以學為中心的基爾霍夫定律教學設計

孫小飛

【摘 要】針對基爾霍夫定律教學過程中經常出現的難點，依據教育學、教育心理學原理，從教學設計的諸要素分析入手，對教學內容、教學對象、教學策略進行了前端分析，并結合實際教學情況，從設計意圖、實施策略等方面對教學流程的設計、教學方法手段的選擇、教學總結的實施等方面進行了系統的闡述。

【關鍵詞】基爾霍夫定律;教學設計;課程教學;電路原理

基爾霍夫定律是電工技術課程中進行電路分析的重要定律，是解決復雜電路的重要工具，是教學的重點。但是在實際教學過程中，學生在學習該內容時，理解難、不會應用的問題比較突出，為此，本文提出以學為中心的教學理念，從學生的認知特點出發，遵循教育學、教育心理學的基本規律，借助學生的知識儲備、生活經驗、搭建學習的腳手架等方式，突出學生的學習主體地位，以促進學生學習為目標，進行了課次教學設計。

一、前端分析

（一）教學目標

學生通過本次課的學習，會判斷電路中節點、支路、網孔、回路的數目;會利用基爾霍夫定律列寫具體電路的電流與回路電壓方程;會使用支路電流法計算電路參數;會運用基爾霍夫電流定律和電壓定律分析復雜電路。

（二）教學內容分析

基爾霍夫定律是解決復雜電路的重要定律，屬于直流電路分析基礎中的教學重點。具體包含基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律兩個部分。基爾霍夫電流定律反映了電路中各支路間的電流關系，基爾霍夫電壓定律反應了電路中各回路上電壓關系，其本質上反映了電路拓撲結構與電量之間的關系。

（三）教學對象分析

本課程的教學對象是職業技術教育層次的機電專業學生。學生在本次課程前面課時已學習了簡單電路的分析與計算，掌握了電動勢的概念、歐姆定律、串并聯電路特點及其計算方法。另外學生中學階段已形成電荷守恒、能量守恒的認知，并且具備一些生活經驗，比如流入水量等于流出水量等，可以幫助學生理解基爾霍夫電流定律。

（四）重難點分析

根據課程的教學目標和教學內容的關聯關系，確定本次課的教學重點是節點、支路、回路的概念，基爾霍夫定律的內容，列寫回路電壓方程的方法;支路電流法分析電路的思想和方法。

根據課次教學內容的特點和教學對象的分析，確定了本次課的教學難點為回路電壓方程的列寫。在實際的授課過程中發現學生學習的難點突出具體表現為不能正確判斷電位的升降，因此，無法正確判斷回路電壓方程各電量元素前的正負號。

擬采用解決教學重難點的策略，一是可以制造認知沖突，引起學生學習的有意注意;二是激發學生原有的知識儲備，與新授內容建立關聯;三是通過仿真實驗驗證，加深對知識的理解與記憶;四是加強練習，促進知識的遷移和內化。具體策略的應用將在教學實施環節具體闡述。

二、教學實施

（一）拋出問題，引發認知沖突

老師給出一個電路分析實例，請學生分析電路中電流關系。學生此時會發現原有的知識儲備，已不能解決此類問題，以此來激發起學生的求知欲和學習動機。通過設置疑點，引出新授課內容——復雜電路的概念。結合例題講解復雜電路的幾個重要概念，如何進行判斷節點、支路及回路等知識點。此環節教學設計的意圖是通過電路實例，引發學員的認知沖突，進而激發解決問題的動機。

（二）拋出新授，解決問題

1.循序漸進，符合學生的認知特點

在引發學生認知沖突的基礎之上，引出解決問題的方法和步驟。遵循從易到難、循序漸進的教學基本規律，先引出基爾霍夫電流定律，解決電路中電流之間的關系。在講解基爾霍夫電流定律即流入節點的電流等于流出節點的電流時，可以借助學生原有的認知基礎電荷守恒幫助理解。

在學生掌握基爾霍夫電流定律的基礎之上，進一步拓展講解基爾霍夫電流定律的擴展定律，把一個節點擴大到電路中任一個假設的閉合面。可通過一個例題的形式引入，讓學生自主思考、討論部分電路的電流關系并進行求解，在學生思考討論的基礎之上，找出解決問題的簡便方法，跳出思維局限，從整體的視角看到問題，進而得出結論。

2.鞏固內化，促進新的認知平衡

從知識的分類上看來，基爾霍夫定律的應用屬于程序性知識，這類知識的習得必須經過大量的練習，才能達到知識鞏固和內化的要求。所以，在定律學習的同時，必須按照學生的層次特點安排必要的練習題，進行強化練習，在完成習題過程中，加強對知識的理解、分析、應用能力。只有這樣才能把新學知識同化進原有的認知圖式，形成新的認知平衡。

3.通過仿真電路，建立學生學習的腳手架

應用基爾霍夫電壓定律列寫網孔電壓方程是教學的重點，也是教學的難點。學生在判斷電壓升降方面存在判斷困難，這時可以利用搭建仿真電路的方法，給學生建立形象的感知。通過設計不同的實驗數據，觀察電路中電壓的升降關系，幫助學員理解電勢守恒的概念。

4.巧用生活經驗，幫助學生理解

基爾霍夫電流定律描述的是通過節點的電流關系，因為電流是看不到的，比較抽象的概念，可以引用學生的生活經驗比如“水路四通閥門”流入水閥的水量等于流出水閥的水量，把電流與水流進行類比，學員很容易接受。

基爾霍夫電壓定律描述的是網孔中電勢之間的關系，一方面可以借助形象直觀的仿真試驗數據幫助理解，同時也可借助生活中的實例幫助理解。比如把上樓梯類比成電位升，下樓梯類比成電位降，那么電流經過電源為上樓梯，電位升，電流通過負載為下樓梯，則為電位降，走一圈下來，電位升為正，電位降為負，則電位升等于電位降。

（三）引導總結，啟發思維

1.及時總結，促進知識遷移

在前面引導學生分析問題、解決問題的基礎之上，引導學生總結解決問題的方法步驟。學生在學習新知識的過程之中，由于注意的廣度不夠，經常會形成零散的知識點，所以在課程結束之前，教師要引導學生進行總結，借助思維導圖等教學工具，梳理和總結解決問題的步驟，形成方法體系，并把知識點進行串接，形成知識脈絡，便于知識遷移能力的養成。

2.啟發思考，引發科學思維

在應用基爾霍夫定律解決實際電路問題時，有幾個特別關鍵的點，比如應用基爾霍夫電流定律時，關于電流參考方向的假定，應用基爾霍夫電壓定律時，關于回路繞行方向的假定、電流參考方向的假定，都是正確解決工程問題的關鍵點。要以此引發學生思考在進行工程應用時，要養成嚴謹、細致的思維習慣和學習方式。

3.課堂留白，啟迪智慧

基爾霍夫定律是解決復雜電路的一種方法和手段，要及時啟發學生探究新的創造性解決問題的思維。比如結合具體的實例，提供學習資料，啟發學生是否用其他的方法能夠簡化計算，省時省力。學生通過學習資料，進行自主探究，啟發學生的創新意識和創新能力，啟迪學生的智慧。

電工技術課程理論性比較強，存在比較抽象、枯燥的教學內容，只要能夠結合課程特點，以學生的學習為中心，結合學生的需要，選擇合適的教學策略，循序漸進的進行教學設計，一定能夠取得良好的教學效果。

【參考文獻】

[1]烏美娜.教學設計[M].北京：高等教育出版社，1994

[2]賴紹聰.如何做好課程教學設計[J].中國大學教學，2016（10）

[3]杜靜.探究大專電子電工教學設計[J].職業教育，2016（11）

（海軍潛艇學院基礎部，山東 青島 266199）