在课堂教学中培养学生的研究能力

谌静　常春耘　张宇飞　徐荣青

摘 要：研究能力是高素质人才的标志，本文讨论了在课堂教学中融知识传授和研究能力培养为一体的教学方法，并进行了实践。引导学生自己得出知识而不是机械被动地记忆知识，这样既活化了学生所学的知识，又培养了学生的研究能力。

关键词：研究能力；创新思维；问题意识

当今世界，科技发展、知识的的创新越来越决定着一个国家、一个民族的发展进程，未来世界综合国力的竞争归根结底是知识创新的竞争，是创新人才的竞争[1]。当前重大的知识创新可以影响一个产业、一个国家，甚至影响整个人类的未来。科学技术是第一生产力已毋庸置疑，而科学研究的精髓便是创新，而科学研究的主体是具有研究能力的人，因此作为培养高级专门人才的高等院校，必须把培养学生的研究能力提在突出的位置[2]。目前各个院校都非常重视培养学生的研究能力，在实验教学中增加研究性实验的比例，开展各种形式的课外研究活动，但对在课堂教学中培养学生的研究能力重视不够，而课堂教学是教学的主渠道。本文讨论了在课堂教学中融知识传授和研究能力培养为一体的教学方法。

1 培养学生掌握目标导向，问题牵引的研究方法

研究简单地说就是完成一件事情，首先要确定研究目标，然后确定研究的途径，在达到目标过程中必然会出现各种各样的问题，所有问题解决了，目标也就达到了，研究也就完成了。掌握知识也是一件事，所以在课堂教学中以问题组织教学，可以使学生掌握知识的同时提高学生的研究能力。例如耦合电感的讲解，首先电路分析的目标是求解各个支路的电压和电流，而求解的依据是两类约束，即电路约束和元件约束。电路约束是基尔霍夫定律，元件约束是元件的伏安关系（VCR），基尔霍夫定律没有问题，但耦合电感是一个新器件，所以首先要解决耦合电感的VCR问题，耦合电感的电压包括自感电压和互感电压，电压有大小和方向两个问题，互感和自感电压的大小问题解决了，但互感和自感电压的方向不知如何确定，要解决这一问题，又引入了同名端的知识，在同名端的问题上，又提出如何判定同名端的问题，在判定同名端的问题上又分实际耦合电感和符号耦合电感的情况。这种从目标出发，问题牵引的教学方法，使学生自然而不是生硬地掌握知识，同时也体会到了目标导向，问题牵引的研究方法。

2 培养学生分析一般与特殊、共性与个性的意识

研究就是为了揭示事物的本质或事物之间的规律，事物的本质有共性与个性，规律有一般规律和特殊规律，可以在掌握一般规律的基础上分析特殊规律，也可以从众多特殊规律归纳出一般规律，通过出入一般与特殊，共性与个性，才能使得研究不断深入，研究是建立在已有知识的基础上的，要注意知识的适用范围和条件，研究过程中一定要具体问题具体分析，这些意识都可以在课堂教学中培养。在教学中让学生首先要掌握一般方法，在掌握一般方法的基础上掌握特殊方法；在解题时，首先看有无特殊方法，若找不到特殊方法再适用一般方法。例如求图1所示电路的等效电感Leq，已知L1=6H，L2=4H，M=2H。

解法1：一般方法，根据耦合电感的VCR和输入阻抗的定义求解。

?1=jwL1ì1+jwMì2，又因为?2=0

?2=jwL2ì2+jwMì1

消去ì2，得：?1=5jwì1，由输入阻抗的定义得Zi=5jw

所以Leq=5H

解法2：直接使用空芯变压器的输入阻抗的公式，

Zi=jwL1+w2M2/jwL2=jw（L1-M2/L2）=5jw，所以Leq=5H

解法3：使用等效變换法，图2为图1的等效电路。

由图2可知：Leq=4+2‖2=5H

解法1是一般方法，任意电路都能适用，解法2只适用于空芯变压器，解法3只适用于耦合电感的三端连接的情况。这样教学使学生养成分析一般与特殊，共性与个性关系的习惯。

3 教学生发现问题的方法，培养学生提出问题的能力

研究过程的本质就是新知识的形成过程，它包括问题的提出、分析和解决。判断一个人是否有创新能力，不仅要看他是否能解决问题，更要看他能否提出问题，后者是一种更高的能力。我们在课堂教学中从以下几个方面培养学生提出问题的能力：①分析书本上的方法是否正确，各个结论之间是否有矛盾，因为真理却是相容的，若得出矛盾的或与事实不相符的结果，则不是方法有错，就是运用的定理有错，或是运用的范围、前提条件不满足，有错就有问题。例如：有一习题学生使用两种不同的方法做，结果不一样，哪一种做法错了？是方法本身错了还是方法运用错了？错在哪儿？又如：书上讲解了独立电压源与一电阻串联可等效为一独立电流源与一电阻并联，在例题中直接把一受控电压源与一电阻串联等效为一受控电流源与一电阻并联，这种简单的类推是否正确？②分析各种方法的优劣，结论的适用条件。有些问题尽管解决了，但解决的方法繁杂、困难，能否找到一种更好的解决方法？每个结论总有条件，它的适用范围受到诸多限制，能否使结论打破这种局限性，使其具一般性？或在不满足条件时应如何对其修正？如戴维南定理只适用于明确的单口网络，若不是明确的单口网络，可寻找一种新的方法，称之为拟戴定理。③分析已有方案的优势。对于工程的实施过程，结果会有优劣之分。人们总希望改进设计方法，使设计的系统性能更好、更经济。例如：让学生设计一个能完成一定功能的电路，学生的设计方案有几种，按方案做好电路，结果更是花样百出。由此笔者深刻地体会到：教师在教学过程中，不能把问题强加给学生，而应通过启发式教学，精心设置教学情境，来培养学生的问题意识，让他们自己主动提出问题[3]。

4 培养学生问题转换的能力

研究过程包括问题的提出、分析和解决，研究过程中会出现一系列的问题，研究最终都要落实到问题的解决上。解决问题除了直接解决外，大部分是间接解决，需要把一复杂的问题分解为几个简单的问题，把一难的问题转换成一个容易的问题，把未知的问题转化成已知的问题，所以问题转换能力在研究中非常重要。我们在课堂教学中培养学生问题转换的能力，例如一阶电路部分的讲解，要解只含一个动态元件的线性、非时变电路各支路的电流和电压[4]，将电路分解为含源电阻网络N1和动态元件N22个二端网络，N1可以用戴维南定理或诺顿定理等效，等效后电路就变为3个元件的串联或3个元件的并联电路，这是非常简单的电路。由基尔霍夫电压定律电流定律及元件的VCR很容易得到有关动态元件状态变量的一阶常系数微分方程，问题就转化为一阶常系数微分方程求解的问题。根据信号及初态是否为零，又分为3个具体问题，即零输入响应、零状态响应和完全响应。动态元件状态变量求得后，可用电流源或电压源置换掉动态元件，置换后电路为线性电阻电路，就是线性电阻电路的求解问题，这样就求得其余各支路的电流和电压。若信号在整个时间内不能用一个函数式表示，则有两种方法可解决这一问题。一是信号分解，把该信号分解为几个信号的和，其中任一信号都能用一函数式表示，总的响应为各信号响应之和。二是在时间上分段表示该信号，求出一段再求下一段，后一段的初始值是前一段的终值[3]。

5 培养学生的整体观

研究过程中会出现一系列的问题，这些问题并不都是并列的，研究需要有整体观，不能只见树木不见森林，要理清问题的脉络。尽管研究要落实在具体问题的解决上，但把握整体，能更深刻地理解和分析具体问题，有利于具体问题的解决。我们在课堂教学中要注意培养学生的整体观，如在耦合电感和变压器这一章，根本问题是求解含有耦合电感电路各支路的电压与电流，直接解决需解决耦合电感及变压器的VCR的问题，解决VCR问题需解决耦合电感电压大小和方向问题。间接解决看能否把耦合电感等效成电感，即去耦等效，但去耦等效需满足一定的条件。耦合电感一种特殊的连接的方式就构成了空芯变压器，因空芯变压器是耦合电感的一种特殊的连接的方式，因此就有了一些空芯变压器特殊求解方法。空芯变压器加上一个条件就变成全耦合变压器，全耦合变压器是特殊的空芯变压器，全耦合变压器再增加一些条件时，就变成理想变压器，理想变压器可看成是一种更特殊的空芯变压器，在这些条件下，可得理想变压器的VCR，显然理想变压器的VCR比空芯变压器的VCR简单，便于求解，全耦合变压器可等效成理想变压器去求解。这样教学不仅培养了学生的整体观，也使学生体会到这部分的知识就是为了解决这几个问题，这几个问题又分别是如何解决的，这样学习，学生感到内容清晰，容易掌握。

6 結束语

迎接未来科学技术的挑战，最重要的是坚持创新，创新不是空洞的概念，也不是高不可攀，只要具有研究能力，就可以去创新，区别仅是创新成果的大小。问题意识是提高研究能力的关键，而问题来源于思考，只有思考的积累才能提出问题，只有勤于思考才能在细微处发现真知，在分析问题的过程中探索出有效的、便捷的、同时也是独特的解决问题的方式。所以要提高学生的研究能力，除了本文讨论的方法，还要通过老师的影响力使学生养成勤于思考的习惯。我们抓住课堂教学的主渠道，让学生以研究的方式去学习，做到不仅授之以鱼，更要授之以渔，这样学生不仅抓牢所授的鱼，在以后的工作学习中更能捕到新的大鱼。

[参考文献]

[1]王琪，程莹，刘念才.探寻建设世界一流大学的国际视野——“第三届世界一流大学国际研讨会（WCU-3）”综述[J].中国高等教育，2009（24）：52-53.

[2]王金发，戚康标，何炎明.实行研究性实验教学培养学生的研究能力[J].中国大学教学，2005（4）：8-9.

[3]常春耘，杨福章，徐荣青.培养学生创新思维的认识和实践[J].华东船舶工业学院学报（社会科学版），2002（2）：98-100.

[4]李瀚荪.电路分析基础[M].北京：高等教育出版社，1996.