淺談電工基礎(chǔ)課程教學(xué)中的概念和定律

【摘要】 本文對(duì)電工基礎(chǔ)課程教學(xué)進(jìn)行思考,通過(guò)論述電工基礎(chǔ)課程中概念和定律的重要性和它們之間聯(lián)系,及形成概念和掌握定律的一般規(guī)律,說(shuō)明電工基礎(chǔ)課程教學(xué)中必須以概念和定律為中心,傳授最基本的電工知識(shí),并在這個(gè)過(guò)程中有效地發(fā)展學(xué)生的思維,培養(yǎng)分析和解決電工問(wèn)題的能力。

【關(guān)鍵詞】 電工基礎(chǔ)概念定律 中心

電工基礎(chǔ)課程的教學(xué)目的,就是使學(xué)生比較系統(tǒng)地進(jìn)一步掌握學(xué)習(xí)專業(yè)課所需的各種電工基礎(chǔ)知識(shí),了解這些知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的,關(guān)鍵是讓學(xué)生正確形成概念和掌握定律。

電工基礎(chǔ)的概念是反映電工現(xiàn)象和過(guò)程的本質(zhì)屬性的思維形態(tài)。事物的屬性包含事物的性質(zhì)和事物間的聯(lián)系。事物與屬性是不可分割的,沒(méi)有不具有屬性的事物,也沒(méi)有脫離事物而孤立存在的屬性。電工基礎(chǔ)的概念屬于科學(xué)概念,它和日常生活中所用的普通概念是有區(qū)別的,它精確地反映電工現(xiàn)象和過(guò)程的本質(zhì)屬性,并能給出嚴(yán)格的定義。例如,在日常生活中,通過(guò)觀察電燈發(fā)亮、電爐發(fā)熱,知道電燈、電爐有電流通過(guò),從而得到一個(gè)概念——電流。電流概念不僅說(shuō)明電荷有規(guī)則的定向移動(dòng)形成電流,而且還規(guī)定以正電荷移動(dòng)方向?yàn)殡娏鞣较?從而精確描述電燈發(fā)亮、電爐發(fā)熱是由于有定向移動(dòng)電荷流過(guò)的本質(zhì)屬性。

電工基礎(chǔ)的定律是反映電工現(xiàn)象和過(guò)程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展、變化的必然趨勢(shì)和必然關(guān)系的判斷,它是對(duì)事物有所肯定或否定的思維形態(tài)。從這個(gè)意義出發(fā),原理、定理、定則等規(guī)律性的知識(shí)都是定律。例如,安培定則是用來(lái)判斷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向;右手定則是判斷感生電動(dòng)勢(shì)方向。這兩個(gè)定則都是有規(guī)律的,因而都是定律。

電工基礎(chǔ)課程教學(xué)應(yīng)以形成概念和掌握定律為中心,這是因?yàn)閺碾姽せA(chǔ)的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),概念和定律是構(gòu)成電工基礎(chǔ)最基本的單元。從學(xué)生掌握電工知識(shí)發(fā)展思維、培養(yǎng)能力來(lái)說(shuō),形成概念和掌握定律是中心環(huán)節(jié)。

任何一門(mén)學(xué)科都必須由組成該學(xué)科的單元構(gòu)成,概念是組成電工基礎(chǔ)最基本的單元。假如沒(méi)有電流、電壓、電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、電動(dòng)勢(shì)、交流電、電阻、電容、電感等概念,就沒(méi)有電工基礎(chǔ)這門(mén)課程。定律也是學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)單元,它是人們觀察和實(shí)驗(yàn)所獲得的感知,進(jìn)行分析,綜合、歸納、演譯等邏輯思維,經(jīng)過(guò)去偽存真、由表及里、由感性認(rèn)識(shí)上升到理論認(rèn)識(shí)的的飛躍,最后形成判斷。任何一門(mén)科學(xué)都是由大量的定律包括定理、定則、原理構(gòu)成的,電工基礎(chǔ)是由歐姆定律、戴維南定律、電容充放電原理等構(gòu)成。因此,可以說(shuō)定律是構(gòu)成學(xué)科的框架。

概念和定律是密切聯(lián)系的,相對(duì)獨(dú)立的概念不是孤立存在的,它總是同定律聯(lián)系在一起,是定律組成的部分。概念的內(nèi)涵常常通過(guò)定律來(lái)揭示,例如,電流、電壓、電阻三個(gè)概念是通過(guò)歐姆定律聯(lián)系在一起的,也就是說(shuō)一定阻值的電阻,兩端的電壓越大,流過(guò)電阻的電流越大,即成正比。當(dāng)兩端電壓一定時(shí),電流與電阻成反比。這就說(shuō)明三個(gè)概念的內(nèi)存聯(lián)系,并通過(guò)歐姆定律說(shuō)明了電壓是產(chǎn)生電流的原因。又如,感生電動(dòng)勢(shì)和磁通這兩個(gè)概念通過(guò)法拉第電磁感應(yīng)定律聯(lián)系在一起的,并通過(guò)電磁感應(yīng)定律揭示了感生電動(dòng)勢(shì)大小與穿過(guò)回路磁通變化率(即變化快慢)成正比,因此可以形象地設(shè)想,概念是學(xué)科框架的節(jié)點(diǎn)。電工基礎(chǔ)課程的內(nèi)容是極其豐富的,只有把握住的框架結(jié)構(gòu),才能掌握好電工基礎(chǔ)知識(shí)。例如,只有掌握了磁現(xiàn)象的電本質(zhì),電動(dòng)勢(shì)、電流、磁通、交流電、直流電、相位、阻抗這幾個(gè)概念,掌握了電磁感應(yīng)定律,才能掌握變壓器的結(jié)構(gòu)原理,才能懂得變壓器能變換電壓、電流、相位、阻抗以及為什么只對(duì)交流電起作用,對(duì)直流電不起作用的原因等。又如,如果不知道電阻、電流、電功這幾個(gè)概念,就不能了解電燈為什么發(fā)亮;不懂得焦耳定律,就不懂得電爐為什么能發(fā)熱,等等。因此,形成概念和掌握定律是電工基礎(chǔ)教學(xué)的中心環(huán)節(jié)。

那么,在教學(xué)中怎樣讓學(xué)生形成電工概念?從概念形成的過(guò)程來(lái)說(shuō),就是看該過(guò)程是否符合辯證唯物論的認(rèn)識(shí)要求;從概念形成的準(zhǔn)則來(lái)說(shuō),就是看學(xué)生是否掌握概念的內(nèi)涵和外延。

概念的形成是極為復(fù)雜的認(rèn)識(shí)過(guò)程。首先要遵循認(rèn)識(shí)論的規(guī)律。形成概念要有豐富的感性認(rèn)識(shí),然后才能啟發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極思維,把感知事物或現(xiàn)象在大腦中加工。剔除次要的、非本質(zhì)的因素,找出事物的本質(zhì)屬性,形成概念。例如,在講解磁場(chǎng)這個(gè)概念時(shí),首先可調(diào)動(dòng)學(xué)生在日常生活中已有的感知。如兩塊磁鐵互相靠近,但沒(méi)有接觸,兩塊磁鐵會(huì)相互吸引或排斥。接著拿兩塊磁鐵進(jìn)行演示,這種現(xiàn)象能給學(xué)生留下兩塊磁鐵并沒(méi)有接觸,但相互之間卻有力的作用的印象。這是形成概念的感知階段。這時(shí)教師可以根據(jù)學(xué)生已掌握的力是物體之間相互作用的知識(shí),引導(dǎo)學(xué)生,按照邏輯思維的規(guī)律可以推導(dǎo)出:既然兩塊磁鐵沒(méi)有相互接觸,但卻有力的作用,那么兩塊磁鐵的周?chē)厝淮嬖谝环N特殊的物質(zhì),兩塊磁鐵才能相互作用,這種特殊的物質(zhì)在電工學(xué)中叫磁場(chǎng)。由此可以讓學(xué)生形成磁場(chǎng)這一概念。在這個(gè)過(guò)程中教師必須引導(dǎo)學(xué)生逐步剔除現(xiàn)象或過(guò)程,深入到現(xiàn)象的本質(zhì),從而形成概念。

衡量學(xué)生是否形成概念,標(biāo)準(zhǔn)是看能否正確掌握概念的內(nèi)涵和外延。概念的內(nèi)涵是概念質(zhì)的表現(xiàn),這是通常所說(shuō)的概念的物理意義,概念的外延就是通常說(shuō)的適用范圍。因此,學(xué)生是否形成電工概念就看是否掌握了概念的物理意義和概念的適用范圍。例如,對(duì)于電動(dòng)勢(shì)的概念,必須要求學(xué)生掌握電動(dòng)勢(shì)是衡量電源將非電能轉(zhuǎn)換成電能本領(lǐng)的物理量。在電源內(nèi)部,外力將單位正電荷從電源的負(fù)極移到正極所做的功,以字母E表示,若外力將電荷Q從負(fù)極移到正極所做的功的W,則電動(dòng)勢(shì)E=W/Q,單位是伏特,方向規(guī)定為,在電源內(nèi)部由負(fù)極指向正極。這些都是電動(dòng)勢(shì)的內(nèi)涵。電動(dòng)勢(shì)的適用范圍是適用于所有的電源,這就是電動(dòng)勢(shì)的外延。這樣學(xué)生掌握了電動(dòng)勢(shì)的內(nèi)涵和外延,也就形成電動(dòng)勢(shì)這個(gè)概念。

在教學(xué)中又怎樣掌握電工定律?從定律的形成來(lái)看,掌握電工定律的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)。電工基礎(chǔ)中許多定律都是前人通過(guò)多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)后總結(jié)出來(lái)的。在電工教學(xué)中也應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn),重視電工現(xiàn)象并進(jìn)行必要的測(cè)量、分析數(shù)據(jù),總結(jié)現(xiàn)象變化規(guī)律,形成電工定律。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō),用于形成電工學(xué)定律的實(shí)驗(yàn),不在于次數(shù)的多少,應(yīng)考慮是否能使學(xué)生具備足夠轉(zhuǎn)化為規(guī)律的清晰觀念。例如,為了讓學(xué)生形成法拉第電磁感應(yīng)定律,所做的實(shí)驗(yàn)只要能說(shuō)明感生電動(dòng)勢(shì)(e),變化的磁通量(ΔΦ)和變化時(shí)間(Δt)三者的關(guān)系就可以了。這樣在課堂上可以在一個(gè)空心的線圈兩端接上靈敏檢流計(jì),并構(gòu)成閉合回路,當(dāng)磁鐵插入或拔出線圈時(shí)將看到檢流指針偏轉(zhuǎn)。磁鐵不動(dòng)時(shí)指針不偏轉(zhuǎn),這說(shuō)明磁通量變化時(shí)在線圈中會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),磁通量不變化,就沒(méi)有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。插入或拔出愈快,即磁通量隨時(shí)間變化愈快時(shí),指針偏轉(zhuǎn)角度越大,說(shuō)明回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大,從而得出法拉第電磁感應(yīng)的磁通量的變化率(變化快慢)成正比,用數(shù)學(xué)式表示:e=-ΔΦ/Δt(單匝線圈)的結(jié)論。由此學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中就可以深入了解法拉第電磁感應(yīng)定律,并清楚認(rèn)識(shí)到定律表達(dá)了感生電動(dòng)勢(shì)、變化磁通量和變化時(shí)間這三個(gè)量的關(guān)系。

技工生學(xué)習(xí)電工基礎(chǔ)知識(shí)是一種特殊的、認(rèn)識(shí)過(guò)程,要求教師根據(jù)技工學(xué)生年齡、特征、心理特點(diǎn)和知識(shí)水平,在有限的時(shí)間和特定的環(huán)境中,有效地傳授電工知識(shí)和培養(yǎng)能力。因此,不能不分輕重地將全部知識(shí)都列為中心內(nèi)容,這樣不僅會(huì)浪費(fèi)時(shí)間,而且不能收到效果。對(duì)此,應(yīng)以概念和定律為中心,傳授最基本的電工知識(shí),并在這個(gè)過(guò)程中有效地發(fā)展學(xué)生的思維,培養(yǎng)分析和解決電工問(wèn)題的能力。

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【作者簡(jiǎn)介】田兆清(1967-),女,廣西玉林人,廣西電子技工學(xué)校講師,研究方向:電工電子。

(責(zé)編何田田)