基于遷移學習的《電工與電子技術》課程教學設計與實踐

摘 要：“結點電壓法”是《電工與電子技術》課程重要的電路分析方法之一。其中2結點電路結點電壓公式的理解與計算為本節教學的重點與難點。本文以培養學生深度自主學習能力為素質目標，借助遷移學習理念，采用知識精講與微項目訓練相結合的方式，對“結點電壓法”單元內容的教學設計與實踐過程進行闡述，以培養學生對知識點的總結歸納能力，激發學生實踐創新潛能，進一步提升課堂教學質量。

關鍵詞：電工與電子技術 結點電壓法 遷移學習 教學設計

0 引言

隨著汽車行業的飛速發展、車輛智能化水平不斷提升，對行業領域的需求不再僅局限于傳統模式。在高等教育階段多學科融合需求的大環境下，高校需重新定位社會需求，對汽車領域專業的人才培養模式和教學理念做出更新和調整[1]，以培養出具備較強邏輯思維能力、系統分析能力、知識拓展應用能力的應用服務型技術人才。在此背景下，如何在有限的教學環節中培養學生對知識的遷移運用能力，促使學生完成由知識的淺層學習向深度學習的轉變，提升學生自主學習思維意識變得愈發重要。本文以江蘇理工學院汽車服務工程專業為依托，選取《電工與電子技術》課程“結點電壓法”作為教學內容，從教學分析、教學過程、課后反思等方面闡述教學內容的設計與實踐過程。

1 教學分析

1.1 教學背景

“電工電子技術”課程是高等院校工科非電類專業必修的核心基礎課，與數學、物理、電氣、通信等學科聯系緊密，具有教學對象量大面廣、教學內容多、知識點關聯度較高、邏輯性及工程應用性強等特點[2]，對于工科非電類專業學生想學好、學通，采用傳統講授模式往往迫使學生對問題的分析過程死記硬背，無法培養學生從自主性邏輯推理角度分析問題。因此，需要從知識點的物理含義與關聯性角度出發，構建學生對知識點的記憶與串聯思路，切實提高課堂教學質量。

“結點電壓法”選自《電工與電子技術》課程重要教學單元——電路的分析方法[3]。結點電壓法是電路基本分析方法之一，由支路電流法拓展而來，通過選定電路中的結點作為參考點，列寫方程，從而求解電路中各個結點的電壓。結點電壓法適用于結點數量少、支路數量多的電路參數求解。對于僅包含2結點的多支路電路，可直接利用公式求出參考結點與目標結點之間的電壓。相較于支路電流法中支路電流方程組的列寫與求解，結點電壓法在較大程度上簡化了電路分析過程。

1.2 教學目標與理念

課程的教學目標包含知識目標、能力目標和素質目標。知識目標包括理解結點電壓法的基本概念、理解結點電壓法的推理過程、掌握結點電壓公式的書寫及求解過程。能力目標包括分析直流電路的結構特點、選擇合適的電路分析方法求解電路參數，以解決實際工程應用問題的能力。素質目標包括激發學生獨立思考、總結歸納、知識串聯的深度自主學習能力，形成透過現象觀察本質的學習觀念，增強學生對知識理解、掌握與記憶的程度，使學生感受到攻克知識難點的成就感，激發學生實踐創新潛能。

課程采用遷移學習的教學理念。遷移學習指一種學習對另一種學習的影響，是完整學習過程中的重要環節。在遷移學習過程中建立的知識關聯與影響，需具備良好的推理能力，屬于一種具有更高思維層次的深度學習過程。只有盡早地習慣推理的模式與方法，才能具備良好的推理能力[4]。因此，對于《電工與電子技術》課程知識的關聯性學習，也亟需學生掌握知識的遷移能力來加強學習效果。

1.3 教學重點難點分析與對策

2結點、多支路電路結點電壓的理解與計算是本次教學的重點及難點。由于結點電壓公式相對復雜，且應用公式時需考慮電路、電源等差異，導致學生對公式物理含義、符號關系等方面很難有直觀的理解[5]。盡管可以推導出2結點電路結點電壓公式，但推導過程實質上采用了支路電流法。因此，采用支路電流法計算結點電壓無法提現結點電壓法的優越性。針對這一問題，在知識講解過程采用啟發式教學方法，以一問一答、及時糾錯、層層遞進的方式推進，保障學生專注力的同時鼓勵學生積極思考，掌握學生實時學習效果。課堂練習之余，采用微項目問題導向學習模式，建立遷移學習過程，引導學生更好地理解結點2結點、多支路結點電壓公式的內在本質。

2 教學過程

本次教學的主要環節包含課程內容引入、知識精講、微項目訓練、內容總結四個方面，具體實施過程如下。

2.1 課程內容引入

2.1.1 回顧已學知識

復習支路、結點、回路、網孔、支路電流法等概念與內容，鞏固支路電流分析方法中KCL方程與KVL方程數量關系，強調支路電流法在支路數較多的電路分析過程的局限性，提出思考問題：如何利用已學知識解決上述電路的計算復雜度？引導學生從電源等效變換角度簡化復雜電路，并將電源等效變換作為支路電流法向結點電壓法知識遷移過程中的相同抽象理論元素。而相同抽象理論元素作為知識能否產生遷移的條件[6]，在此次教學過程中顯得十分重要，為之后遷移學習過程鋪墊。

2.1.2 明確學習內容

介紹本次教學的主要內容，包括“結點電壓的概念”“結點電壓法的適用場景”“結點電壓法的公式推導與應用”“結點電壓公式的注意事項”，指出“2結點、多支路電路結點電壓計算公式的應用”是學習的重點和難點。

2.2 知識精講

2.2.1 結點電壓的概念與結點電壓法的適用場景

從零電位參考點角度引出結點電壓的概念，介紹結點電壓表示方法和參考方向，并闡述結點電壓法的本質是以結點電壓為未知量，通過列寫電壓方程求解。之后根據結點電壓法的本質引導學生思考：結點電壓法的適用場景是什么？通過支路電流法未知量與方程間的數量關系說明：結點電壓法適用于支路數較多，結點數較少的電路。

2.2.2 結點電壓法的公式推導與應用

教師在講授過程采用啟發式教學，引導學生探尋支路電流公式轉化為結點電壓公式的方法。以2結點、4支路、3電源電路（圖1）為例，鼓勵學生自主推導出結點電壓Uab的計算公式，并根據該公式給出2結點、多支路結點電壓一般表達式：。明確結論后，教師拋出問題：當其中部分支路電源僅包含獨立電流源（圖2），結點電壓公式如何應用？引導學生深度分析公式，結合結點電壓公式分子構成特點，即中的單項均為電流，從而得出此時結點電壓計算公式為：。之后給出例題練習與講解。

2.2.3 結點電壓公式的注意事項

在內容（2）的基礎上，進一步強調該計算公式應用時的注意事項：a）上式僅適用于兩個結點的電路。b）分母是各支路電導之和，恒為正值；分子中各項可以為正，也可以為負。c）當電動勢E與結點電壓的參考方向相反時取正號，相同時則取負號，而與各支路電流的參考方向無關。之后給出3結點電路例題講解。

2.3 微項目訓練

在學生對結點電壓法有了一定的認知后，為加深學生對結點電壓法物理含義的理解、培養學生對知識關聯性的總結，結合圖2，采用微項目訓練模式，即教師拋出項目目標：在不使用支路電流法分析的情況下如何推導出2結點電路的結點電壓公式？項目執行過程中教師給予學生充分的思考時間，鼓勵組件臨時小組進行討論，增強團隊協作意識。與此同時，教師應避免采用一問一答的引導方式，結合項目進展與執行時間提供適當的引導和支持，引導尺度把握在學生收到提示后仍需進一步的思考與推理分析，如：回故已學知識，還有哪些方法能求解電路參數？或：圖2電路具備哪些潛在知識考察點？學生通過微項目訓練，嘗試得出分析結論：采用電源等效變換與電阻并聯計算可推導出結點電壓計算公式。之后教師檢查項目執行情況，給予學生考核成績獎勵，激發學生自主學習動力。最后，教師根據項目執行情況進行總結與反思，引導學生認識到《電工與電子技術》課程內容多、知識關聯性強的特點，從而幫助學生在之后的課程中培養歸納、總結意識與知識點的遷移學習能力。

2.4 內容總結

2.4.1 結點電壓法分析的意義

教師結合結點電壓法適用電路的特點，幫助學生加深對電路的分析方法的認識和理解，通過定量地描述電路中各個元件的電壓、電流和功率，有助于理解電路的工作原理和行為。也可以識別并排除電路中的故障，例如，找到短路、開路或元件故障的具體位置。亦可通過分析，確定電路布局，優化電路的性能、提高效率、降低功耗、增強穩定性等。

2.4.2 微項目訓練的意義

教師結合微項目執行情況，幫助學生體會到學習的最終目的是應用。然而在工程實際中所涉項目與課本內容相比體量差異大、執行難度大、不確定因素多、專業領域融合度高，需要行業人員具備較強的問題分析與知識的綜合運用能力。這就要求學生在學習過程中養成知識點的總結、歸納、遷移的自主學習能力。這一點從支路電流法到結點電壓法的遷移學習過程就可見一斑。

2.4.3 思政拓展

結合支路電流法向結點電壓法遷移過程，引發思考：是否需要培養自主遷移學習的能力？緊密聯系基爾霍夫在物理學（基爾霍夫定律）、光譜學（基爾霍夫-比特光譜分析）所做貢獻，基爾霍夫吸收定律是基于基爾霍夫電流定律遷移所得，他的成果為電路理論和光譜學的發展奠定了基礎，影響深遠。結合微項目訓練過程，引導學生意識到在工程實際項目實施過程中所面對的難題往往無法從單一學科視角下解決，而是需要借助多學科融合手段制定問題的解決方案與方案的執行策略，以此激勵學生利用遷移學習模式達到知識的深度學習與靈活運用的效果，為日益發展的汽車產業貢獻一份力量。

3 課后反思

根據課堂師生互動與微項目執行情況，大部分學生對本次教學內容的掌握程度較好，其中在微項目執行環節有3名學生在未借助教師引導的情況下完成了項目內容。但仍有少數學生因基礎薄弱、學習動力不足導致學習效果不佳。針對基礎薄弱的學生，教師需在后續授課過程探索更易理解與接收的教學模式；針對學習動力不足的學生，教師需在輔導環節加強幫扶力度。以此促進教師與學生共同進步。與此同時，教師仍需進一步挖掘、拓展微項目訓練形式與應用范圍，著眼于當下汽車領域發展現狀，加強項目與汽車行業的實時關聯性，幫助學生通過課程學習與微項目訓練，達到學以致用的學習效果，切實提高教學質量與學習效果。

4 結語

本文針對非電類專業所設《電工與電子技術》課程內容涉及面廣、知識關聯度高等特點，在遷移學習理念下，以“結點電壓法”單元內容為例，從教學分析、教學過程、課后反思等方面對課程內容的設計與實踐進行闡述。為了使學生深刻理解“結點電壓法”的物理含義與實質特征，達到知識遷移的深度學習效果，在教學過程中引入微項目訓練環節，促使學生認識到工程實際問題與教材內容的差異，引導學生養成及時歸納課程內容的良好習慣與知識點串聯推理的思維方式。另一方面，教師在借助微項目訓練學生遷移學習能力時，應明確前后知識點相同抽象理論元素的概括與知識遷移過程的鋪墊。于此同時，教師還需把握微項目的難易程度、執行情況、引導策略、獎勵機制等，以確保項目的完整性與規范性。在此過程中，教師也得到了充分的鍛煉，對課程內容體系、教學設計方法、課堂組織形式、學生學習效果有了新的認識與感悟，提高了教師的專業水平和教學能力。

基金項目：江蘇理工學院教學改革與研究項目（11610912412；11610912304；11610912308）。

參考文獻：

[1]李香芹，徐達政，李艷平，等.汽車服務工程專業人才培養模式改革探究[J].汽車實用技術，2024，49（09）：172-176+184.

[2]洪曄，歐陽劍，馮明庫.基于教學能力大賽的“電工電子技術”課程教學設計與實施——以“功率因數的提高”為例[J].科技風，2023（34）：103-105.

[3]秦曾煌，姜三勇.電工學（上冊）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[4]約翰·洛克郭元祥（譯），教育漫話·理解能力指導散論[M].北京：中國輕工業出版社，2016.

[5]史強，程鴻韻，楊冰，等.關于結點電壓法的教學探討[J].科技風，2023（02）：120-122.

[6]Anderson JR. Cognitive psychology and its implications [M].New York： Worth Publishers， 2009.