结合认知理论优化“电工电子技术”教学策略

唐圣学，陈 丽，毛一之

(河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室，天津 300130)

近年来，对于认知结构理论、认知迁移理论研究不断深入，尤其是学生认知结构与教学关系研究的发展，且在不同年龄层次学生中利用认知结构、认知迁移理论组织和实施教学应用实践也得到了众多教师的关注。从20世纪30年代，心理学家勒温指出:学习是认知结构的变化，到当前的教育心理学家和构建主义学者都重视知识在头脑中的重构，强调认知结构的重要性。研究者对认知结构理论的认识已有共识，具体是:①学习过程就是认知结构不断变化和重新组织的过程，存在于人头脑中的认知结构始终处于变动与建构之中，认知结构具有建构的性质;②良好的认知结构在学习中具有重要的作用，是学习的核心，形成良好的认知结构是学习的核心任务，已经形成的良好的认知结构是后继学习的核心条件;③认知结构理论突出了学生中心的思想，认知结构理论明显由对教师教的研究转向对学生学的研究，把学生作为研究的中心，突出了学生自主建构的必要性和意义［1］。

本文结合认知结构理论，从课堂教学组织和实施层次上，探索优化电子电工技术教学策略和过程，为我校“电工电子技术”课程改革和省级精品课程的建设提供新理论和新途径。

1 “电工电子技术”课程的认知结构

认知学告诉我们，学科课程所呈现的知识结构不同于学生大脑中的认知结构。知识结构是由一门学科的概念、原理和规律的内在的本质联系所构成的，具体表现为教材结构与教师的教学设计结构。教材的知识结构要更好地转化为学生的认知结构，要以教师教学为中介。因此，要有效的实施“电工电子技术”课程教学，教师首先要建立“电子电工技术”课程的认知结构体系。按照认识结构理论要求，我们认为教师应着重从整体上把握教学内容的内在结构、“电工电子技术”课程呈现的处理问题的原理和方法以及知识结构在不同层次和全局上的内在必然联系。

1.1 把握内在的知识结构

“电工电子技术”课程教材内容虽然繁多，但从整体上看基本知识结构可分电路分析，交流电工，模拟电路和数字电路4部分，每部分都有相对独立的结构体系。电路分析主要研究电路的基本原理和分析方法，内容包括电阻、电容、电感、电压源和电流源等基本电路元件，由元件构成的电路拓扑结构和拓扑约束的基本原理，以及建立元件理想模型、列写电路方程等研究分析方法。交流电工部分主要涉及电工技术应用，包括变压器、发电机、电动机、电器和PLC器件等元件构成及工作原理，以及正确使用由这些元器件组成的电机控制系统的技术知识。模拟电路研究对象是系统输出与输入信号之间的大小、相位和失真等方面的关系。基本组成元件为晶体管、场效应管、集成运算放大器，基本模拟电路有信号放大及运算 (信号放大、功率放大)和信号处理(采样保持、电压比较、有源滤波)、信号发生 (正弦波发生器、三角波发生器等)及小功率直流稳压电源和电力电子电路，采用的研究方法为建立等效模型、信号分析和近似计算。数字电路研究对象为系统输出与输入信号间的逻辑关系，基本电路元件为逻辑门电路、触发器，基本数字电路有组合逻辑电路、时序电路(寄存器、计数器、脉冲发生器、脉冲整形电路)、A/D转换器和D/A转换器，研究方法为真值表和布尔代数［2，3］。

1.2 把握处理问题的原理和方法

学习过程就是认知结构不断变化、重构和迁移过程。为了有效促进认知结构迁移，教师应该突出把握住较高概括性、包容性和强有力解释效应的基本概念和原理和方法。授课进程中要尽可能优先传授具有这些特点的科学知识，以便学生能对学习内容加以组织和综合。“电工电子技术”是处理与电相关技术的基础技术课程，以电路分析为例，应着重强调的基本概念和原理有:元件约束原理(欧姆定理)、电路拓扑原理(基尔霍夫定理)和换路定则;应着重强调的基本分析方法有:回路法、节点电压法，置换法、叠加原理、置换原理、戴维南定理和诺顿定理;应着重强调的处理技术有:器件建模技术、等效替代技术和叠加技术等。

除了把握住基本原理、方法和技术外，还应该根据“电工电子技术”自身特点，从工程应用层次上突出提升学生的认知结构，建立联系理论与实际的过渡认知结构。例如，还要重点强调器件建模问题，定理适用范围问题、近似计算问题和工程优化问题。

1.3 把握知识结构不同层次上的内在联系

认知结构理论要求，只有把握知识结构的不同层次、部分的、整体上的内在必然联系，才能有效促进学生形成认知结构的构建和迁移。“电工电子技术”知识同其他学科知识一样，知识的不同部分，不同层次和整体上存在着内在逻辑关系，知识间相互联系和相互作用使知识各成分有机联系在一起。元器件是构成电路的基础，元器件的外部特性是其本身所固有的约束关系，决定器件输人输出之间的内在联系;器件拓扑连接形成电路和电路形成系统，其拓扑约束是基尔霍夫定律，是分析电路的基础;结合回路法和戴维南定理等方法便形成了解决复杂电路系统问题的内在知识体系。

把握知识的内在联系，以及让学生构建知识的内在联系，教师可以从2方面入手:① 对原有知识结构重新整合，从中找到内在联系和规律;②通过知识间的类比，把握其本质联系。例如:类比电阻和阻抗两个概念时，学生会发现，阻抗的概念是与电阻的概念相对应，共同点是都对电流有阻碍作用，不同点是阻抗除了表示大小的幅值，还有表示电压电流间超前滞后时间关系的相角;进而进一步类比，就会找到处理直流电流与交流电流的欧姆定律的异同，掌握他们的内在联系。

2 运用认知结构理论优化教学策略

2.1 重视利用冲突理论加深认知结构

日常生活中的前概念对学科科学概念的学习有着举足轻重的影响，把前概念转变为科学概念，认知结构和建构主义理论对此提供了强有力的理论支持，认为认知冲突的强烈程度与认知结构形成关系密切，高级别冲突有利于概念的正确转变，有利于科学概念的认知结构稳定，低冲突下发生的概念转变稳定性相对较差［4］。把握学生原有的认知结构，合理运用认知冲突教学模式引导学生掌握科学概念，我们认为应遵循三个步骤:①提炼引起前概念。善于总结、分析、归类和借鉴存在的前概念，以及对科学概念的影响;要善于科学合理的引起前概念，让学生主动暴露出前概念;②制造冲突。尽量制造高级别冲突，促进概念的正确转变和加强认知结构稳定。要让每位学生参与进来，使得每位学生都有概念冲突;③建立和巩固新的认知结构。教师要做好概念冲突的组织工作，要在冲突最尖锐，学生最希望新知识来解决冲突的时候，将新的概念摆出来，因势利导自然转变概念。这是认知冲突教学的一个关键点。进而还需要根据认知特点，要加深巩固新的科学概念，防止前概念卷土重来。

2.2 发挥学生主观能动性，促进学生主动建构

认知结构理论突出了学生为中心的思想，认为学生认知结构的形成过程，也就是主观能动性发挥的过程。且认知论者提出了创设与生活情境密切联系的教学环境至关重要的观点。因此，教师要善于设置情景和提出问题，找到学生所熟悉环境和生产实际，创建有意义的学习条件，尽量激发学生对知识的渴望，满足学生的好奇心、探究倾向，甚至可以创设自主学习的教学环境，帮助学生自己能动的完成认知结构的构建。例如:在介绍数字电路前，为了让学生主动构建新的数字电路认知结构，设置手机键盘应用情境，提出电路是怎么处理按键这种断续信息的，采用什么器件来实现，能否用三极管来实现。然后，让学生回忆绘制三极管的特性曲线，画成后接着提问，在模拟电路中三极管工作于线性放大区时信号连续和没有跃变，那么如果三极管工作于截止区和饱和区信号时信号怎样，是否连续?最后，引入三极管的开关特性及在数字电路中的应用。

此外，教学设计要为学生的自主活动留有余地，以学生的现有认知结构为起点，以学生自主建构的良好认知结构为终点。从课堂教学模式来看，构建主义者强调学生发现和探究式模式。选择学生与教师平等对话、互动生成的教学模式，如支架式教学、师徒式教学和互惠式教学，尤其是由布朗创建的互惠式教学，能有效的促进学生认知结构迁移、构建。

2.3 准确把握学生原有认知结构

认知心理学家奥苏伯尔有句名言:“如果我不得不把全部教育心理学还原为一条原理的话，我将会说，影响学习的唯一的最重要的因素是学习者已经知道了什么”。他还指出，要“根据学生原有知识进行教学”。

然而，了解学生原有的认知结构并不容易。“电工电子技术”作为非电专业工科类学生基础课程，不同专业原先所修课程不同、不同的课程授课顺序等因素都会造成授课对象原有认知方式、学习兴趣和个性特征的差异，使学生建构的认知结构具有多样性或特异性。因此，教学时还必须充分考虑到学生原有认知结构的个体差异性，采取灵活多样的教学方法和教学策略，促使不同个性的学生都顺利地完成认知迁移。

此外，通过教学设计，搭建新知识与原有认知结构的桥梁，建立有助于学生认知信息之间的实质性联系，对促进认知迁移也非常重要。“电工电子技术”课程内容中许多概念、基本原理都可以由普通物理学认知结构中迁移过来，形成电工学中的基本概念和定理。例如，基尔霍夫电路定律是由电荷守恒和电流连续规律旧认知迁移、重构的新知识，只有抓住电荷在电路中运行特点作为桥梁，才能有效的促进基尔霍夫电流定律认知结构的形成。

3 结语

“为迁移而教［5］”，是认知学的核心认识，实际上是塑造学生良好的认知结构问题。本文从构建“电工电子技术”课程认知结构的角度，重新组织本课程的基本概念和规律、解决问题的方法以及知识内在联系，探讨了优化学生认知结构的课堂教学策略和方法。通过我们教学试验发现，利用认知学理论能有效提升“电工电子技术”课程的教学效果，加强学生电工电子技术知识实践应用能力，同时为我校电工电子教学改革、学生创新能力培养提供了一条新途径和新理论。

［1］ 曲苒.优化学生认知结构的课堂教学策略，陕西教育学院学报，2011，27(1):10-12

［2］ 伍云霞，王振翀，武晓华，王瑛.认知结构迁移理论在“电工学”教学中的应用.中国电力教育，2010，(9):64-65

［3］ 徐月华.在教学中促进学生认知结构的形成—“电工学”教学中的一点体会.广东轻工职业技术学院学报，2002，1(2):39-41

［4］ 陈文鑫.认知冲突教学策略实现概念转变.浙江万里学院学报，2007，20(5):149-151

［5］ 祁小梅.奥苏贝尔认知结构与迁移理论及教学.黑龙江高教研究，2004(5):99-100