淺談認知發現理論在電工學教學中的應用

郭瑞鵑+尹慧敏+杜爽+孫上媛+盧星如

摘 要：針對學生對電工學的認知結構狀態及其問題，結合培養學生的認知能力、創新思維和可持續發展的教育核心任務，該文以布魯納提出的認知-發現理論為依據，圍繞電工學在學科體系中的地位及其課程性質重新制定了課程目標、分析了教學觀念和模式的轉換方向、探討了課程結構和內容的組織方式，實踐表明布魯納教學思想對電工學教學質量的提高及學生對知識的深入理解和創造能力的培養十分有效。

關鍵詞：電工學 心理學 認知-發現學習 教學改革

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（b）-0148-02

電工學具有涉及知識面廣、內容繁雜、實踐性強等特征，它在工科的學科體系中有著非常重要的基礎性地位，對電工課程真正有效的理解將有助于學生學習后續相關的專業課程、進行科學研究、從事相關的工程技術工作和融入現代生活的方方面面。這些情況為電工學課程的教學不斷提出新的挑戰，對此教育工作者在教學理念、教學模式等方面提出了很多改革策略[1-2]。

對教育的影響，美國著名認知心理學家布魯納主張學生學習或教師教學的真正目的是使學生主動形成認知結構和積極建構編碼系統，他認為編碼系統除了可以進行信息的分類和聯系之外，最重要的是能夠超越現有的信息，即產生新的創造性信息，學生從而獲得創新能力。該文以布魯納的認知-發現理論為核心，在調查分析學生的認知規律和心理特征的基礎上，根據布魯納的教學思想精心設計電工學的教學過程、教學情境和教學結構，使電工學課堂成為促進學生自主學習的培養、智慧潛能的激勵及創造思維開發的重要場所，學生在此過程中建立的認知結構、學習態度、情感和價值觀將對其在學科領域的后續學習產生持續影響。

1 學生對電工學的認知狀態分析

布魯納認為新知識的學習取決于學習者原有的知識結構，因此，教師在教授電工學知識時，客觀了解學生已有的相關的認知狀態及其個別差異是非常必要的。電工學課程需要學生應用物理理論和數學方法分析、解決實際電路問題，但調查發現學生對這些知識的理解程度參差不齊，多數學生沒有透徹掌握、理解數學原理的內涵，對電磁學的本質問題也比較陌生。同時發現部分學生曾在有關電學知識的學習、考核中多次遭遇失敗，學生自我效能感低，產生自認不擅長學習這些方面知識的錯誤認知，導致學生對電工學的學習存在抵制的心理趨勢。部分電工學后續專業課程少的專業學生由于意識不到課程的基礎性和重要性，因而存在消極、輕視的學前態度。

2 圍繞基本結構開展教學活動

布魯納強調教師最重要的教學任務是幫助學生理解學科的基本結構，其中“基本”意味著概括性程度高和具備廣泛、深刻的適用性。從學生的理解與遷移角度來看，將包括基本概念、基本原理及基本規律的“三基”作為學生學習電工學的核心內容有著非常明顯的合理性，而且可以自然而然解決高校教育中現存的幾個不可避免的矛盾問題。

首先，隨著高校學分制、素質教育和學生減負等政策的推行，電工學總學時被數次壓縮，而隨著新技術、新材料的不斷發展，電工學知識日益繁雜，基于“基本結構”的教學策略則可以有效解決學時與內容之間的沖突問題。其次，由于電工學基本概念和基本原理簡潔明了概括電磁學知識的本質屬性和特征，課程內容的內在聯系變得更加明確，有助于學生有效引申展開以解決課內、外及科研、工作中遇到的實際問題。至于電工學“三基”以外的知識需要教師引導學生在以下環節中共同完善，如：習題、實驗及實習等。教師需要精心設計教學結構和內容促使學生反復應用、分析電工學基本理論，自“上”而“下”，從“一般”到“具體”，在不斷使用中不斷更新完善基本結構，直到學生主動加工形成一個與基本結構相統一的、具有邏輯性和系統性的完整電工學知識體系。

3 適當將學科的新科學成就貫穿于教學中

布魯納認為，在兒童的早期教學中提前引入基礎學科知識可以促進早期智慧的開發，同理在高校的電工學課程教學過程中融入學科專業相關的生產、生活各方面的應用、新科技知識及發展趨勢，能促進學生在專業學習過程與以后的工作中更好理解所遇到的類似知識，有效促進學科整體知識之間的遷移，盡快融入相應的科研及職業領域。例如：加州大學的蔡少棠教授在研究電荷、電流、電壓和磁通量之間的關系后推測出電學中除了電阻器、電容器和電感器基本元件之外，應該還存在一種組件，并于1971年提出了憶阻器[3-4]。研究人員聲稱，憶阻器可讓手機能耗低、節能，也可使電腦在斷電后再次打開后仍能保存信息。惠普集團甚至預測若在電腦系統中使用憶阻器可以產生人類某種模式（patterns）的記憶和關聯。再比如自20世紀80年代初，電磁軌道炮被作為未來新式武器提出以來，一直被世界各國的軍部所重視。電磁軌道炮是一種具有射遠程、高能和多任務特征的先進殺傷武器，其軍事用途十分廣泛[5]。

4 創設發現學習情境激發學生創新思維

布魯納提倡“發現教學”，發現教學法是指在教師提供信息的基礎上，學生自主的依據自己獨特的認識程序獲取知識，他發現此教學模式有利于激發學生的智慧潛能，并獲取創新能力。發現法的有效應用在很大程度上取決于學生在學習過程中的心理狀態及教師對學生提供反饋信息的時機、步調和方法。因此，教師應從內心轉變灌輸思想，創設促進學生潛能發揮的良好氛圍，尊重學生的獨立人格，以和學生完全平等的情感與學生共同合作，保證學生處于輕松、平和、自主的環境。如果學生在學習過程中消極、被動，覺得存在一定的困難，教師需要提供即時反饋，在每個小步驟都予以及時鼓勵和獎勵反饋，學生的探究過程將變得順利，容易獲取新的信息。學生在發現法的學習過程一般要經歷信息的組織、提取、檢索、分析、應用、檢驗幾個階段，教師則需要抓住學生總結自己的成果并與預定目標進行對比的時機給出合適的對學生具有幫助性的矯正性反饋信息。教師提供的反饋信息應采取合理措施以保持學生的認知過程的獨立性，在充分考慮學生知識結構的基礎上做到點撥即可，以避免學生對老師的反饋產生依賴性。

5 結語

該文在分析高校工科學生認知結構現狀的基礎上，探討了在電工學課程的教學過程中怎樣有效應用布魯納的認知-發現教學方法，旨在使學生在掌握課程基本結構的基礎上，能夠優化信息的組織、整理、儲存和提取方式，激發知識結構內在相互關聯性的認識和掌握，促進認知結構的有效遷移，提高學生發現知識、解決問題和創新的能力，加強對學科體系橫向和縱向知識結構的融會貫通。

但布魯納教學理論的有效實施對教師的素質、技巧和博學等方面有著極高要求，因此，教師平時一定要加強自身的修養、學習和培訓，不斷完善、充實自我，全面、深人探究課程結構和相關的擴展知識。

參考文獻

[1] 梁凱.關于高校電工電子技術教學改革的研究[J].現代企業教育，2013（1）：113.

[2] 黃琦蘭，馬欣，沙琳，等.電工電子課程實驗教學改革實踐與探索[C]//電工電子課程報告論壇論文集.2007：2230-2233.

[3] Tour，James M and Tao He.Electronics：The fourth element[J].Nature，2008（453）：42-43.

[4] 憶阻器[EB/OL].http：//baike.baidu.com/link？url=UOieYV4YufrJQuytu5MaRfV8-Jzwf6CA1RE3by4AqrcOQ-ydDBUBbTBdnXE86Nv9_U9L4c5Rao12yI_91yC4SK.

[5] 電磁炮[EB/OL].http：//baike.baidu.com/link？url=LNXOpwXyP_sH8oB-0gVhCx_UTLbPK4gA2oFvetE2AQkfMzLvbTpzMibEDNfnWCIBIQC7ntAoG6S1HWUTXJgHTa.