?yàn)?2=0

?2=jwL2ì2+jwMì1

消去ì2，得：?1=5jwì1，由輸入阻抗的定義得Zi=5jw

所以Leq=5H

解法2：直接使用空芯變壓器的輸入阻抗的公式，

Zi=jwL1+w2M2/jwL2=jw（L1-M2/L2）=5jw，所以Leq=5H

解法3：使用等效變換法，圖2為圖1的等效電路。

由圖2可知：Leq=4+2‖2=5H

解法1是一般方法，任意電路都能適用，解法2只適用于空芯變壓器，解法3只適用于耦合電感的三端連接的情況。這樣教學(xué)使學(xué)生養(yǎng)成分析一般與特殊，共性與個(gè)性關(guān)系的習(xí)慣。

3 教學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的方法，培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題的能力

研究過(guò)程的本質(zhì)就是新知識(shí)的形成過(guò)程，它包括問(wèn)題的提出、分析和解決。判斷一個(gè)人是否有創(chuàng)新能力，不僅要看他是否能解決問(wèn)題，更要看他能否提出問(wèn)題，后者是一種更高的能力。我們?cè)谡n堂教學(xué)中從以下幾個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題的能力：①分析書(shū)本上的方法是否正確，各個(gè)結(jié)論之間是否有矛盾，因?yàn)檎胬韰s是相容的，若得出矛盾的或與事實(shí)不相符的結(jié)果，則不是方法有錯(cuò)，就是運(yùn)用的定理有錯(cuò)，或是運(yùn)用的范圍、前提條件不滿足，有錯(cuò)就有問(wèn)題。例如：有一習(xí)題學(xué)生使用兩種不同的方法做，結(jié)果不一樣，哪一種做法錯(cuò)了？是方法本身錯(cuò)了還是方法運(yùn)用錯(cuò)了？錯(cuò)在哪兒？又如：書(shū)上講解了獨(dú)立電壓源與一電阻串聯(lián)可等效為一獨(dú)立電流源與一電阻并聯(lián)，在例題中直接把一受控電壓源與一電阻串聯(lián)等效為一受控電流源與一電阻并聯(lián)，這種簡(jiǎn)單的類(lèi)推是否正確？②分析各種方法的優(yōu)劣，結(jié)論的適用條件。有些問(wèn)題盡管解決了，但解決的方法繁雜、困難，能否找到一種更好的解決方法？每個(gè)結(jié)論總有條件，它的適用范圍受到諸多限制，能否使結(jié)論打破這種局限性，使其具一般性？或在不滿足條件時(shí)應(yīng)如何對(duì)其修正？如戴維南定理只適用于明確的單口網(wǎng)絡(luò)，若不是明確的單口網(wǎng)絡(luò)，可尋找一種新的方法，稱之為擬戴定理。③分析已有方案的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于工程的實(shí)施過(guò)程，結(jié)果會(huì)有優(yōu)劣之分。人們總希望改進(jìn)設(shè)計(jì)方法，使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能更好、更經(jīng)濟(jì)。例如：讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)能完成一定功能的電路，學(xué)生的設(shè)計(jì)方案有幾種，按方案做好電路，結(jié)果更是花樣百出。由此筆者深刻地體會(huì)到：教師在教學(xué)過(guò)程中，不能把問(wèn)題強(qiáng)加給學(xué)生，而應(yīng)通過(guò)啟發(fā)式教學(xué)，精心設(shè)置教學(xué)情境，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，讓他們自己主動(dòng)提出問(wèn)題[3]。

4 培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題轉(zhuǎn)換的能力

研究過(guò)程包括問(wèn)題的提出、分析和解決，研究過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一系列的問(wèn)題，研究最終都要落實(shí)到問(wèn)題的解決上。解決問(wèn)題除了直接解決外，大部分是間接解決，需要把一復(fù)雜的問(wèn)題分解為幾個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，把一難的問(wèn)題轉(zhuǎn)換成一個(gè)容易的問(wèn)題，把未知的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成已知的問(wèn)題，所以問(wèn)題轉(zhuǎn)換能力在研究中非常重要。我們?cè)谡n堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題轉(zhuǎn)換的能力，例如一階電路部分的講解，要解只含一個(gè)動(dòng)態(tài)元件的線性、非時(shí)變電路各支路的電流和電壓[4]，將電路分解為含源電阻網(wǎng)絡(luò)N1和動(dòng)態(tài)元件N22個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)，N1可以用戴維南定理或諾頓定理等效，等效后電路就變?yōu)?個(gè)元件的串聯(lián)或3個(gè)元件的并聯(lián)電路，這是非常簡(jiǎn)單的電路。由基爾霍夫電壓定律電流定律及元件的VCR很容易得到有關(guān)動(dòng)態(tài)元件狀態(tài)變量的一階常系數(shù)微分方程，問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為一階常系數(shù)微分方程求解的問(wèn)題。根據(jù)信號(hào)及初態(tài)是否為零，又分為3個(gè)具體問(wèn)題，即零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)。動(dòng)態(tài)元件狀態(tài)變量求得后，可用電流源或電壓源置換掉動(dòng)態(tài)元件，置換后電路為線性電阻電路，就是線性電阻電路的求解問(wèn)題，這樣就求得其余各支路的電流和電壓。若信號(hào)在整個(gè)時(shí)間內(nèi)不能用一個(gè)函數(shù)式表示，則有兩種方法可解決這一問(wèn)題。一是信號(hào)分解，把該信號(hào)分解為幾個(gè)信號(hào)的和，其中任一信號(hào)都能用一函數(shù)式表示，總的響應(yīng)為各信號(hào)響應(yīng)之和。二是在時(shí)間上分段表示該信號(hào)，求出一段再求下一段，后一段的初始值是前一段的終值[3]。

5 培養(yǎng)學(xué)生的整體觀

研究過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一系列的問(wèn)題，這些問(wèn)題并不都是并列的，研究需要有整體觀，不能只見(jiàn)樹(shù)木不見(jiàn)森林，要理清問(wèn)題的脈絡(luò)。盡管研究要落實(shí)在具體問(wèn)題的解決上，但把握整體，能更深刻地理解和分析具體問(wèn)題，有利于具體問(wèn)題的解決。我們?cè)谡n堂教學(xué)中要注意培養(yǎng)學(xué)生的整體觀，如在耦合電感和變壓器這一章，根本問(wèn)題是求解含有耦合電感電路各支路的電壓與電流，直接解決需解決耦合電感及變壓器的VCR的問(wèn)題，解決VCR問(wèn)題需解決耦合電感電壓大小和方向問(wèn)題。間接解決看能否把耦合電感等效成電感，即去耦等效，但去耦等效需滿足一定的條件。耦合電感一種特殊的連接的方式就構(gòu)成了空芯變壓器，因空芯變壓器是耦合電感的一種特殊的連接的方式，因此就有了一些空芯變壓器特殊求解方法。空芯變壓器加上一個(gè)條件就變成全耦合變壓器，全耦合變壓器是特殊的空芯變壓器，全耦合變壓器再增加一些條件時(shí)，就變成理想變壓器，理想變壓器可看成是一種更特殊的空芯變壓器，在這些條件下，可得理想變壓器的VCR，顯然理想變壓器的VCR比空芯變壓器的VCR簡(jiǎn)單，便于求解，全耦合變壓器可等效成理想變壓器去求解。這樣教學(xué)不僅培養(yǎng)了學(xué)生的整體觀，也使學(xué)生體會(huì)到這部分的知識(shí)就是為了解決這幾個(gè)問(wèn)題，這幾個(gè)問(wèn)題又分別是如何解決的，這樣學(xué)習(xí)，學(xué)生感到內(nèi)容清晰，容易掌握。

6 結(jié)束語(yǔ)

迎接未來(lái)科學(xué)技術(shù)的挑戰(zhàn)，最重要的是堅(jiān)持創(chuàng)新，創(chuàng)新不是空洞的概念，也不是高不可攀，只要具有研究能力，就可以去創(chuàng)新，區(qū)別僅是創(chuàng)新成果的大小。問(wèn)題意識(shí)是提高研究能力的關(guān)鍵，而問(wèn)題來(lái)源于思考，只有思考的積累才能提出問(wèn)題，只有勤于思考才能在細(xì)微處發(fā)現(xiàn)真知，在分析問(wèn)題的過(guò)程中探索出有效的、便捷的、同時(shí)也是獨(dú)特的解決問(wèn)題的方式。所以要提高學(xué)生的研究能力，除了本文討論的方法，還要通過(guò)老師的影響力使學(xué)生養(yǎng)成勤于思考的習(xí)慣。我們抓住課堂教學(xué)的主渠道，讓學(xué)生以研究的方式去學(xué)習(xí)，做到不僅授之以魚(yú)，更要授之以漁，這樣學(xué)生不僅抓牢所授的魚(yú)，在以后的工作學(xué)習(xí)中更能捕到新的大魚(yú)。

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[2]王金發(fā)，戚康標(biāo)，何炎明.實(shí)行研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的研究能力[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2005（4）：8-9.

[3]常春耘，楊福章，徐榮青.培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的認(rèn)識(shí)和實(shí)踐[J].華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2002（2）：98-100.

[4]李瀚蓀.電路分析基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，1996.