以學(xué)為中心的基爾霍夫定律教學(xué)設(shè)計(jì)

孫小飛

【摘 要】針對基爾霍夫定律教學(xué)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的難點(diǎn)，依據(jù)教育學(xué)、教育心理學(xué)原理，從教學(xué)設(shè)計(jì)的諸要素分析入手，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對象、教學(xué)策略進(jìn)行了前端分析，并結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況，從設(shè)計(jì)意圖、實(shí)施策略等方面對教學(xué)流程的設(shè)計(jì)、教學(xué)方法手段的選擇、教學(xué)總結(jié)的實(shí)施等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述。

【關(guān)鍵詞】基爾霍夫定律;教學(xué)設(shè)計(jì);課程教學(xué);電路原理

基爾霍夫定律是電工技術(shù)課程中進(jìn)行電路分析的重要定律，是解決復(fù)雜電路的重要工具，是教學(xué)的重點(diǎn)。但是在實(shí)際教學(xué)過程中，學(xué)生在學(xué)習(xí)該內(nèi)容時，理解難、不會應(yīng)用的問題比較突出，為此，本文提出以學(xué)為中心的教學(xué)理念，從學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)出發(fā)，遵循教育學(xué)、教育心理學(xué)的基本規(guī)律，借助學(xué)生的知識儲備、生活經(jīng)驗(yàn)、搭建學(xué)習(xí)的腳手架等方式，突出學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)為目標(biāo)，進(jìn)行了課次教學(xué)設(shè)計(jì)。

一、前端分析

（一）教學(xué)目標(biāo)

學(xué)生通過本次課的學(xué)習(xí)，會判斷電路中節(jié)點(diǎn)、支路、網(wǎng)孔、回路的數(shù)目;會利用基爾霍夫定律列寫具體電路的電流與回路電壓方程;會使用支路電流法計(jì)算電路參數(shù);會運(yùn)用基爾霍夫電流定律和電壓定律分析復(fù)雜電路。

（二）教學(xué)內(nèi)容分析

基爾霍夫定律是解決復(fù)雜電路的重要定律，屬于直流電路分析基礎(chǔ)中的教學(xué)重點(diǎn)。具體包含基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律兩個部分?；鶢柣舴螂娏鞫煞从沉穗娐分懈髦烽g的電流關(guān)系，基爾霍夫電壓定律反應(yīng)了電路中各回路上電壓關(guān)系，其本質(zhì)上反映了電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與電量之間的關(guān)系。

（三）教學(xué)對象分析

本課程的教學(xué)對象是職業(yè)技術(shù)教育層次的機(jī)電專業(yè)學(xué)生。學(xué)生在本次課程前面課時已學(xué)習(xí)了簡單電路的分析與計(jì)算，掌握了電動勢的概念、歐姆定律、串并聯(lián)電路特點(diǎn)及其計(jì)算方法。另外學(xué)生中學(xué)階段已形成電荷守恒、能量守恒的認(rèn)知，并且具備一些生活經(jīng)驗(yàn)，比如流入水量等于流出水量等，可以幫助學(xué)生理解基爾霍夫電流定律。

（四）重難點(diǎn)分析

根據(jù)課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定本次課的教學(xué)重點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)、支路、回路的概念，基爾霍夫定律的內(nèi)容，列寫回路電壓方程的方法;支路電流法分析電路的思想和方法。

根據(jù)課次教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)和教學(xué)對象的分析，確定了本次課的教學(xué)難點(diǎn)為回路電壓方程的列寫。在實(shí)際的授課過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)突出具體表現(xiàn)為不能正確判斷電位的升降，因此，無法正確判斷回路電壓方程各電量元素前的正負(fù)號。

擬采用解決教學(xué)重難點(diǎn)的策略，一是可以制造認(rèn)知沖突，引起學(xué)生學(xué)習(xí)的有意注意;二是激發(fā)學(xué)生原有的知識儲備，與新授內(nèi)容建立關(guān)聯(lián);三是通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，加深對知識的理解與記憶;四是加強(qiáng)練習(xí)，促進(jìn)知識的遷移和內(nèi)化。具體策略的應(yīng)用將在教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)具體闡述。

二、教學(xué)實(shí)施

（一）拋出問題，引發(fā)認(rèn)知沖突

老師給出一個電路分析實(shí)例，請學(xué)生分析電路中電流關(guān)系。學(xué)生此時會發(fā)現(xiàn)原有的知識儲備，已不能解決此類問題，以此來激發(fā)起學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)動機(jī)。通過設(shè)置疑點(diǎn)，引出新授課內(nèi)容——復(fù)雜電路的概念。結(jié)合例題講解復(fù)雜電路的幾個重要概念，如何進(jìn)行判斷節(jié)點(diǎn)、支路及回路等知識點(diǎn)。此環(huán)節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)的意圖是通過電路實(shí)例，引發(fā)學(xué)員的認(rèn)知沖突，進(jìn)而激發(fā)解決問題的動機(jī)。

（二）拋出新授，解決問題

1.循序漸進(jìn)，符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)

在引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突的基礎(chǔ)之上，引出解決問題的方法和步驟。遵循從易到難、循序漸進(jìn)的教學(xué)基本規(guī)律，先引出基爾霍夫電流定律，解決電路中電流之間的關(guān)系。在講解基爾霍夫電流定律即流入節(jié)點(diǎn)的電流等于流出節(jié)點(diǎn)的電流時，可以借助學(xué)生原有的認(rèn)知基礎(chǔ)電荷守恒幫助理解。

在學(xué)生掌握基爾霍夫電流定律的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步拓展講解基爾霍夫電流定律的擴(kuò)展定律，把一個節(jié)點(diǎn)擴(kuò)大到電路中任一個假設(shè)的閉合面。可通過一個例題的形式引入，讓學(xué)生自主思考、討論部分電路的電流關(guān)系并進(jìn)行求解，在學(xué)生思考討論的基礎(chǔ)之上，找出解決問題的簡便方法，跳出思維局限，從整體的視角看到問題，進(jìn)而得出結(jié)論。

2.鞏固內(nèi)化，促進(jìn)新的認(rèn)知平衡

從知識的分類上看來，基爾霍夫定律的應(yīng)用屬于程序性知識，這類知識的習(xí)得必須經(jīng)過大量的練習(xí)，才能達(dá)到知識鞏固和內(nèi)化的要求。所以，在定律學(xué)習(xí)的同時，必須按照學(xué)生的層次特點(diǎn)安排必要的練習(xí)題，進(jìn)行強(qiáng)化練習(xí)，在完成習(xí)題過程中，加強(qiáng)對知識的理解、分析、應(yīng)用能力。只有這樣才能把新學(xué)知識同化進(jìn)原有的認(rèn)知圖式，形成新的認(rèn)知平衡。

3.通過仿真電路，建立學(xué)生學(xué)習(xí)的腳手架

應(yīng)用基爾霍夫電壓定律列寫網(wǎng)孔電壓方程是教學(xué)的重點(diǎn)，也是教學(xué)的難點(diǎn)。學(xué)生在判斷電壓升降方面存在判斷困難，這時可以利用搭建仿真電路的方法，給學(xué)生建立形象的感知。通過設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，觀察電路中電壓的升降關(guān)系，幫助學(xué)員理解電勢守恒的概念。

4.巧用生活經(jīng)驗(yàn)，幫助學(xué)生理解

基爾霍夫電流定律描述的是通過節(jié)點(diǎn)的電流關(guān)系，因?yàn)殡娏魇强床坏降?，比較抽象的概念，可以引用學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)比如“水路四通閥門”流入水閥的水量等于流出水閥的水量，把電流與水流進(jìn)行類比，學(xué)員很容易接受。

基爾霍夫電壓定律描述的是網(wǎng)孔中電勢之間的關(guān)系，一方面可以借助形象直觀的仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)幫助理解，同時也可借助生活中的實(shí)例幫助理解。比如把上樓梯類比成電位升，下樓梯類比成電位降，那么電流經(jīng)過電源為上樓梯，電位升，電流通過負(fù)載為下樓梯，則為電位降，走一圈下來，電位升為正，電位降為負(fù)，則電位升等于電位降。

（三）引導(dǎo)總結(jié)，啟發(fā)思維

1.及時總結(jié)，促進(jìn)知識遷移

在前面引導(dǎo)學(xué)生分析問題、解決問題的基礎(chǔ)之上，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)解決問題的方法步驟。學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識的過程之中，由于注意的廣度不夠，經(jīng)常會形成零散的知識點(diǎn)，所以在課程結(jié)束之前，教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)，借助思維導(dǎo)圖等教學(xué)工具，梳理和總結(jié)解決問題的步驟，形成方法體系，并把知識點(diǎn)進(jìn)行串接，形成知識脈絡(luò)，便于知識遷移能力的養(yǎng)成。

2.啟發(fā)思考，引發(fā)科學(xué)思維

在應(yīng)用基爾霍夫定律解決實(shí)際電路問題時，有幾個特別關(guān)鍵的點(diǎn)，比如應(yīng)用基爾霍夫電流定律時，關(guān)于電流參考方向的假定，應(yīng)用基爾霍夫電壓定律時，關(guān)于回路繞行方向的假定、電流參考方向的假定，都是正確解決工程問題的關(guān)鍵點(diǎn)。要以此引發(fā)學(xué)生思考在進(jìn)行工程應(yīng)用時，要養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的思維習(xí)慣和學(xué)習(xí)方式。

3.課堂留白，啟迪智慧

基爾霍夫定律是解決復(fù)雜電路的一種方法和手段，要及時啟發(fā)學(xué)生探究新的創(chuàng)造性解決問題的思維。比如結(jié)合具體的實(shí)例，提供學(xué)習(xí)資料，啟發(fā)學(xué)生是否用其他的方法能夠簡化計(jì)算，省時省力。學(xué)生通過學(xué)習(xí)資料，進(jìn)行自主探究，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，啟迪學(xué)生的智慧。

電工技術(shù)課程理論性比較強(qiáng)，存在比較抽象、枯燥的教學(xué)內(nèi)容，只要能夠結(jié)合課程特點(diǎn)，以學(xué)生的學(xué)習(xí)為中心，結(jié)合學(xué)生的需要，選擇合適的教學(xué)策略，循序漸進(jìn)的進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，一定能夠取得良好的教學(xué)效果。

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（海軍潛艇學(xué)院基礎(chǔ)部，山東 青島 266199）