盧健康

（西北工業(yè)大學(xué) 電工實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，陜西 西安 710072）

0 引言

培養(yǎng)造就大批創(chuàng)新型人才是高校教師的神圣職責(zé)。如何將大學(xué)生培養(yǎng)成為創(chuàng)新型人才，對(duì)高校來講，是一項(xiàng)涉及多方面多環(huán)節(jié)的復(fù)雜的系統(tǒng)工程。研究生階段無疑是培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的主要環(huán)節(jié)；而對(duì)本專科生創(chuàng)新精神與能力的培養(yǎng)，則主要是通過畢業(yè)設(shè)計(jì)與各種創(chuàng)新性競(jìng)賽及課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)來進(jìn)行的。在專業(yè)課教學(xué)中，因?yàn)橥鶗?huì)涉及到學(xué)科前沿的內(nèi)容，所以比較容易融入創(chuàng)新教育。而對(duì)像電工學(xué)這樣內(nèi)容相對(duì)成熟穩(wěn)定的基礎(chǔ)類課程來講，如何在講授本課程知識(shí)與技能的同時(shí)引入創(chuàng)新教育，自覺“分擔(dān)”起培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的義務(wù)，目前還未見公認(rèn)的好做法。有待研究探討。在這方面，有些電工學(xué)教師已經(jīng)做了許多很有價(jià)值的工作［1］。對(duì)于如何在課堂教學(xué)尤其是大班教學(xué)中適當(dāng)引入創(chuàng)新教育，筆者做了一些粗淺的嘗試，在此予以簡(jiǎn)單介紹，以拋磚引玉，供同行們參考與指正。

1 質(zhì)疑教材與激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)

下面舉在《電工技術(shù)》講課中的兩個(gè)例子，來說明筆者如何把對(duì)教材內(nèi)容的質(zhì)疑及其研究結(jié)果引入課堂教學(xué)，以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)并鼓勵(lì)其參與研究。同時(shí)也指出電工學(xué)教材中兩個(gè)結(jié)論所存在的問題，與各位老師商榷。

例1：關(guān)于能否用串聯(lián)電容的方法來提高感性負(fù)載功率因數(shù)的問題

在許多電工學(xué)教材或輔助教材中，講到用電容來提高感性負(fù)載功率因數(shù)時(shí)，都會(huì)以正文、例題或思考題的形式告訴學(xué)生：只能把電容并聯(lián)在感性負(fù)載兩端，不能把電容與負(fù)載串聯(lián)。其原因是：實(shí)際的正弦電源一般近似為理想的正弦電壓源，感性負(fù)載與適當(dāng)大小的電容串聯(lián)后盡管可以提高功率因數(shù)，但會(huì)使得負(fù)載本身所加電壓改變，不等于其額定電壓，從而不能正常工作。這一結(jié)論在教學(xué)中沿用多年，似乎毋庸置疑。

早在筆者作為助教聽主講教師講課時(shí)，聽到此處忽然冒出一個(gè)念頭：能否設(shè)法既串聯(lián)電容又不改變負(fù)載兩端所加電壓以保證其正常工作？如果可行的話再研究能否提高功率因數(shù)。課后經(jīng)過研究，得出了“用串聯(lián)電容法提高并聯(lián)感性負(fù)載功率因數(shù)”的具體方法。再進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，在一般情況下用串聯(lián)法比用并聯(lián)法所需電容量更小。不過當(dāng)時(shí)覺得這么小一點(diǎn)“創(chuàng)新”寫不成什么研究論文。直到2003年我講授電工技術(shù)課時(shí)，為了活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，才把十幾年前寫的“用串聯(lián)電容法提高感性負(fù)載功率因數(shù)”的筆記內(nèi)容融入教案中，作為正弦交流電路一章的一個(gè)綜合性例題，在課堂上以對(duì)現(xiàn)有教材內(nèi)容質(zhì)疑的形式引出，啟發(fā)學(xué)生一起思考。

習(xí)慣于毫不懷疑地學(xué)習(xí)教材知識(shí)的學(xué)生，聽到老師問剛剛講過的教材上有關(guān)結(jié)論有無漏洞時(shí)，無一人有異議；但隨著我的引導(dǎo)與啟發(fā)，學(xué)生們逐漸看懂了串聯(lián)電容法的原理和巧妙之處，課堂氣氛頓時(shí)活躍起來。通過講解這部分內(nèi)容，不僅使學(xué)生鞏固和加深理解了正弦電路一章的若干重要概念與方法，更重要的是打破了學(xué)生以教材結(jié)論為真理的思維定勢(shì)。

看到學(xué)生對(duì)這種標(biāo)新立異的內(nèi)容興趣很大，我便趁機(jī)講了點(diǎn)創(chuàng)造學(xué)的觀點(diǎn)［2］，鼓勵(lì)學(xué)生要敢于質(zhì)疑教材，拓寬思路，嘗試著創(chuàng)新，不要以為自己還在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)階段，只有等到做畢業(yè)設(shè)計(jì)或上研后才有可能創(chuàng)新。后來在我的指導(dǎo)下，該大班中喜歡創(chuàng)新的幾位學(xué)生就此撰寫的論文參與我校“三航杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽獲了獎(jiǎng)，后來又進(jìn)一步研究并做實(shí)驗(yàn)，再寫的論文在陜西省第五屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外科技作品競(jìng)賽中榮獲省級(jí)一等獎(jiǎng)。最后由此產(chǎn)生的兩篇論文先后在《電氣應(yīng)用》上發(fā)表［3，4］。后來再講授到這部分內(nèi)容時(shí)，我便把前面講過的這些創(chuàng)新教育內(nèi)容修改后再講，并用前面與我合作的學(xué)生所取得的成就來鼓勵(lì)學(xué)生們要勇于質(zhì)疑和創(chuàng)新。從期中教學(xué)檢查中反饋的意見來看，這一嘗試受到多數(shù)學(xué)生的贊賞。

例2：關(guān)于三相電路中的不對(duì)稱負(fù)載采用無中線Y接法時(shí)負(fù)載電壓是否平衡的問題

關(guān)于此問題，現(xiàn)有電工學(xué)與電路課程教材中的結(jié)論都是這樣的：在三相電源電壓對(duì)稱的條件下，如果星形聯(lián)接的不對(duì)稱三相負(fù)載沒有中線，則負(fù)載中點(diǎn)與電源中點(diǎn)便有電壓存在，從而使得三相不對(duì)稱負(fù)載上得不到對(duì)稱的三相電壓，影響負(fù)載的正常工作。但我經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)這一結(jié)論存在問題。鑒于有關(guān)的研究結(jié)果并未公開發(fā)表，故在此作稍詳細(xì)的介紹如下：

得出上述結(jié)論的依據(jù)是：依據(jù)結(jié)點(diǎn)電壓法求星形不對(duì)稱負(fù)載無中線情況下的中點(diǎn)電壓，可得出下述公式：

當(dāng)三個(gè)相電壓對(duì)稱而三相負(fù)載復(fù)阻抗ZA、ZB與ZC不完全相等時(shí)。

從數(shù)學(xué)式子上稍作分析便可知這一結(jié)論并非總是成立。為了表述方便，下面用復(fù)導(dǎo)納YA、YB與YC替代ZA、ZB與ZC的倒數(shù)來分析。

用復(fù)導(dǎo)納描述（1）式并令其等于0（限定條件YA＋YB＋YC≠0），可得出一個(gè)復(fù)數(shù)方程式：

由此可見，如果ZA、ZB與ZC并不完全相等（從而YA、YB與YC并不完全相等），但只要三個(gè)復(fù)導(dǎo)納的值滿足（3）式，便有＝0。亦即，即使三相負(fù)載不對(duì)稱，只要其負(fù)載復(fù)阻抗值滿足（3）式，便可以使得中點(diǎn)電壓為零，從而使三相不對(duì)稱負(fù)載上電壓對(duì)稱，保證其正常工作。

可能有老師會(huì)問：盡管這樣的理論分析是對(duì)的，但只有在特定情況下才能使負(fù)載上電壓對(duì)稱，這有何實(shí)際意義？是的，停留在此沒有實(shí)際意義。但正如串聯(lián)電容法提高功率因數(shù)方法的產(chǎn)生過程一樣，需要我們把理論上的創(chuàng)新與實(shí)際聯(lián)系起來進(jìn)行創(chuàng)造。在三相不對(duì)稱負(fù)載為感性（實(shí)際中一般都是如此）并且不變的情況下，可以證明（此處從略），用類似于并聯(lián)電容提高功率因數(shù)的方法，在其中的兩相負(fù)載上并聯(lián)適當(dāng)大小的電容以改變其復(fù)導(dǎo)納值，便能夠使得原來不滿足（3）式的不對(duì)稱負(fù)載滿足它。因?yàn)椋?）式相當(dāng)于兩個(gè)實(shí)數(shù)方程，所以至少必須改變兩相負(fù)載的值才可能滿足它。如果給三相負(fù)載都并上電容，讓YA、YB與YC都可以改變，就不僅可滿足（3）式，還有了一個(gè)可自由取值的電容，利用它還能進(jìn)一步優(yōu)化電路狀態(tài)。例如，選取該電容的值，使最大的一個(gè)線電流取值盡可能小，以便三相電流不對(duì)稱度最小，或使該三相電路的功率因數(shù)最大。對(duì)此我們已經(jīng)做了研究并得出了肯定的結(jié)論。只因還未找到用并聯(lián)電容取代中線更為經(jīng)濟(jì)的實(shí)用場(chǎng)合，故未發(fā)表相應(yīng)的研究結(jié)果。

在按照教材內(nèi)容講完三相電路一章中負(fù)載的星形聯(lián)接內(nèi)容后，我以啟發(fā)思考→提出質(zhì)疑→引導(dǎo)研究→鼓勵(lì)創(chuàng)新的步驟介紹了上述內(nèi)容，在課堂上得到了不少學(xué)生的積極響應(yīng)。與前面講串聯(lián)電容法不同的是，當(dāng)我問學(xué)生根據(jù)（1）式得出的UN′N≠0結(jié)論有無漏洞時(shí)，有了學(xué)習(xí)串聯(lián)電容法時(shí)的經(jīng)歷與收獲，已經(jīng)有學(xué)生回答出該結(jié)論并不全對(duì)。其實(shí)看出該結(jié)論的漏洞從數(shù)學(xué)上并不難，問題在于學(xué)生甚至包括我們教師自己往往習(xí)慣于以肯定而非懷疑批判的態(tài)度看待基礎(chǔ)的傳統(tǒng)的教科書內(nèi)容（對(duì)學(xué)術(shù)論文我們可能會(huì)持后一種態(tài)度），而這種學(xué)習(xí)知識(shí)的態(tài)度正是創(chuàng)新的大敵。

對(duì)低年級(jí)大學(xué)生來說，改變他們這種學(xué)習(xí)態(tài)度，激發(fā)（或者說喚醒）年輕人本來就有（但因多年的應(yīng)試教育而被壓抑甚至抹殺）的創(chuàng)新意識(shí)和敢于質(zhì)疑甚至挑戰(zhàn)權(quán)威的勇氣，正是我們培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要一環(huán)。這也正是我寧可刪去某些次要的枝節(jié)性內(nèi)容（布置學(xué)生自學(xué)）而加進(jìn)這些考試不考、大綱沒有的內(nèi)容的原因。

講授這樣研究型內(nèi)容的主要目的不是讓學(xué)生掌握它并深入研究，而是利用它進(jìn)行創(chuàng)新教育，由于課程學(xué)時(shí)緊張，我在課堂上對(duì)這些內(nèi)容重點(diǎn)講解其中與創(chuàng)新有關(guān)的關(guān)鍵思維點(diǎn)，與之相關(guān)的其他知識(shí)只是點(diǎn)到為止，不做詳細(xì)與深入的分析，進(jìn)一步的研究留給個(gè)別喜歡創(chuàng)新與研究的優(yōu)秀學(xué)生，指導(dǎo)他們?cè)谡n余時(shí)間來做。由于較早接受并喜歡創(chuàng)新活動(dòng)，參與上述研究的幾位同學(xué)后來都因獲獎(jiǎng)多且成績(jī)好被推免上研或考取名牌大學(xué)研究生。

2 引入創(chuàng)新教育的其他幾種做法

（1）結(jié)合課程內(nèi)容講授一些科研與技術(shù)創(chuàng)新的方法，以便學(xué)生以后觸類旁通，把這些方法和思路使用或“移植”到自己的專業(yè)或別的領(lǐng)域。例如：在講理想電路元件與電路模型時(shí)，強(qiáng)調(diào)指出模型化方法是眾多學(xué)科進(jìn)行研究的通用方法；在講到相量法內(nèi)容時(shí)，不僅要讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用它，更要讓他們從各領(lǐng)域通用的“變換”方法的高度來理解它的作用，并舉學(xué)生學(xué)過的“變換”方法例子加以說明，再點(diǎn)出以后還會(huì)學(xué)習(xí)拉氏變換等更高級(jí)的“變換”方法，讓學(xué)生以后學(xué)到這些內(nèi)容時(shí)更易理解。

在技術(shù)創(chuàng)新上也有不少共同的思路和方法。在講課中應(yīng)注意結(jié)合課程內(nèi)容講給學(xué)生。例如，電子技術(shù)中許多元件與電路都是為了克服原有元件或電路的缺陷而發(fā)明出來的，或是把已有幾種元件或電路取長(zhǎng)補(bǔ)短復(fù)合而成的。我在授課中注意指出新元件與電路發(fā)明出來的思路或背景，以利于學(xué)生創(chuàng)新技能的培養(yǎng)。再比如，在講繼電接觸器控制一章的電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路時(shí)，我就強(qiáng)調(diào)了采用“聯(lián)鎖”控制以防因操作人員誤操作造成事故這種技術(shù)設(shè)計(jì)思路的通用性，提醒學(xué)生以后在自己的專業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)注意采用它。還特別強(qiáng)調(diào)了同時(shí)采用“電氣聯(lián)鎖”與“機(jī)械聯(lián)鎖”的“雙保險(xiǎn)”即“冗余”設(shè)計(jì)思想的重要性。因?yàn)閷?duì)我校與“三航”專業(yè)有關(guān)的產(chǎn)品來說，技術(shù)上甚至需要“多保險(xiǎn)”才可能避免出現(xiàn)重大事故。

（2）結(jié)合課程內(nèi)容適當(dāng)穿插講一些科學(xué)史與科學(xué)家、發(fā)明家的故事，包括當(dāng)代杰出人才、校友甚至身邊同齡人創(chuàng)新發(fā)明的事跡。

（3）結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)給學(xué)生提出一些“異想天開”的創(chuàng)新設(shè)想。例如，在給材料學(xué)院學(xué)生講防雷電內(nèi)容時(shí)，我以愛迪生放風(fēng)箏撲捉“天電”的故事為引子，鼓勵(lì)他們將來發(fā)明出足以接收和儲(chǔ)存能量巨大的雷電的材料與設(shè)備。在給航空學(xué)院學(xué)生講到電容元件時(shí)，提到新型超級(jí)電容器和電動(dòng)汽車，希望他們將來能設(shè)計(jì)出可以在空中充電（有線或無線）的電動(dòng)飛機(jī)。短短幾句今天看來可能是幻想的話，也許能對(duì)他們成為創(chuàng)新型人才，明天把幻想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)起一點(diǎn)啟發(fā)與促進(jìn)作用。

3 結(jié)束語

最后應(yīng)該補(bǔ)充的是，一方面，我們畢竟是做電工學(xué)教學(xué)而非專門的創(chuàng)新教育工作，所以引入創(chuàng)新教育時(shí)要掌握好時(shí)間與內(nèi)容的“度”，不能喧賓奪主，不能與教學(xué)內(nèi)容完全脫節(jié)；不可能也不苛求讓所有學(xué)生都有較大收獲；但另一方面，我也體會(huì)到，在教學(xué)中融入恰當(dāng)?shù)膭?chuàng)新教育，對(duì)培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才的確能起到較好的作用，因此，從培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的大目標(biāo)來看，“在教學(xué)中啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新勇氣與思路，比傳授具體的電類知識(shí)，更具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。因?yàn)橐幻麑W(xué)生可能在其后的人生中使用不多的電工電子知識(shí)，但他很難回避創(chuàng)新的勇氣、意識(shí)和方法”［5］。

［1］天津大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電工電子技術(shù)中心電工學(xué)課程組.基于電工學(xué)教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新教育舉措http：／／course.tju.edu.cn／automate／index.htm

［2］楊德 等.創(chuàng)造力開發(fā)實(shí)用教程［M］.北京：宇航出版社，1992

［3］盧健康等.提高并聯(lián)感性負(fù)載功率因數(shù)的串聯(lián)電容法［J］.電氣應(yīng)用，2005，24（8）

［4］盧健康等.串聯(lián)電容法提高異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的研究［J］.電氣應(yīng)用，2006，25（10）

［5］楊正瓴，林孔元等.電工學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的一些例子［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24（1）