[摘 要]課程教學(xué)是大學(xué)教育的主要載體，直接關(guān)系著人才培養(yǎng)質(zhì)量。在闡述培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力重要性的基礎(chǔ)上，我們可針對(duì) “電工與電路基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)，以諧振電路為例，總結(jié)出本課程所包含的幾種科學(xué)思維方法。最后從課程問(wèn)題設(shè)置、課堂施教和課后作業(yè)訓(xùn)練等幾個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)探討培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的實(shí)施方式。

[關(guān)鍵詞]電工與電路基礎(chǔ) 科學(xué)思維 人才培養(yǎng)

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2014）17-0086-02

“電路”和“電工學(xué)”課程是電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)和非電類(lèi)工科專(zhuān)業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，國(guó)內(nèi)不同高校根據(jù)自身特點(diǎn)和需求，對(duì)電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)“電路理論基礎(chǔ)”、“電路基礎(chǔ)”、“電路原理”、“電路理論”、“電路分析基礎(chǔ)”等課程，對(duì)非電類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)“電工技術(shù)基礎(chǔ)”等課程。

近年來(lái)，我校對(duì)“電路”課程進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革，但始終貫徹“基礎(chǔ)知識(shí)與能力并重”的原則，以“能力立意”為指導(dǎo)思想，將知識(shí)、能力與素質(zhì)融為一體，通盤(pán)考慮，以全面提升學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)思維為目的，打通了電類(lèi)專(zhuān)業(yè)和非電類(lèi)專(zhuān)業(yè)“電路”課程，各專(zhuān)業(yè)的電工、電路類(lèi)課程1統(tǒng)一名稱(chēng)為“電工與電路基礎(chǔ)”課程，本文就我校在此課程中如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力進(jìn)行了探討。

一、科學(xué)思維和科學(xué)方法

科學(xué)思維是一種高級(jí)思維，從本質(zhì)來(lái)看，它是理性認(rèn)識(shí)的積極過(guò)程，具體來(lái)說(shuō)，它是通過(guò)對(duì)客觀世界進(jìn)行感性認(rèn)識(shí)獲得大量資料的判斷、推理、歸納總結(jié)，最終反映事物的本質(zhì)和規(guī)律的過(guò)程。

科學(xué)方法是各學(xué)科通用方法，是進(jìn)行科學(xué)探索、科學(xué)實(shí)踐和科學(xué)研究的一般方法，不同的科學(xué)認(rèn)識(shí)階段需要使用不同的科學(xué)方法。[1]

現(xiàn)代教育理念強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主觀能動(dòng)性，有自主探究的愿望、動(dòng)機(jī)和能力，勇于創(chuàng)新的思維模式。創(chuàng)新型人才必須要具有良好的思維能力和思維方法。因此，在“電工與電路基礎(chǔ)”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“電路”）教學(xué)過(guò)程中，要在知識(shí)的傳授中突出科學(xué)方法，使科學(xué)方法教育成為教學(xué)活動(dòng)的重要內(nèi)容，教師不僅僅是知識(shí)的傳授者，還是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的授業(yè)者。事實(shí)上，科學(xué)思維的培養(yǎng)和知識(shí)的傳授是相輔相成的，知識(shí)傳授是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的手段和載體，而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維能力可以幫助學(xué)生理解、掌握有關(guān)的知識(shí)，比如，具有科學(xué)思維能力的學(xué)生對(duì)于新知識(shí)具有更強(qiáng)的思辨能力，更容易理解知識(shí)的內(nèi)涵、提出自己的見(jiàn)解等。[2] [3]

二、課程特點(diǎn)

“電路”課程是實(shí)現(xiàn)科學(xué)教育與工程教育有機(jī)銜接的一門(mén)重要課程。在學(xué)習(xí)本課程之前，學(xué)生主要接受的是科學(xué)理論知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理是其先修課程）；在學(xué)習(xí)本課程之后，學(xué)生開(kāi)始進(jìn)入專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)（電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件電路等是其后續(xù)課程），教學(xué)內(nèi)容更接近工程實(shí)踐。因此，“電路”課程是相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生由科學(xué)教育邁向工程教育的橋梁，本課程的學(xué)習(xí)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力、分析計(jì)算能力、實(shí)驗(yàn)研究能力等都有重要的作用。

在多年從事“電路”課程教學(xué)實(shí)踐的過(guò)程中，我們?cè)絹?lái)越強(qiáng)烈地感覺(jué)到，這門(mén)課程中的很多教學(xué)內(nèi)容和分析方法都滲透著哲學(xué)思想，具有方法論上的指導(dǎo)意義，非常有利于學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。例如，在電路建模過(guò)程中，我們通常抓住實(shí)際電路元件的主要電磁特性來(lái)建立模型，而忽略其次要特性，這符合哲學(xué)上抓住事物主要矛盾的思想；在采用三要素法分析一階動(dòng)態(tài)電路的全響應(yīng)時(shí)，只需計(jì)算出電路的初始值、穩(wěn)態(tài)值和時(shí)間常數(shù)這三個(gè)要素就可以得到分析結(jié)果，而不需要求解復(fù)雜的微分方程，這借鑒了唯物辯證法中掌握規(guī)律、科學(xué)歸納的思想；在根據(jù)戴維南定理和諾頓定理對(duì)電路進(jìn)行等效變換和求解時(shí)，采用的是將分析對(duì)象化繁為簡(jiǎn)的方法；在應(yīng)用疊加定理分析多個(gè)激勵(lì)下線性電路的響應(yīng)時(shí)，采用的是各個(gè)擊破、先分解再綜合的方法。因此，如果教師在傳授知識(shí)的同時(shí)，能將這些思想和方法貫穿于課程的教學(xué)過(guò)程中，那么學(xué)生就會(huì)潛移默化地受到科學(xué)熏陶，逐步培養(yǎng)起科學(xué)思維并掌握科學(xué)的分析方法。

三、課程教學(xué)中科學(xué)思維能力的培養(yǎng)

諧振電路是“電路”這門(mén)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，是指具有R、L、C參數(shù)的正弦穩(wěn)態(tài)電路在一定條件下所呈現(xiàn)的一種特殊現(xiàn)象，和前述課程“大學(xué)物理”及后續(xù)課程“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”等聯(lián)系緊密，是后續(xù)課程所必需的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。下面以“諧振電路”教學(xué)內(nèi)容為例，闡述如何以傳授知識(shí)為載體，通過(guò)有效途徑將科學(xué)思維滲透給學(xué)生，將傳授知識(shí)和培養(yǎng)科學(xué)思維能力統(tǒng)一起來(lái)。

（一）科學(xué)思維方法引導(dǎo)

本次課程由一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)引入：采用200W燈泡模擬電阻元件，將燈泡、電感元件和電容元件構(gòu)成RLC串聯(lián)電路，改變串聯(lián)電路的電容值，電容值由小到大變化，引導(dǎo)學(xué)生觀察燈泡的亮度變化，并思考：1.電容值由小到大變化時(shí)，電路的狀態(tài)發(fā)生了什么變化？2.電路的狀態(tài)發(fā)生變化是由電路中電容的變化引起的，那么具體到電路的變量（電壓、電流、功率）、參數(shù)（阻抗）發(fā)生了什么變化？3.從電路變量和參數(shù)的變化中我們得出什么樣的結(jié)論？4.如果是電路中其他元件比如電阻值或者電感值由小到大變化是否可以觀察到同樣的現(xiàn)象？學(xué)生們探究這些問(wèn)題的過(guò)程就是培養(yǎng)科學(xué)思維的一個(gè)過(guò)程，他們已有的知識(shí)、信息和經(jīng)驗(yàn)等會(huì)被喚醒：燈泡的亮度反映了其通過(guò)電流的大小，而電流的大小又與電路的阻抗有關(guān)，由此可以得出串聯(lián)諧振的條件——外加激勵(lì)頻率與電路固有頻率相等。電路固有頻率僅取決于電路參數(shù)L、C。所以，改變電路中的電感值也可以讓電路狀態(tài)發(fā)生變化，發(fā)生串聯(lián)諧振。從諧振條件出發(fā)，可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生研究串聯(lián)諧振電路的特點(diǎn)：發(fā)生諧振時(shí)電路阻抗模最?。浑娐返刃榧冸娮?；電流值最大；電阻元件獲得最大功率時(shí)，燈泡最亮。接下來(lái)，進(jìn)一步提出問(wèn)題：1.根據(jù)串聯(lián)諧振的特點(diǎn)，它有哪些應(yīng)用？2.電路的連接形式主要有串聯(lián)連接和并聯(lián)連接，那么并聯(lián)電路是否能夠發(fā)生諧振？若能，諧振時(shí)電路又有什么特點(diǎn)？

（二）科學(xué)歸納方法的具體運(yùn)用

歸納推理是科學(xué)研究中很重要的思維模式，它是從抽象到一般的過(guò)程。就前述有關(guān)串聯(lián)諧振電路問(wèn)題的設(shè)置，通過(guò)教師的啟發(fā)，學(xué)生歸納得出結(jié)論：1.發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，在一定條件下，電感、電容元件上的電壓可能遠(yuǎn)大于外加激勵(lì)源的電壓，稱(chēng)之為電壓諧振。根據(jù)串聯(lián)諧振電路的特點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出判斷電路是否發(fā)生諧振的方法。2.并聯(lián)電路與串聯(lián)電路具有對(duì)偶性，利用對(duì)偶關(guān)系可以得出并聯(lián)諧振電路具有電流放大作用的結(jié)論，并聯(lián)諧振是電流諧振，同樣具有選擇性。

諧振電路具有對(duì)源的放大作用，收音機(jī)和電視機(jī)利用這一特性實(shí)現(xiàn)了選臺(tái)，但在某些場(chǎng)合，這種放大特性可能具有破壞性，比如電力系統(tǒng)就要避免諧振的發(fā)生。對(duì)諧振電路諧振條件的分析、電路特點(diǎn)的歸納等可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行演繹、歸納等科學(xué)思維能力的訓(xùn)練。

（三）類(lèi)比推理方法的具體運(yùn)用

接下來(lái)的問(wèn)題是，這種對(duì)源的放大作用和大學(xué)物理中稱(chēng)之為共振的現(xiàn)象有什么異同？簡(jiǎn)單回顧機(jī)械系統(tǒng)彈簧振子的幾種振動(dòng)形式以及對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)形式，發(fā)現(xiàn)物理學(xué)的振動(dòng)（共振）和電路中的電磁振蕩（諧振）雖然描述的對(duì)象不同，但是它們的數(shù)學(xué)表現(xiàn)形式、現(xiàn)象以及規(guī)律都有相似性，可以進(jìn)行類(lèi)比。類(lèi)比推理是一種創(chuàng)造性思維，類(lèi)比推理可以為解決新問(wèn)題提供思路。通過(guò)類(lèi)比推理方式，既能幫助學(xué)生加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，又能促使學(xué)生積極思考，觸類(lèi)旁通，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。事實(shí)上，在工程領(lǐng)域中，常常會(huì)把實(shí)際碰到的復(fù)雜機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題、電磁場(chǎng)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為電路問(wèn)題加以分析。

（四）科學(xué)思維能力的拓展

課后的拓展訓(xùn)練是教學(xué)活動(dòng)中非常重要的環(huán)節(jié)。針對(duì)諧振電路這部分教學(xué)內(nèi)容，布置課后訓(xùn)練題：1.包含兩個(gè)頻率分量ω1、ω2 （ω1<ω2）的激勵(lì)源u1（t）：u1（t）=u11（ω1）+u12（ω2），要求響應(yīng)uo（t）只含有ω2頻率分量，如何實(shí)現(xiàn)？2.對(duì)于低內(nèi)阻和高內(nèi)阻激勵(lì)源，如何選取諧振電路？3.諧振電路是否只能發(fā)生串聯(lián)諧振或者并聯(lián)諧振？若答案是否定的，給出具體實(shí)例。

上述課后作業(yè)的布置，需要學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，撰寫(xiě)學(xué)習(xí)報(bào)告，這有助于訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維能力，有利于考查學(xué)生對(duì)于問(wèn)題的理解能力。

四、結(jié)束語(yǔ)

大學(xué)教育到底應(yīng)該教給學(xué)生什么？如何教？這是所有高校教師都應(yīng)該思考的問(wèn)題。我們不僅要“授之以魚(yú)”，更重要的是“授之以漁”。“教給學(xué)生什么”解決的是教學(xué)內(nèi)容問(wèn)題，“如何教”體現(xiàn)的是教學(xué)方法。教學(xué)方法本身具有一定的科學(xué)性，我們?cè)诮虒W(xué)活動(dòng)中始終要貫穿對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)，注重科學(xué)方法的訓(xùn)練，以教授教學(xué)內(nèi)容為載體，體現(xiàn)科學(xué)的思維和科學(xué)的方法，使學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)，不僅掌握具體的理論，又能理解知識(shí)的內(nèi)涵，培養(yǎng)承載在知識(shí)上的科學(xué)思維能力。

[ 注 釋 ]

[1] 葉志明.科學(xué)思維和科學(xué)方法在力學(xué)和工程教學(xué)中的應(yīng)用 [J].北京：中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2011（6）.

[2] 侯臣平，吳翎.在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí) [J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2012（2）.

[3] 閻恩志，范瑩，等.以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力為目標(biāo)的藥理學(xué)教學(xué)研究[J].遼寧醫(yī)學(xué)學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2013（1）.

[責(zé)任編輯：覃侶冰]