基于迁移学习的《电工与电子技术》课程教学设计与实践

摘 要：“结点电压法”是《电工与电子技术》课程重要的电路分析方法之一。其中2结点电路结点电压公式的理解与计算为本节教学的重点与难点。本文以培养学生深度自主学习能力为素质目标，借助迁移学习理念，采用知识精讲与微项目训练相结合的方式，对“结点电压法”单元内容的教学设计与实践过程进行阐述，以培养学生对知识点的总结归纳能力，激发学生实践创新潜能，进一步提升课堂教学质量。

关键词：电工与电子技术 结点电压法 迁移学习 教学设计

0 引言

随着汽车行业的飞速发展、车辆智能化水平不断提升，对行业领域的需求不再仅局限于传统模式。在高等教育阶段多学科融合需求的大环境下，高校需重新定位社会需求，对汽车领域专业的人才培养模式和教学理念做出更新和调整[1]，以培养出具备较强逻辑思维能力、系统分析能力、知识拓展应用能力的应用服务型技术人才。在此背景下，如何在有限的教学环节中培养学生对知识的迁移运用能力，促使学生完成由知识的浅层学习向深度学习的转变，提升学生自主学习思维意识变得愈发重要。本文以江苏理工学院汽车服务工程专业为依托，选取《电工与电子技术》课程“结点电压法”作为教学内容，从教学分析、教学过程、课后反思等方面阐述教学内容的设计与实践过程。

1 教学分析

1.1 教学背景

“电工电子技术”课程是高等院校工科非电类专业必修的核心基础课，与数学、物理、电气、通信等学科联系紧密，具有教学对象量大面广、教学内容多、知识点关联度较高、逻辑性及工程应用性强等特点[2]，对于工科非电类专业学生想学好、学通，采用传统讲授模式往往迫使学生对问题的分析过程死记硬背，无法培养学生从自主性逻辑推理角度分析问题。因此，需要从知识点的物理含义与关联性角度出发，构建学生对知识点的记忆与串联思路，切实提高课堂教学质量。

“结点电压法”选自《电工与电子技术》课程重要教学单元——电路的分析方法[3]。结点电压法是电路基本分析方法之一，由支路电流法拓展而来，通过选定电路中的结点作为参考点，列写方程，从而求解电路中各个结点的电压。结点电压法适用于结点数量少、支路数量多的电路参数求解。对于仅包含2结点的多支路电路，可直接利用公式求出参考结点与目标结点之间的电压。相较于支路电流法中支路电流方程组的列写与求解，结点电压法在较大程度上简化了电路分析过程。

1.2 教学目标与理念

课程的教学目标包含知识目标、能力目标和素质目标。知识目标包括理解结点电压法的基本概念、理解结点电压法的推理过程、掌握结点电压公式的书写及求解过程。能力目标包括分析直流电路的结构特点、选择合适的电路分析方法求解电路参数，以解决实际工程应用问题的能力。素质目标包括激发学生独立思考、总结归纳、知识串联的深度自主学习能力，形成透过现象观察本质的学习观念，增强学生对知识理解、掌握与记忆的程度，使学生感受到攻克知识难点的成就感，激发学生实践创新潜能。

课程采用迁移学习的教学理念。迁移学习指一种学习对另一种学习的影响，是完整学习过程中的重要环节。在迁移学习过程中建立的知识关联与影响，需具备良好的推理能力，属于一种具有更高思维层次的深度学习过程。只有尽早地习惯推理的模式与方法，才能具备良好的推理能力[4]。因此，对于《电工与电子技术》课程知识的关联性学习，也亟需学生掌握知识的迁移能力来加强学习效果。

1.3 教学重点难点分析与对策

2结点、多支路电路结点电压的理解与计算是本次教学的重点及难点。由于结点电压公式相对复杂，且应用公式时需考虑电路、电源等差异，导致学生对公式物理含义、符号关系等方面很难有直观的理解[5]。尽管可以推导出2结点电路结点电压公式，但推导过程实质上采用了支路电流法。因此，采用支路电流法计算结点电压无法提现结点电压法的优越性。针对这一问题，在知识讲解过程采用启发式教学方法，以一问一答、及时纠错、层层递进的方式推进，保障学生专注力的同时鼓励学生积极思考，掌握学生实时学习效果。课堂练习之余，采用微项目问题导向学习模式，建立迁移学习过程，引导学生更好地理解结点2结点、多支路结点电压公式的内在本质。

2 教学过程

本次教学的主要环节包含课程内容引入、知识精讲、微项目训练、内容总结四个方面，具体实施过程如下。

2.1 课程内容引入

2.1.1 回顾已学知识

复习支路、结点、回路、网孔、支路电流法等概念与内容，巩固支路电流分析方法中KCL方程与KVL方程数量关系，强调支路电流法在支路数较多的电路分析过程的局限性，提出思考问题：如何利用已学知识解决上述电路的计算复杂度？引导学生从电源等效变换角度简化复杂电路，并将电源等效变换作为支路电流法向结点电压法知识迁移过程中的相同抽象理论元素。而相同抽象理论元素作为知识能否产生迁移的条件[6]，在此次教学过程中显得十分重要，为之后迁移学习过程铺垫。

2.1.2 明确学习内容

介绍本次教学的主要内容，包括“结点电压的概念”“结点电压法的适用场景”“结点电压法的公式推导与应用”“结点电压公式的注意事项”，指出“2结点、多支路电路结点电压计算公式的应用”是学习的重点和难点。

2.2 知识精讲

2.2.1 结点电压的概念与结点电压法的适用场景

从零电位参考点角度引出结点电压的概念，介绍结点电压表示方法和参考方向，并阐述结点电压法的本质是以结点电压为未知量，通过列写电压方程求解。之后根据结点电压法的本质引导学生思考：结点电压法的适用场景是什么？通过支路电流法未知量与方程间的数量关系说明：结点电压法适用于支路数较多，结点数较少的电路。

2.2.2 结点电压法的公式推导与应用

教师在讲授过程采用启发式教学，引导学生探寻支路电流公式转化为结点电压公式的方法。以2结点、4支路、3电源电路（图1）为例，鼓励学生自主推导出结点电压Uab的计算公式，并根据该公式给出2结点、多支路结点电压一般表达式：。明确结论后，教师抛出问题：当其中部分支路电源仅包含独立电流源（图2），结点电压公式如何应用？引导学生深度分析公式，结合结点电压公式分子构成特点，即中的单项均为电流，从而得出此时结点电压计算公式为：。之后给出例题练习与讲解。

2.2.3 结点电压公式的注意事项

在内容（2）的基础上，进一步强调该计算公式应用时的注意事项：a）上式仅适用于两个结点的电路。b）分母是各支路电导之和，恒为正值；分子中各项可以为正，也可以为负。c）当电动势E与结点电压的参考方向相反时取正号，相同时则取负号，而与各支路电流的参考方向无关。之后给出3结点电路例题讲解。

2.3 微项目训练

在学生对结点电压法有了一定的认知后，为加深学生对结点电压法物理含义的理解、培养学生对知识关联性的总结，结合图2，采用微项目训练模式，即教师抛出项目目标：在不使用支路电流法分析的情况下如何推导出2结点电路的结点电压公式？项目执行过程中教师给予学生充分的思考时间，鼓励组件临时小组进行讨论，增强团队协作意识。与此同时，教师应避免采用一问一答的引导方式，结合项目进展与执行时间提供适当的引导和支持，引导尺度把握在学生收到提示后仍需进一步的思考与推理分析，如：回故已学知识，还有哪些方法能求解电路参数？或：图2电路具备哪些潜在知识考察点？学生通过微项目训练，尝试得出分析结论：采用电源等效变换与电阻并联计算可推导出结点电压计算公式。之后教师检查项目执行情况，给予学生考核成绩奖励，激发学生自主学习动力。最后，教师根据项目执行情况进行总结与反思，引导学生认识到《电工与电子技术》课程内容多、知识关联性强的特点，从而帮助学生在之后的课程中培养归纳、总结意识与知识点的迁移学习能力。

2.4 内容总结

2.4.1 结点电压法分析的意义

教师结合结点电压法适用电路的特点，帮助学生加深对电路的分析方法的认识和理解，通过定量地描述电路中各个元件的电压、电流和功率，有助于理解电路的工作原理和行为。也可以识别并排除电路中的故障，例如，找到短路、开路或元件故障的具体位置。亦可通过分析，确定电路布局，优化电路的性能、提高效率、降低功耗、增强稳定性等。

2.4.2 微项目训练的意义

教师结合微项目执行情况，帮助学生体会到学习的最终目的是应用。然而在工程实际中所涉项目与课本内容相比体量差异大、执行难度大、不确定因素多、专业领域融合度高，需要行业人员具备较强的问题分析与知识的综合运用能力。这就要求学生在学习过程中养成知识点的总结、归纳、迁移的自主学习能力。这一点从支路电流法到结点电压法的迁移学习过程就可见一斑。

2.4.3 思政拓展

结合支路电流法向结点电压法迁移过程，引发思考：是否需要培养自主迁移学习的能力？紧密联系基尔霍夫在物理学（基尔霍夫定律）、光谱学（基尔霍夫-比特光谱分析）所做贡献，基尔霍夫吸收定律是基于基尔霍夫电流定律迁移所得，他的成果为电路理论和光谱学的发展奠定了基础，影响深远。结合微项目训练过程，引导学生意识到在工程实际项目实施过程中所面对的难题往往无法从单一学科视角下解决，而是需要借助多学科融合手段制定问题的解决方案与方案的执行策略，以此激励学生利用迁移学习模式达到知识的深度学习与灵活运用的效果，为日益发展的汽车产业贡献一份力量。

3 课后反思

根据课堂师生互动与微项目执行情况，大部分学生对本次教学内容的掌握程度较好，其中在微项目执行环节有3名学生在未借助教师引导的情况下完成了项目内容。但仍有少数学生因基础薄弱、学习动力不足导致学习效果不佳。针对基础薄弱的学生，教师需在后续授课过程探索更易理解与接收的教学模式；针对学习动力不足的学生，教师需在辅导环节加强帮扶力度。以此促进教师与学生共同进步。与此同时，教师仍需进一步挖掘、拓展微项目训练形式与应用范围，着眼于当下汽车领域发展现状，加强项目与汽车行业的实时关联性，帮助学生通过课程学习与微项目训练，达到学以致用的学习效果，切实提高教学质量与学习效果。

4 结语

本文针对非电类专业所设《电工与电子技术》课程内容涉及面广、知识关联度高等特点，在迁移学习理念下，以“结点电压法”单元内容为例，从教学分析、教学过程、课后反思等方面对课程内容的设计与实践进行阐述。为了使学生深刻理解“结点电压法”的物理含义与实质特征，达到知识迁移的深度学习效果，在教学过程中引入微项目训练环节，促使学生认识到工程实际问题与教材内容的差异，引导学生养成及时归纳课程内容的良好习惯与知识点串联推理的思维方式。另一方面，教师在借助微项目训练学生迁移学习能力时，应明确前后知识点相同抽象理论元素的概括与知识迁移过程的铺垫。于此同时，教师还需把握微项目的难易程度、执行情况、引导策略、奖励机制等，以确保项目的完整性与规范性。在此过程中，教师也得到了充分的锻炼，对课程内容体系、教学设计方法、课堂组织形式、学生学习效果有了新的认识与感悟，提高了教师的专业水平和教学能力。

基金项目：江苏理工学院教学改革与研究项目（11610912412；11610912304；11610912308）。

参考文献：

[1]李香芹，徐达政，李艳平，等.汽车服务工程专业人才培养模式改革探究[J].汽车实用技术，2024，49（09）：172-176+184.

[2]洪晔，欧阳剑，冯明库.基于教学能力大赛的“电工电子技术”课程教学设计与实施——以“功率因数的提高”为例[J].科技风，2023（34）：103-105.

[3]秦曾煌，姜三勇.电工学（上册）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[4]约翰·洛克郭元祥（译），教育漫话·理解能力指导散论[M].北京：中国轻工业出版社，2016.

[5]史强，程鸿韵，杨冰，等.关于结点电压法的教学探讨[J].科技风，2023（02）：120-122.

[6]Anderson JR. Cognitive psychology and its implications [M].New York： Worth Publishers， 2009.