應(yīng)用歷史方法 促進(jìn)電工教學(xué)

黃慶階

【摘 要】應(yīng)用歷史方法，促進(jìn)電工教學(xué)，就是通過介紹相關(guān)的歷史背景，闡述人們認(rèn)識電現(xiàn)象的基本過程和方法，揭示其中的一般規(guī)律，彰顯前輩電學(xué)大師的不懈努力和敬業(yè)精神，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和志向，促進(jìn)電工教學(xué)質(zhì)量和效率的不斷提高。

【關(guān)鍵詞】歷史方法電工教學(xué)

這里說的歷史方法，是指通過介紹相關(guān)的歷史背景，闡述人們認(rèn)識電現(xiàn)象的基本過程和方法，揭示其中的一般規(guī)律，賦予抽象的電工概念以生動的聯(lián)想，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和志向，化解學(xué)生對學(xué)習(xí)電工課的畏難情緒，促進(jìn)電工教學(xué)質(zhì)量和效率的不斷提高。

1875年庫倫從實驗確定了電荷間的相互作用力，人類對電的研究開始進(jìn)入到定量階段。此后經(jīng)過兩百多年的探索，電工學(xué)已形成一個復(fù)雜而龐大的理論體系，電工電子技術(shù)更是進(jìn)步到了令人不可思議的程度，比如只要動動手指，便可通過各種自動智能控制系統(tǒng)在工廠實現(xiàn)各種復(fù)雜精密的加工，或者通過手機(jī)等各種終端在互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的虛擬世界中心想事成。電工理論和技術(shù)的巨大發(fā)展極大地促進(jìn)了人類的文明進(jìn)步，也給電工教學(xué)造成困難。電工課早已成為學(xué)生最難學(xué)老師最難教的課程。由于電氣原因?qū)е轮卮笫鹿实膱蟮缹覍乙娪跓善翀蠖耍凵涑鲭姽づ囵B(yǎng)、電工教學(xué)的困境已到了令人擔(dān)憂的地步。如何擺脫這種困境成為電工教師亟待解決的課題。筆者嘗試應(yīng)用歷史的方法于電工教學(xué)，經(jīng)過反復(fù)實踐，有了下面一點粗淺的認(rèn)識，權(quán)作引玉之磚。

首先，在開始講授一門電工課程時，要針對教材中的基本內(nèi)容粗線條介紹相關(guān)的歷史背景。比如講授《電工基礎(chǔ)》（勞動版第四版），該教材的基本內(nèi)容包括電路基礎(chǔ)知識、直流電路、磁場與電磁感應(yīng)、單相交流電路、三相交流電路。所對應(yīng)的歷史過程是：1800年，伏特發(fā)明電池。電池能夠提供持續(xù)不斷的電流，人類對電的研究也由靜電發(fā)展的動電，也就是對電流的研究。1820年，奧斯特在實驗中偶然發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)體附近的小磁針偏離南北指向，由此發(fā)現(xiàn)“動電生磁”，即電流周圍存在磁場的現(xiàn)象，揭示出磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。我們今天稱“動電生磁”為“電流的磁效應(yīng)”。受這一發(fā)現(xiàn)啟發(fā)，法拉第經(jīng)過十年的不懈努力，于1831年找到了“動磁生電”的方法，并制造出世界上第一臺發(fā)電機(jī)。1834年，雅可比發(fā)明世界上第一臺電動機(jī)。至此，人類大規(guī)模生產(chǎn)和使用電能的條件已經(jīng)具備，但電氣時代并未隨之開始，因為這時候人類社會并不大規(guī)模需要電能。這時候以蒸汽機(jī)為主導(dǎo)的技術(shù)體系已經(jīng)十分成熟，而不論是法拉第發(fā)明的發(fā)電機(jī)還是雅可比發(fā)明的電動機(jī)都是直流電機(jī)，直流電機(jī)本就結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造維護(hù)困難，剛剛發(fā)明出來的直流電機(jī)生產(chǎn)和使用成本就更加高，比不過蒸汽機(jī)。過了半個世紀(jì)，情況有了變化。在1881年的巴黎世界電氣博覽會上，有史以來最偉大的發(fā)明家愛迪生把發(fā)電機(jī)和蒸汽機(jī)直接連接發(fā)電，點亮了1000盞電燈，被視為世界奇跡。1882年，愛迪生建立世界上第一座直流發(fā)電廠和第一個民用照明系統(tǒng)，美國的大城市，幾乎所有歐洲的首都，都爭相在街道上安裝電燈，人類社會終于開始大規(guī)模應(yīng)用電能了。隨著電能的大規(guī)模應(yīng)用，直流電難以遠(yuǎn)距離輸送的問題和直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)性缺陷充分暴露，導(dǎo)致了交流電的研究。發(fā)電機(jī)發(fā)出來的本來就是交流電。1886年，愛迪生的助手特斯拉研制出二相交流電動機(jī)，為交流電的工業(yè)應(yīng)用開辟了道路。在此基礎(chǔ)上，杰出的俄羅斯工程師多里沃發(fā)明制造出三相電動機(jī)和三相變壓器，三相電力系統(tǒng)隨之建立起來。隨著三相電力系統(tǒng)的建立，電能便于轉(zhuǎn)換、便于輸送、便于控制的巨大優(yōu)越性得以充分展現(xiàn)，電動機(jī)迅速取代蒸汽機(jī)成為人類社會生產(chǎn)的主流動力。蒸汽機(jī)時代結(jié)束了，電氣時代開始了。

介紹這一歷史過程有什么意義呢？

第一，為學(xué)生學(xué)習(xí)新知識創(chuàng)建結(jié)合點。學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的過程也就是新知識和學(xué)生已有知識建立聯(lián)系的過程。建立聯(lián)系的前提條件是學(xué)生已有知識中有接納新知識的結(jié)合點。沒有結(jié)合點學(xué)生便不可能理解新知識。因材施教和循序漸進(jìn)成為教育教學(xué)的最基本原則，道理正在這里。學(xué)生了解了相關(guān)歷史過程，也就知曉了相關(guān)知識的來龍去脈，進(jìn)一步理解它們便成了順理成章，水到渠成的事情。

第二，這一歷史過程也為學(xué)生揭示出學(xué)習(xí)電工學(xué)的一般方法。不管是奧斯特偶然發(fā)現(xiàn)“動電生磁”，還是法拉第經(jīng)過十年努力使“動磁生電”，以及電工學(xué)一系列的概念、原理、方法都源自實驗，電工學(xué)就是一門實驗科學(xué)。學(xué)習(xí)電工學(xué)當(dāng)然也離不開實驗。學(xué)校要為電工課準(zhǔn)備好充分的實驗條件，學(xué)生則要充分利用這些條件做實驗，通過實驗認(rèn)識各種電磁現(xiàn)象，揭示各種電磁規(guī)律，進(jìn)而掌握相關(guān)知識，形成電工技能。

第三，這一歷史過程由一系列發(fā)現(xiàn)發(fā)明事件構(gòu)成，這些事件構(gòu)成了一個不可置換的歷史序列，比如奧斯特發(fā)現(xiàn)“動電生磁”的事件只能發(fā)生在伏特發(fā)明電池之后，再后才可能有法拉第發(fā)現(xiàn)“動磁生電”的事件。這一歷史序列又與教材中知識的邏輯體系相對應(yīng)，相統(tǒng)一。借助這個對應(yīng)統(tǒng)一可以幫助學(xué)生感悟人類認(rèn)知的一般規(guī)律：由簡單到復(fù)雜，由低級到高級，由感性到理性，由具體到抽象。感悟了這一規(guī)律，無疑有益于學(xué)生學(xué)習(xí)方法的不斷改進(jìn)，學(xué)習(xí)能力的不斷提高，學(xué)習(xí)興趣志向的不斷強(qiáng)化。

其次，對于特別重要，特別關(guān)鍵的概念，要詳細(xì)介紹相關(guān)歷史背景。比如電磁感應(yīng)定律，是全書的重點，也是全書的難點，是學(xué)生學(xué)習(xí)交流電最關(guān)鍵的基礎(chǔ)概念，在講授這一概念時就要從其發(fā)現(xiàn)者法拉第的生平介紹導(dǎo)入新課，包括家境貧寒，12歲就上街賣報；13歲到書店當(dāng)學(xué)徒，熱衷讀書，熱衷實驗；聽著名科學(xué)家戴維演講，立下科研之志；精心編輯“亨·戴維爵士講演錄”回贈戴維，與戴維結(jié)下深厚友誼；投書皇家學(xué)會會長班克斯爵士要求為科學(xué)服務(wù)，卻被無禮拒絕；得戴維幫助成為實驗助理員；受奧斯特“動電生磁”實驗啟發(fā)，經(jīng)過十年不懈努力終于找到“動磁生電”方法。其中關(guān)鍵之處要做細(xì)節(jié)描述：1831年10月17日，當(dāng)法拉第把一塊磁鐵插入線圈的時候，突然發(fā)現(xiàn)和線圈相連的檢流計的指針動了一下，他全身一震，又重復(fù)了一下這個動作，指針又動了一下（同步實驗給學(xué)生看），確鑿無疑地動了一下。頃刻間法拉第熱血沸騰，狂呼起來。他太激動了，整整十年的堅持不懈，他終于找到了“動磁生電”的方法。激動之后是困惑——這個動作他以前也做過，卻未見指針動，原因何在呢？旋即他明白了，因為指針動的幅度實在太小了，而且更關(guān)鍵的是指針只動在磁鐵插入和拔出的瞬間，稍縱即逝。以前他是插入磁鐵后再去看指針動否，而這時指針已動完復(fù)位。這次他之所以能夠發(fā)現(xiàn)是因為他把磁鐵插入線圈的同時掃了檢流計一眼。正是這一掃，法拉第成為近代電磁學(xué)的奠基人，人類找到了打開電力寶庫大門的鑰匙。也正是這一掃，1831年10月17號不再普通而成為具有歷史意義的日子——電氣時代的第一縷曙光在這一天出現(xiàn)在蒸汽機(jī)時代的地平線上。此后，法拉第經(jīng)過反復(fù)實驗確認(rèn)了“動磁生電”的六種方式，這六種方式用一句話來概括就是：只要導(dǎo)體周圍的磁場發(fā)生變化，就能在導(dǎo)體中引起電動勢。這種現(xiàn)象法拉第形象地稱為“動磁生電”，我們今天稱為“電磁感應(yīng)”。

這種詳細(xì)的介紹有什么意義呢？

第一，能夠把法拉第等科學(xué)家探索的艱辛和成功的喜悅轉(zhuǎn)換成學(xué)生的真切體驗，從而喚起學(xué)生的興趣，集中學(xué)生的注意力，形成興奮點。學(xué)生越興奮，思維越活躍，學(xué)習(xí)效果就越好。

第二，使學(xué)生真切感受到電工學(xué)就在身邊，就在日常生活中，從而破除對科學(xué)和科學(xué)家的神秘感，化解畏難情緒，增強(qiáng)學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)的信心。

第三，電磁感應(yīng)概念是抽象的，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的過程是生動的。學(xué)生知道了生動的發(fā)現(xiàn)過程，就能對抽象的概念建立生動的聯(lián)想，就可以幫助學(xué)生更好地理解和更牢固地記憶“電磁感應(yīng)”等重要概念，從而更好地完成教學(xué)任務(wù)，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

再次，要注意揭示相關(guān)概念之間的歷史聯(lián)系和邏輯關(guān)系。比如歐姆定律和基爾霍夫定律，它們都是關(guān)于電路中電動勢、電壓、電流、電阻之間關(guān)系的定律。前者發(fā)表于1826年，當(dāng)時歐姆40歲；后者發(fā)表于19年后的1845年，當(dāng)時基爾霍夫還是個21歲的大學(xué)生。它們之間的歷史聯(lián)系是：前者是歐姆歷盡艱辛挫折反復(fù)實驗得出的，后者是基爾霍夫在歐姆工作的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。這種歷史聯(lián)系也必然體現(xiàn)在它們的邏輯關(guān)系中：

1. 對部分電路應(yīng)用基爾霍夫第二定律列方程可得：0 = U-I R；整理得I = U / R；與部分電路歐姆定律相同。

2. 對全電路應(yīng)用基爾霍夫第二定律列方程可得：E = I r + I R；整理得I = E / （ r + R ）；與全電路歐姆定律相同。

由此可見，歐姆定律是基爾霍夫定律在簡單電路中的表現(xiàn)形式，歐姆定律包含在基爾霍夫定律之中。

顯然，揭示相關(guān)概念之間的歷史聯(lián)系和邏輯關(guān)系可以幫助學(xué)生融會貫通所學(xué)知識，可以幫助他們在更深的層次上理解相關(guān)知識，更熟練地應(yīng)用相關(guān)知識，同時也使他們的知識結(jié)構(gòu)更加緊密，更加鞏固，意義之重大不言而喻。

歷史的和邏輯的方法是人們認(rèn)識世界的兩種基本方法，它們相輔相成，不可偏廢。技工學(xué)校的電工教材是按所講知識的邏輯體系編寫的，是在大量感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上得出的理性結(jié)論，應(yīng)用的是邏輯的方法。這樣編寫的教材文字精練，內(nèi)容抽象。由于學(xué)生缺乏相應(yīng)的感性經(jīng)驗，因而難學(xué)難懂。應(yīng)用歷史的方法教學(xué)就是要介紹相應(yīng)的感性經(jīng)驗給學(xué)生，使他們能夠通過具體的歷史事件理解抽象的電工概念，是對教材的再加工，遵循和體現(xiàn)的還是人們認(rèn)知的一般規(guī)律。

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