例談“問題鏈”在職高電工技術基礎中的作用

周桂芳

摘 要：電工技術基礎對于理工科學生而言是一門重要的基礎課程，而中職學生相對應而言基礎比較差，學習電工技術基礎這門課程非常困難。在電工技術基礎教育中，“問題鏈”能有效地降低學習難度。本文用具體案例闡述了問題如何縮小思維跨度，降低思維難度，強化研究過程引導等方面所起的重要作用。

關鍵詞：問題鏈 思維過程 案例探究

當前，隨著職業教育的不斷深入，其應用性和實踐性已越來越體現在培養人才的規格中，也滲透到了教學的各個環節。所以職業學校教育不同于普通中學教育，具有很強的專業性與職業性。職校學生學習的目的是要成為社會各個系統、各個行業生產第一線所需要的技能人才，因而職業學校教育應重視學生專業操作技能與綜合能力的培養。電工技術基礎是職業教育中應用性與實踐性都非常強的一門重要課程，如何使學生真正掌握課程知識，發展能力，培養智力，最終掌握電子技術操作技能，是值得教師長期關注和探索的問題。為何這門課程被大多數學生認為是非常難學的，甚至被稱為“魔鬼課程”呢？怎樣才能掌握學習電工技術基礎的有效方法呢？筆者覺得采用“問題鏈”教學應該是一條可操作的有效的解決途徑。

“問題鏈”以老師引導為中心，把《電工技術基礎》依據知識、能力、思維層次分成多個問題，由淺入深，層層遞進，讓學生帶著問題，通過學生自己獨立思考、討論、交流等形式，最后解決問題，掌握對應相應的概念知識以及形成一定的邏輯思維，提高解題能力。

一、設計問題鏈，明確基本概念，引導學生立足概念，正確求解

基本概念是學習的基礎，對于難以理解的概念，要利用低起點，分層次的方法，把概念變成一組組的問題，幫助學生遞進式理解內容，慢慢形成一定的邏輯思維。

案例：電壓的求解

對我們的學生來說只講電壓是容易的，但電壓和電位的區別就難了，主要是分不清二者之間的聯系和區別。電壓是為了衡量電場力做功能力的大小引入電壓這個物理量。A、B兩點間的電壓UAB在數值上等于電場力把電荷由A移到B所做的功W與被移動電荷電荷量q的比值。電位的概念：正電荷在電路中某點所具有的能量與電荷所帶電荷量的比叫做該點電位。

在如圖1所示電路中，VA=9V，VB=-6V，UBC=-11V，

VD=0V，試求：UAB、VC、UCD、UAC、UAD、UBD各多少伏？

問題1：確定參考點。參考點就是假定該點電位為零，從題意中可以確定D點為參考點。

問題2：確定電壓的方向。電壓的方向由高電位指向低電位，即電位降低的方向。在電路計算過程中，事先無法確定電壓的真實的方向，常事先選定參考方向。如UAB就表示假設A點的電位高于B的電位，電壓方向為A點指向B點。如果計算中的結果電壓為正值，那么說明電壓的真實方向和假設方向一致；如果計算結果電壓為負值，那么電壓的真實方向和假定方向相反。

問題3：明確電壓和電位之間的相互關系。在電路中A，B兩點間的電壓等于兩點間的電位之差。兩點間的電壓又叫兩點間電位差。即：UAB=VA-VB。

問題4：電壓和電位之間的區別在哪？電壓和電位都是反映電場或電路能量特性的物理量，二者既有聯系又有區別。電位是相對的，它的大小與參考點的設置有關；電壓是不變的，它的大小與參考點選擇無關。電位的參考點可任意選擇，但是一個電路中只能選一個參考點。

二、設計問題鏈，解決公式記憶和運用問題

學好《電工技術基礎》要有一定的數學基礎，一些簡單的數學公式可以幫助學生對于《電工技術基礎》中比較難理解和記憶的公式進行推導，解決公式的記憶和運用問題。

如圖2所示，純電感電路的瞬時功率取值范圍。

這道題目也是學生比較害怕的，因為這個要涉及數學中的三角函數的相互轉換，以及純電感電路中電壓和電流之間的數值以及相位關系。而且看上去沒有任何的已知量，讓學生無從下手，所以要運用有關純電感電路的相關公式，通過已學的數學基礎自己動手去推導。

問題1：能不能直接求解？不能，因為題目中沒有任何的已知數值，所以發現無法直接求解。

問題2：應該用什么知識求解？有了問題1的準備，就自然想到純電感電路中的相關內容。

問題3：要求功率，首先要已知什么量呢？電功率是用來描述電流做功的快慢程度，電流在單位時間內所做的功叫做電功率。公式：P=UI。要求純電感的瞬時功率，那就得已知純電感電路中電壓的瞬時值和電流的瞬時值。而純電感電路中電壓與電流存在著相位差，電壓超前電流。所以應先假設電流的初相位為零，則可得電流的瞬時值表達式為，因為電壓超前電流，即，所以，這時就可以根據電壓三要素可得電壓的瞬時表達式，。再根據功率的公式可推導出該電路的瞬時功率。

問題4：從以上功率的式子中可以看到兩個正弦函數的乘積，數學中與之相關的三角函數的誘導公式有哪些呢？，把不同角的兩個正弦函數的乘積轉為同角的正弦和余弦的乘積。又可根據三角函數公式可得。

問題5：怎樣求其取值范圍呢？大多數同學從上式就知道該電路的瞬時功率是一個正弦函數，而正弦函數的取值是[-1，1]，所以會直接代入得到取值范圍為[]。

問題6：取值范圍出現最大值，但現實中測量出來的值都為有效值，那如何變為有效值呢？這個是比較容易想到的。運用最大值和有效值之間的關系，

代入式子可得其取值范圍為[]。

三、設計問題鏈，解決思維跨度，培養學生整體思考問題的能力

學生思考問題的方向比較單一，比較死記硬背公式，無法靈活運用，不能把一個個單一的公式聯系起來使用。

例如將電感為225mH，電阻為60Ω的線圈接到V的電源上。求線圈的感抗以及電路中的電流瞬時值表達式。

該電路既有電阻又有電感，應該是一個RL串聯電路。學生對于純電阻電路，純電感電路可以進行簡單的分析，但是出現兩個或兩個以上元器件串聯或并聯在一起，就很難去解決。

問題1：根據已知條件，如何找出電路中電阻和電感的共同點。

因為該電路為串聯電路，根據串聯電路的特點可以得到電路中的電流處處相等，也就是說流過電阻和流過電感的電流值是一樣的。電阻和電感是加在同一電源電壓下的，電路中的頻率和周期都是由這個電源電壓決定的，所以電路中是相同的。

問題2：由問題1就很容易想到線圈的感抗。

問題3：電流瞬時值表達式學生看到這個問題本能地覺得難，感到非常害怕，不知道如何下手。其實很簡單，首先要明白瞬時值表達式是由什么所決定？ 瞬時值表達式由三要素所決定，找到三要素就找到了答案。最大值（有效值），頻率（角頻率，周期），初相位。從問題1中已經已知了角頻率，只要求出電路中電流的有效值和初相位就可以了。

問題4：怎樣求電流的有效值？根據部分電路的歐姆定律可得電流和電壓、電路中的阻抗有關。根據RL串聯電路的阻抗三角形可得

，A

問題5：從哪里入手求解初相位呢？ RL串聯電路呈現感性，所以電路中總電壓的相位超前總電流的相位，總電壓的相位已知，只要求出兩者間的相位差就可以求出電流的初相位。而其相位差的角度與阻抗三角形的角度相同。利用數學中的反三角函數就可解得。

。所以。電流的瞬時值表達式代入三要素可得A。

以上問題從學生的慣性思維入手，順著此思路提問，讓解題自己陷入困境，把條件一個個分開考慮，把大問題變成小問題，更能明白數和數之間的內在聯系。從而為另辟蹊徑做準備，提出整體思想，讓學生能更好地接受和理解。

四、小結

總之，能力的培養和興趣的培養，是傳統教學的短處，但恰是運用“問題鏈”教學的長處所在。“問題鏈”根據不同的實際情況，設置多個問題，使職高學生更能理解，更能正確解題。“問題鏈”提高課堂效果，同時增強學生學習的信心，從而激發學生學習數學的興趣。教育工作者應充分利用各種方式方法，推動電工技術基礎課程的教學改革，提高電工技術基礎課的教學質量，滿足新世紀教育發展的要求。

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（作者單位：浙江省嵊州市職業教育中心）