認(rèn)知彈性理論在電工學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

伍云霞+武曉華

摘要：為解決電工學(xué)課程教學(xué)中學(xué)生基礎(chǔ)薄弱、教學(xué)學(xué)時(shí)少而教學(xué)內(nèi)容多問題，實(shí)現(xiàn)電工學(xué)課程教學(xué)目標(biāo)，電工學(xué)教學(xué)以彈性認(rèn)理論為指導(dǎo)，在教學(xué)中采用了超文本結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)教學(xué)知識及相聯(lián)關(guān)系，以多維度、非線性方式表征概念和相關(guān)案例，提高了學(xué)生多元表征知識、遷移知識的能力，使學(xué)生向復(fù)合型人才方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電工學(xué)；彈性認(rèn)知理論；十字交叉形

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）46-0149-03

一、引言

電工學(xué)課程是高等工科本科教育非電類專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，是直接服務(wù)于各專業(yè)的核心課程。在“高等工程教育要向強(qiáng)國邁進(jìn)，要面向社會培養(yǎng)具有創(chuàng)造力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類工程技術(shù)人才，要為國家走新型化工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略服務(wù)”綱領(lǐng)下[1-2]，我校對電工學(xué)課程教學(xué)的目標(biāo)是：（1）電工學(xué)課程的教學(xué)重點(diǎn)從重視理論的學(xué)術(shù)性與系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)與邏輯的嚴(yán)密性轉(zhuǎn)向“培養(yǎng)學(xué)生將電工與電子技術(shù)的基本知識應(yīng)用于各自專業(yè)，繼而創(chuàng)造性地發(fā)展各自專業(yè)能力”；（2）消減教學(xué)時(shí)數(shù)，精練教學(xué)內(nèi)容；（3）教學(xué)內(nèi)容涵蓋電路理論、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電動機(jī)及傳動控制、電工測量、安全用電、EDA（Electronic Design Automation，電子設(shè)計(jì)自動化）技術(shù)。非電類專業(yè)電工學(xué)課程通常是多個(gè)專業(yè)同一課堂，各個(gè)專業(yè)對電類知識需要求的側(cè)重點(diǎn)有很大不同，另外非電類專業(yè)學(xué)生普遍對課程不重視，電類知識基礎(chǔ)一般也較薄弱，如何選取教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)內(nèi)容如何呈現(xiàn)、采用什么的教學(xué)手段等才能在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)獲得好的教學(xué)效果，滿足各不相同的教學(xué)需求，適合基礎(chǔ)與能力參差不齊的學(xué)生的學(xué)習(xí)是電工學(xué)課程教學(xué)需要解決的問題。

認(rèn)知彈性理論是1990年美國伊利諾斯大學(xué)的斯皮羅等人針對結(jié)構(gòu)不良領(lǐng)域知識（復(fù)雜知識）習(xí)得和遷移而提出的一種學(xué)習(xí)理論，基于對認(rèn)知彈性理論提出的知識觀、教學(xué)觀、教學(xué)策略和教學(xué)技術(shù)的分析以及對電工學(xué)課程的研究，在電工學(xué)課程教學(xué)中以認(rèn)知彈性理論為教學(xué)指導(dǎo)，有利于解決電工學(xué)教學(xué)中的問題和達(dá)到電工教學(xué)的目的。

二、認(rèn)知彈性學(xué)習(xí)理論[3，4]

認(rèn)知彈性學(xué)習(xí)理論是一種折中的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)與教學(xué)理論，是美國伊利諾斯大學(xué)的斯皮羅等人于1990年提出的。認(rèn)知彈性是指人在認(rèn)知活動中的靈活變通能力，是其在面對新問題時(shí)如何有效組織知識從而做出正確回應(yīng)的能力，一個(gè)人若具有較強(qiáng)的認(rèn)知彈性，他對復(fù)雜情境中包含的整體和部分的關(guān)系、主次關(guān)系、因果關(guān)系等做出正確認(rèn)知的可能性就越大。這種能力只有掌握結(jié)構(gòu)不良領(lǐng)域知識才能具有，并且只有通過高級學(xué)習(xí)才能獲得，高級學(xué)習(xí)能使學(xué)生掌握概念的復(fù)雜性及變化性，并能在新的情境中靈活運(yùn)用。

學(xué)習(xí)的知識分為良構(gòu)與非良構(gòu)2種，良構(gòu)知識是以一定的層次結(jié)構(gòu)良好地組織在一起，與具體問題有直接的對應(yīng)關(guān)系；非良構(gòu)性知識呈現(xiàn)方式通常比較隱含、晦澀，具有概念的復(fù)雜性和變化的不規(guī)則性等特點(diǎn)，與具體問題之間幾乎沒有直接對應(yīng)關(guān)系。對這種知識學(xué)習(xí)有2條基本準(zhǔn)則：一是多元認(rèn)知表征，學(xué)習(xí)這種知識的最佳方式是多個(gè)角度、多視點(diǎn)，這既增強(qiáng)對該概念自身的理解，同時(shí)也能增強(qiáng)將這一理解遷移到其他領(lǐng)域的能力；二是展現(xiàn)知識和相關(guān)知識間的聯(lián)系以及知識與問題的依存關(guān)系，用概念和案例構(gòu)成多維度與非線性的十字交叉型。

使學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)不良知識，隨機(jī)通達(dá)教學(xué)方法是行之有效的方法，該方法的基本內(nèi)容是：對于同一教學(xué)內(nèi)容，要在不同時(shí)間、在重新安排的情境下，帶著不同的目的，從不同的角度多次進(jìn)行學(xué)習(xí)。教學(xué)中應(yīng)努力使學(xué)生形成對概念的多視角理解，并要與具體的情境聯(lián)系在一起，形成背景性的知識，而不是去情境化，通過以不同的方式交叉瀏覽結(jié)構(gòu)不良知識領(lǐng)域，使學(xué)習(xí)者認(rèn)識到知識應(yīng)用的多樣性，并且揭示知識的多種關(guān)聯(lián)性以及對情境的依賴性。

超文本是體現(xiàn)、應(yīng)用這些原理與方法的具體技術(shù)，具有非線性特征的超文本有助于學(xué)習(xí)者從多種觀點(diǎn)的角度接近概念并建構(gòu)知識表征，真正改善對復(fù)雜概念的掌握，超文本力求將內(nèi)容鑲在相關(guān)的上下文或背景中，以克服知識的抽象性，并有助于復(fù)雜性的理解與掌握。該技術(shù)開發(fā)了情境敏感的知識集群加工方法（Situation-sensitive knowledge assembly）。可使學(xué)習(xí)者在隨機(jī)訪問文檔時(shí)根據(jù)需要可對原有鏈接進(jìn)行動態(tài)編輯，以便更深刻地揭示概念的本質(zhì)并使其更好地與相關(guān)主題聯(lián)系。

三、認(rèn)知彈性學(xué)習(xí)理論對電工學(xué)課程教學(xué)的指導(dǎo)性

電工學(xué)教學(xué)內(nèi)容是結(jié)構(gòu)不良領(lǐng)域的知識，電工學(xué)是一門關(guān)于如何將數(shù)學(xué)、物理等科學(xué)知識應(yīng)用到電工程的應(yīng)用學(xué)科，工程實(shí)際問題往往都比較復(fù)雜，常有多因素同時(shí)起作用，存在著多種物理過程，直接處理工程問題往往很困難，有時(shí)甚至是不可能，通常需要根據(jù)具體情況對問題通過假設(shè)進(jìn)行簡化，對同一實(shí)際問題可以有多種假設(shè)，有多種解決方法，最終都能得到相同的結(jié)論；另一方面，電工學(xué)所解決的問題與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境高度相關(guān)，從一種應(yīng)用問題中提煉出來的方法往往難以有效地直接套用于其他實(shí)際問題的解決，通常需要深入分析應(yīng)用問題、精心挖掘與選擇其所蘊(yùn)含的各種信息與方法，需要多種方法的綜合運(yùn)用。

解決問題的方法應(yīng)應(yīng)用問題緊密相聯(lián)，決定了學(xué)生對電工學(xué)課程的學(xué)習(xí)應(yīng)與實(shí)際問題聯(lián)系并在其應(yīng)用中掌握，這就要求采取高級學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式，深層理解與把握器件的建模、等效電路的本質(zhì)，器件多樣性特性及應(yīng)用，定理、定律的適用性，并能將其靈活地運(yùn)用到設(shè)計(jì)、分析及制造上，而不能僅僅只記住一些器件模型、定理、定律的表述。

電工學(xué)教學(xué)的目的是要使非電類專業(yè)的學(xué)生能用電類知識解決本專業(yè)內(nèi)所涉及的有關(guān)電的問題，同時(shí)拓展本專業(yè)，要求學(xué)生能具有一定的問題建模能力、正確地應(yīng)用定律、定理等解決所遇到的電類問題，這就要求電工學(xué)教學(xué)應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知彈性，從而克服“難以致用”的現(xiàn)象，增強(qiáng)電工學(xué)教學(xué)的實(shí)效。

綜上所述，認(rèn)知彈性理論對電工學(xué)教學(xué)內(nèi)容的組織、呈現(xiàn)方式和學(xué)習(xí)方法都具有指導(dǎo)意義，有利于培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成，增強(qiáng)學(xué)生素質(zhì)。

四、認(rèn)知彈性理論在電工學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

認(rèn)知彈性理論建議用超文本結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)知識，超文本結(jié)構(gòu)是知識的一種層次結(jié)構(gòu)，著重表達(dá)知識間的相互關(guān)系。這種結(jié)構(gòu)能表示出知識與知識間關(guān)聯(lián)的強(qiáng)弱程度，知識與知識間關(guān)聯(lián)的復(fù)雜程度，其層次結(jié)構(gòu)本身也反映了引導(dǎo)學(xué)習(xí)者瀏覽信息目標(biāo)的能力，如何設(shè)計(jì)和優(yōu)化知識超文本結(jié)構(gòu)表征，直接關(guān)系到超文本的質(zhì)量，也關(guān)系到學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效率。

電工學(xué)課程教學(xué)中超文本結(jié)構(gòu)表征實(shí)例如圖1所示，圖1是疊加定理學(xué)習(xí)的超文本結(jié)構(gòu)表征。

在迭加定理的學(xué)習(xí)中，迭加定理、迭加定理應(yīng)用方法（正用、反用、近似）、獨(dú)立電源、實(shí)際電壓源模型、實(shí)際電流源模型、互等效、戴維南定理、諾頓定理等相關(guān)定理與定理的應(yīng)用方法鏈接在一起，學(xué)習(xí)者可以多維度獲取概念與相關(guān)概念、理解公式、原理和定律等，有助于學(xué)習(xí)者進(jìn)一步理解復(fù)雜概念。

圖1中的疊加定理正用、反用、近似使用的相關(guān)案例，增加了對疊加定理含義的理解及對定理靈活應(yīng)用的掌握，在案例中體現(xiàn)概念，使學(xué)生切實(shí)體會了包裝概念的共性與差異性，不同條件下、不同問題概念所包含的具體內(nèi)涵，多維度考察增強(qiáng)了對復(fù)雜概念的理解。

超文本能夠從靜態(tài)表征向動態(tài)表征過渡，擴(kuò)展原先設(shè)定的內(nèi)容和路徑，將多個(gè)知識點(diǎn)鏈接在一起，可促使學(xué)習(xí)者對知識意義進(jìn)行積極的探索與建構(gòu)，思索概念應(yīng)用的復(fù)雜性。例如學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)全狀態(tài)響應(yīng)案例時(shí)，發(fā)現(xiàn)全響應(yīng)是零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)的迭加，則有可能引發(fā)對迭加定理的興趣，相應(yīng)地，從全狀態(tài)響應(yīng)案例節(jié)點(diǎn)添加鏈接到疊加定理的路徑，這樣學(xué)習(xí)者可以按照已有的思維需求來重新建構(gòu)一階暫態(tài)響應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容與路徑。[5-7]

五、結(jié)語

認(rèn)知彈性理論是學(xué)習(xí)高級知識的教學(xué)理論，適合電工學(xué)課程的指導(dǎo)教學(xué)，成功應(yīng)用該理論的關(guān)鍵在于知識超文本結(jié)構(gòu)表征自由度、線性力和導(dǎo)航力的合理設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.教育部關(guān)于批準(zhǔn)第一批“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”高校的通知[Z].教高函2010]7號，2010.

[2]唐介.電工學(xué)（少學(xué)時(shí)，第三版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]程素萍，王婷婷.認(rèn)知靈活性理論及其對教學(xué)實(shí)踐的啟示[J].天津師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，12（1）：14-18.

[4]李振明，龐坤，宋乃慶.認(rèn)知彈性理論指導(dǎo)下的高師數(shù)學(xué)建模教學(xué)[J].數(shù)學(xué)教育學(xué)報(bào)，2007，16（1）96-99.

[5]劉世清，李克東.超文本結(jié)構(gòu)導(dǎo)航策略研究[J].電化教育研究，1997，（3）：38-44.

[6]張海濤，劉甲學(xué)，畢強(qiáng).超文本信息結(jié)構(gòu)導(dǎo)航力分析[J].情報(bào)學(xué)報(bào)，2002，21（2）：139-142.

[7]武法提.網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003.