基于類(lèi)比法的短學(xué)時(shí)電工學(xué)教學(xué)難點(diǎn)突破

邵永成，何 春

（昆明理工大學(xué) 信息與自動(dòng)化學(xué)院，云南 昆明 650051）

0 引言

電工學(xué)是理工類(lèi)普通高校中絕大多數(shù)非電專(zhuān)業(yè)都要開(kāi)設(shè)的一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。而在電工課的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生普遍反映電工學(xué)的概念、定義、定律、定理等繁雜而抽象，難以理解和接受，不容易記憶［1］。并且由于各方面的原因，包括我校在內(nèi)的很多高校都呈現(xiàn)出電工學(xué)理論課時(shí)逐漸被壓縮的趨勢(shì)。而電工學(xué)自身學(xué)科涉及面廣、知識(shí)點(diǎn)多、且隨科技進(jìn)步還在日漸增多的特點(diǎn)，與課時(shí)減少的矛盾日益突出。如何在諸多不利因素的影響下提高教學(xué)質(zhì)量，成為當(dāng)前電工學(xué)短學(xué)時(shí)任課教師教學(xué)研究的一個(gè)重要課題。

類(lèi)比法是通過(guò)對(duì)兩個(gè)研究對(duì)象的比較，根據(jù)它們某些方面（屬性、關(guān)系、特征、形式等）相同或相類(lèi)似之處，推出它們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗤蛳囝?lèi)似的一種推理方法［2］。而類(lèi)比教學(xué)法是創(chuàng)設(shè)真實(shí)生動(dòng)情景的最有效工具之一。教師運(yùn)用類(lèi)比法創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題情景，能有效地促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)新知識(shí)、新方法。學(xué)生沉浸在由設(shè)問(wèn)負(fù)載的類(lèi)比教學(xué)情景中，要探索的問(wèn)題與已有經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，找到類(lèi)比的對(duì)象，而運(yùn)用對(duì)此類(lèi)比對(duì)象的研究所取得的成功經(jīng)驗(yàn)、方法和結(jié)果等進(jìn)行分析比較，建構(gòu)類(lèi)比以尋求規(guī)律，作出猜想并找出證明思路，為建構(gòu)知識(shí)意義打下良好的基礎(chǔ)［3］?？梢哉f(shuō)，類(lèi)比法是教學(xué)活動(dòng)中最常用的、也是實(shí)踐證明非常有效的一種教學(xué)方法。

在電工課的理論教學(xué)中，若采用多種類(lèi)比法相互結(jié)合，對(duì)于降低教學(xué)難點(diǎn)的難度、活躍課堂氣氛、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)記憶，從而最終達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的，具有現(xiàn)實(shí)而積極的意義。針對(duì)短學(xué)時(shí)電工學(xué)不同章節(jié)的難點(diǎn)，采用適當(dāng)?shù)念?lèi)比法教學(xué)，對(duì)于難點(diǎn)的突破具有事半功倍的作用。

1 相似規(guī)律知識(shí)類(lèi)比

電工學(xué)課程一般安排在大二的上下兩學(xué)期進(jìn)行，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)完大學(xué)物理課程，而對(duì)于中學(xué)所學(xué)的知識(shí)，經(jīng)過(guò)高考前的強(qiáng)化記憶，多數(shù)知識(shí)都還有較深刻的印象。此時(shí)對(duì)電工學(xué)中的一些基本概念的教學(xué)，可與這些相似知識(shí)進(jìn)行類(lèi)比。例如：電壓或電流參考方向（或正方向）的概念，可與物理學(xué)中力學(xué)部分常見(jiàn)的矢量作類(lèi)比，如位移相對(duì)于參照物或參照系，相當(dāng)于電路物理量（電流、電壓等）的參考方向相對(duì)于實(shí)際方向；在類(lèi)比的基礎(chǔ)上再加以舉例講解，學(xué)生就比較容易理解了。

又如電位的概念與計(jì)算，可以通過(guò)海拔高度的定義與測(cè)量作類(lèi)比。首先引入電壓升與電壓降的概念：在電路中沿確定的繞行方向而行，遇到的電壓若升高為電壓升，反之電壓降低則為電壓降，即所謂的壓降；然后介紹電位的定義：在電路中選取一個(gè)電位為零的參考點(diǎn)，即零電位點(diǎn)，并在電路圖中用符號(hào)“┷”表示，電路中各點(diǎn)相對(duì)該零電位點(diǎn)的電壓即為各點(diǎn)電位。接著引導(dǎo)學(xué)生回憶海拔高度的定義，將電路中的零電位點(diǎn)類(lèi)比為海平面，而電位類(lèi)比為海拔高度，電位差或電壓類(lèi)比為高度差。此時(shí)，通過(guò)類(lèi)比，學(xué)生已經(jīng)對(duì)電位的概念有了初步的認(rèn)識(shí)，再通過(guò)一個(gè)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的問(wèn)題，進(jìn)一步闡明電位的概念以及特點(diǎn)：假設(shè)已知教室地面的海拔高度為1800米，課桌桌面的高度為0.8米，講臺(tái)臺(tái)面的高度為1.2米，則后兩者的表面海拔高分別為1800.8米及1801.2米；若將海平面即參考點(diǎn)改為教室地面，也很容易確定其新的海拔高度分別為0.8米及1.2米，都已經(jīng)發(fā)生了改變，但兩表面的高度差與海平面的位置沒(méi)有關(guān)系，是不變的；然后畫(huà)出兩個(gè)只是零電位點(diǎn)不同的含一個(gè)單電源、三個(gè)電阻的單回路電路，再分別用定義求出電路中各點(diǎn)電位以及指定的兩點(diǎn)間的電壓，并與前述的海拔高度、高度差等概念以及特點(diǎn)再次進(jìn)行類(lèi)比，得出在電路結(jié)構(gòu)及參數(shù)不變時(shí)，電壓值是“絕對(duì)”而電位值是“相對(duì)”的特點(diǎn)，強(qiáng)化學(xué)生頭腦里通過(guò)兩種知識(shí)之間的相似性進(jìn)行類(lèi)比所產(chǎn)生的記憶。最后介紹計(jì)算電位的另一種方法——電位升降法：選取電路中一條已知各元件上電壓的路徑后，從零電位點(diǎn)（亦可從選定路徑上任意已知電位點(diǎn)）出發(fā)，向被求電位點(diǎn)看去，途中遇電壓升取正，遇電壓降取負(fù)，到達(dá)被求電位點(diǎn)后，求所有途經(jīng)電壓的代數(shù)和，即得該點(diǎn)電位。這樣若干次的類(lèi)比，就能使電位的概念與計(jì)算方法在理解的基礎(chǔ)上，比較清晰地留在學(xué)生的記憶中。

在介紹基爾霍夫兩定律時(shí)，則可以在介紹完定律內(nèi)容和簡(jiǎn)單的例題后，總結(jié)基爾霍夫兩定律的本質(zhì)：電路中的電壓和電流都不會(huì)無(wú)緣無(wú)故地產(chǎn)生或消失，這其實(shí)就是在中學(xué)所學(xué)過(guò)的物質(zhì)不滅定律在電路中的體現(xiàn)。學(xué)生們聽(tīng)到這里，都會(huì)有得恍然大悟的感覺(jué)和表情。

2 相互關(guān)聯(lián)知識(shí)類(lèi)比

電工學(xué)在電路分析部分介紹的除最簡(jiǎn)單的電阻之外的4個(gè)理想元件：電感、電容以及恒壓源、恒流源分別是對(duì)稱(chēng)的元件，亦可稱(chēng)為對(duì)偶元件，它們的很多特性都是對(duì)稱(chēng)的：電感的時(shí)域表達(dá)式為，用文字表達(dá)為：電感上的電壓與其流過(guò)的電流的變化率成正比；而電容的時(shí)域表達(dá)式為，用文字表達(dá)為：電容上的電流與其兩端的電壓的變化率成正比；兩者之間具有很明顯的對(duì)稱(chēng)關(guān)系：只需要將公式中電壓電流的位置對(duì)調(diào)，并換一下系數(shù)，就是另一個(gè)元件的時(shí)域表達(dá)式，其文字表達(dá)可依此類(lèi)推；同樣，兩種理想電源亦如此；根據(jù)這樣的規(guī)律，我們只需要記住一個(gè)元件的特性即可，這樣既便于理解，又將記憶難度降低了一半。

JK觸發(fā)器是時(shí)序邏輯電路部分最重要的觸發(fā)器，但很多學(xué)生易將J與K端邏輯功能記反，教學(xué)時(shí)可在介紹完其邏輯功能后反問(wèn)學(xué)生：同步RS觸發(fā)器中的R、S端分別是復(fù)位（置0）和置位（置1）的英文首寫(xiě)字母，那么J、K又是什么意思呢？稍等片刻，再問(wèn)學(xué)生J、K在撲克牌里分別是分別是代表誰(shuí)的？在激起學(xué)生好奇心之后，給他們介紹關(guān)于JK觸發(fā)器命名的傳說(shuō)：在撲克牌中，K代表國(guó)王King，J代表國(guó)王的貴族侍從Jack，JK觸發(fā)器就意味著它是王牌觸發(fā)器，之所以這樣命名，就因?yàn)樗枪δ茏顝?qiáng)的觸發(fā)器。課堂氣氛由此一下就被調(diào)動(dòng)起來(lái)。緊接著再教給學(xué)生記憶這兩個(gè)輸入端的方法：J即Jack，有“千斤頂”之意，意味著將“1”“頂”起來(lái)，J就是置1端；而K可以當(dāng)做英文Kill的首寫(xiě)字母，意為“滅掉”“1”，K即置0端。這樣，在輕松活躍的課堂氣氛中，絕大多數(shù)學(xué)生都記住了JK觸發(fā)器輸入端的邏輯功能。

3 生活常識(shí)與經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比

在講授難點(diǎn)較多的基本放大電路時(shí)，很多學(xué)生對(duì)三極管的電流放大作用，即以小控大的原理難以理解。這時(shí)，可以在簡(jiǎn)單講解三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律之后，把電流類(lèi)比為水流、常用的NPN型三極管類(lèi)比為生活最常見(jiàn)的水龍頭，其集電極相當(dāng)于水龍頭的進(jìn)水口，發(fā)射極相當(dāng)于水龍頭的出水口，基極則是水龍頭的開(kāi)度調(diào)節(jié)手柄，在線性區(qū)時(shí)，水流（電流）是與水龍頭的開(kāi)度調(diào)節(jié)手柄的開(kāi)度（基極電流）成正比的；接下來(lái)再進(jìn)一步介紹三極管的另外兩種非線性狀態(tài)：截止就相當(dāng)于開(kāi)度調(diào)節(jié)手柄銹死了擰不動(dòng)，水龍頭不會(huì)出水或最多滴出幾滴水；而飽和就是管道中水流較小，開(kāi)度調(diào)節(jié)手柄開(kāi)得再大出水量也不再變大；這樣，只需稍稍一點(diǎn)撥，學(xué)生們都會(huì)恍然大悟，在感嘆兩種規(guī)律的相似之余，亦深刻地理解了晶體管電流放大的工作原理。

不少學(xué)生由于沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)，對(duì)多級(jí)電壓放大電路中輸入輸出電阻對(duì)于放大電路的影響感到非?？菰镫y懂。于是在解釋時(shí)，將放大電路或電信號(hào)源比作是做生意的老板，而輸出電阻即等效內(nèi)阻比作老板娘，負(fù)載比作被雇傭的工人。每個(gè)信號(hào)源（或前級(jí)放大電路）“老板”都希望少出工錢(qián)（輸出電流），而“工人”能少拿錢(qián)、多干活（輸出電壓）；在通過(guò) “老板娘”發(fā)工錢(qián)時(shí)，又會(huì)被“老板娘”克扣掉一部分（輸出電阻壓降）；正是因?yàn)檫@樣的關(guān)系，所以我們?cè)诤汀袄习濉币粯酉Ｍ蠹?jí)的放大電路的輸入電阻（即前級(jí)的負(fù)載）越高越好的同時(shí)，也和“工人”一樣希望而前級(jí)的輸出電阻（“老板娘”）越小越好，“這樣社會(huì)才會(huì)更和諧！電路工作也會(huì)更和諧！”一句話總結(jié)，使課堂氣氛達(dá)到高潮，在一片笑聲中，難點(diǎn)煙消云散。

基本放大電路中的非線性失真分析也是教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)?？捎脝喂芄采浞糯笃鱍點(diǎn)的設(shè)置，與室內(nèi)集體跳繩時(shí)，甩繩人執(zhí)繩抬手的高度作類(lèi)比；同樣的甩繩幅度，執(zhí)繩抬手過(guò)高繩會(huì)碰到屋頂，而過(guò)低則會(huì)碰到地，分別類(lèi)比飽和失真與截止失真，最后提醒學(xué)生注意：?jiǎn)喂芄采浞糯笃鬏斎腚妷号c輸出電壓是反相的，應(yīng)該倒過(guò)來(lái)記憶。與此相似，差分放大電路的基本工作原理，可用兩部電梯的升降作類(lèi)比；是都能以非常貼近生活且生動(dòng)易懂的類(lèi)比法突破教學(xué)難點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

從以上幾種類(lèi)比教學(xué)法，可以總結(jié)出這樣的規(guī)律：若當(dāng)前學(xué)習(xí)的知識(shí)對(duì)象與曾經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的某個(gè)知識(shí)對(duì)象具有相似的知識(shí)系統(tǒng)架構(gòu)，或是思想方法類(lèi)似，就可以考慮使用類(lèi)比教學(xué)法。但應(yīng)注意的是：

1.要準(zhǔn)確抓住所教內(nèi)容的特點(diǎn)，選擇在關(guān)鍵屬性上具有足夠相似性的類(lèi)比對(duì)象；

2.類(lèi)比對(duì)象本身還應(yīng)盡量簡(jiǎn)單易懂；

3.具有一定的趣味性；

4.在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中應(yīng)注意主次分明，切不可喧賓奪主［4］。

在目前學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多、難點(diǎn)多等諸多不利因素的影響下，要提高短學(xué)時(shí)電工學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，除了改動(dòng)教學(xué)大綱、削減教學(xué)內(nèi)容之類(lèi)的下策之外，探索包括類(lèi)比教學(xué)法在內(nèi)的各種教學(xué)方法在教學(xué)實(shí)踐中的運(yùn)用，以達(dá)到提高教學(xué)效率，使學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)學(xué)到和記憶的知識(shí)量最大化，并充分理解、學(xué)會(huì)運(yùn)用，應(yīng)該是今后電工學(xué)教學(xué)改革探索的一個(gè)重要方向。

［1］趙景延.類(lèi)比思維在《電工基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用［J］.才智，2009.23

［2］張克菊，鄧興蘭.類(lèi)比教學(xué)法何以獨(dú)占鰲頭［J］.甘肅教育，2009.14

［3］韋程?hào)|，梁斌.多媒體條件下的類(lèi)比教學(xué)法［J］.高教論壇 ，2002.05

［4］李小平，孫寶玲.談?lì)惐冉虒W(xué)法在《電工基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用［J］.科技信息，2008.24