认知弹性理论在电工学教学中的应用

伍云霞+武晓华

摘要：为解决电工学课程教学中学生基础薄弱、教学学时少而教学内容多问题，实现电工学课程教学目标，电工学教学以弹性认理论为指导，在教学中采用了超文本结构呈现教学知识及相联关系，以多维度、非线性方式表征概念和相关案例，提高了学生多元表征知识、迁移知识的能力，使学生向复合型人才方向发展。

关键词：电工学；弹性认知理论；十字交叉形

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）46-0149-03

一、引言

电工学课程是高等工科本科教育非电类专业的一门重要的技术基础课程，是直接服务于各专业的核心课程。在“高等工程教育要向强国迈进，要面向社会培养具有创造力强、适应经济社会发展需要的高质量各类工程技术人才，要为国家走新型化工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务”纲领下[1-2]，我校对电工学课程教学的目标是：（1）电工学课程的教学重点从重视理论的学术性与系统性、结构与逻辑的严密性转向“培养学生将电工与电子技术的基本知识应用于各自专业，继而创造性地发展各自专业能力”；（2）消减教学时数，精练教学内容；（3）教学内容涵盖电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、电动机及传动控制、电工测量、安全用电、EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术。非电类专业电工学课程通常是多个专业同一课堂，各个专业对电类知识需要求的侧重点有很大不同，另外非电类专业学生普遍对课程不重视，电类知识基础一般也较薄弱，如何选取教学内容、教学内容如何呈现、采用什么的教学手段等才能在有限的学时内获得好的教学效果，满足各不相同的教学需求，适合基础与能力参差不齐的学生的学习是电工学课程教学需要解决的问题。

认知弹性理论是1990年美国伊利诺斯大学的斯皮罗等人针对结构不良领域知识（复杂知识）习得和迁移而提出的一种学习理论，基于对认知弹性理论提出的知识观、教学观、教学策略和教学技术的分析以及对电工学课程的研究，在电工学课程教学中以认知弹性理论为教学指导，有利于解决电工学教学中的问题和达到电工教学的目的。

二、认知弹性学习理论[3，4]

认知弹性学习理论是一种折中的建构主义学习与教学理论，是美国伊利诺斯大学的斯皮罗等人于1990年提出的。认知弹性是指人在认知活动中的灵活变通能力，是其在面对新问题时如何有效组织知识从而做出正确回应的能力，一个人若具有较强的认知弹性，他对复杂情境中包含的整体和部分的关系、主次关系、因果关系等做出正确认知的可能性就越大。这种能力只有掌握结构不良领域知识才能具有，并且只有通过高级学习才能获得，高级学习能使学生掌握概念的复杂性及变化性，并能在新的情境中灵活运用。

学习的知识分为良构与非良构2种，良构知识是以一定的层次结构良好地组织在一起，与具体问题有直接的对应关系；非良构性知识呈现方式通常比较隐含、晦涩，具有概念的复杂性和变化的不规则性等特点，与具体问题之间几乎没有直接对应关系。对这种知识学习有2条基本准则：一是多元认知表征，学习这种知识的最佳方式是多个角度、多视点，这既增强对该概念自身的理解，同时也能增强将这一理解迁移到其他领域的能力；二是展现知识和相关知识间的联系以及知识与问题的依存关系，用概念和案例构成多维度与非线性的十字交叉型。

使学生掌握结构不良知识，随机通达教学方法是行之有效的方法，该方法的基本内容是：对于同一教学内容，要在不同时间、在重新安排的情境下，带着不同的目的，从不同的角度多次进行学习。教学中应努力使学生形成对概念的多视角理解，并要与具体的情境联系在一起，形成背景性的知识，而不是去情境化，通过以不同的方式交叉浏览结构不良知识领域，使学习者认识到知识应用的多样性，并且揭示知识的多种关联性以及对情境的依赖性。

超文本是体现、应用这些原理与方法的具体技术，具有非线性特征的超文本有助于学习者从多种观点的角度接近概念并建构知识表征，真正改善对复杂概念的掌握，超文本力求将内容镶在相关的上下文或背景中，以克服知识的抽象性，并有助于复杂性的理解与掌握。该技术开发了情境敏感的知识集群加工方法（Situation-sensitive knowledge assembly）。可使学习者在随机访问文档时根据需要可对原有链接进行动态编辑，以便更深刻地揭示概念的本质并使其更好地与相关主题联系。

三、认知弹性学习理论对电工学课程教学的指导性

电工学教学内容是结构不良领域的知识，电工学是一门关于如何将数学、物理等科学知识应用到电工程的应用学科，工程实际问题往往都比较复杂，常有多因素同时起作用，存在着多种物理过程，直接处理工程问题往往很困难，有时甚至是不可能，通常需要根据具体情况对问题通过假设进行简化，对同一实际问题可以有多种假设，有多种解决方法，最终都能得到相同的结论；另一方面，电工学所解决的问题与实际应用环境高度相关，从一种应用问题中提炼出来的方法往往难以有效地直接套用于其他实际问题的解决，通常需要深入分析应用问题、精心挖掘与选择其所蕴含的各种信息与方法，需要多种方法的综合运用。

解决问题的方法应应用问题紧密相联，决定了学生对电工学课程的学习应与实际问题联系并在其应用中掌握，这就要求采取高级学习的学习方式，深层理解与把握器件的建模、等效电路的本质，器件多样性特性及应用，定理、定律的适用性，并能将其灵活地运用到设计、分析及制造上，而不能仅仅只记住一些器件模型、定理、定律的表述。

电工学教学的目的是要使非电类专业的学生能用电类知识解决本专业内所涉及的有关电的问题，同时拓展本专业，要求学生能具有一定的问题建模能力、正确地应用定律、定理等解决所遇到的电类问题，这就要求电工学教学应注重培养学生的认知弹性，从而克服“难以致用”的现象，增强电工学教学的实效。

综上所述，认知弹性理论对电工学教学内容的组织、呈现方式和学习方法都具有指导意义，有利于培养目标的达成，增强学生素质。

四、认知弹性理论在电工学教学中的应用

认知弹性理论建议用超文本结构呈现知识，超文本结构是知识的一种层次结构，着重表达知识间的相互关系。这种结构能表示出知识与知识间关联的强弱程度，知识与知识间关联的复杂程度，其层次结构本身也反映了引导学习者浏览信息目标的能力，如何设计和优化知识超文本结构表征，直接关系到超文本的质量，也关系到学习者学习效率。

电工学课程教学中超文本结构表征实例如图1所示，图1是叠加定理学习的超文本结构表征。

在迭加定理的学习中，迭加定理、迭加定理应用方法（正用、反用、近似）、独立电源、实际电压源模型、实际电流源模型、互等效、戴维南定理、诺顿定理等相关定理与定理的应用方法链接在一起，学习者可以多维度获取概念与相关概念、理解公式、原理和定律等，有助于学习者进一步理解复杂概念。

图1中的叠加定理正用、反用、近似使用的相关案例，增加了对叠加定理含义的理解及对定理灵活应用的掌握，在案例中体现概念，使学生切实体会了包装概念的共性与差异性，不同条件下、不同问题概念所包含的具体内涵，多维度考察增强了对复杂概念的理解。

超文本能够从静态表征向动态表征过渡，扩展原先设定的内容和路径，将多个知识点链接在一起，可促使学习者对知识意义进行积极的探索与建构，思索概念应用的复杂性。例如学习者在学习全状态响应案例时，发现全响应是零输入响应、零状态响应的迭加，则有可能引发对迭加定理的兴趣，相应地，从全状态响应案例节点添加链接到叠加定理的路径，这样学习者可以按照已有的思维需求来重新建构一阶暂态响应的学习内容与路径。[5-7]

五、结语

认知弹性理论是学习高级知识的教学理论，适合电工学课程的指导教学，成功应用该理论的关键在于知识超文本结构表征自由度、线性力和导航力的合理设计。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.教育部关于批准第一批“卓越工程师教育培养计划”高校的通知[Z].教高函2010]7号，2010.

[2]唐介.电工学（少学时，第三版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]程素萍，王婷婷.认知灵活性理论及其对教学实践的启示[J].天津师范大学学报，2011，12（1）：14-18.

[4]李振明，庞坤，宋乃庆.认知弹性理论指导下的高师数学建模教学[J].数学教育学报，2007，16（1）96-99.

[5]刘世清，李克东.超文本结构导航策略研究[J].电化教育研究，1997，（3）：38-44.

[6]张海涛，刘甲学，毕强.超文本信息结构导航力分析[J].情报学报，2002，21（2）：139-142.

[7]武法提.网络教育应用[M].北京：高等教育出版社，2003.