以学为中心的基尔霍夫定律教学设计

孙小飞

【摘 要】针对基尔霍夫定律教学过程中经常出现的难点，依据教育学、教育心理学原理，从教学设计的诸要素分析入手，对教学内容、教学对象、教学策略进行了前端分析，并结合实际教学情况，从设计意图、实施策略等方面对教学流程的设计、教学方法手段的选择、教学总结的实施等方面进行了系统的阐述。

【关键词】基尔霍夫定律;教学设计;课程教学;电路原理

基尔霍夫定律是电工技术课程中进行电路分析的重要定律，是解决复杂电路的重要工具，是教学的重点。但是在实际教学过程中，学生在学习该内容时，理解难、不会应用的问题比较突出，为此，本文提出以学为中心的教学理念，从学生的认知特点出发，遵循教育学、教育心理学的基本规律，借助学生的知识储备、生活经验、搭建学习的脚手架等方式，突出学生的学习主体地位，以促进学生学习为目标，进行了课次教学设计。

一、前端分析

（一）教学目标

学生通过本次课的学习，会判断电路中节点、支路、网孔、回路的数目;会利用基尔霍夫定律列写具体电路的电流与回路电压方程;会使用支路电流法计算电路参数;会运用基尔霍夫电流定律和电压定律分析复杂电路。

（二）教学内容分析

基尔霍夫定律是解决复杂电路的重要定律，属于直流电路分析基础中的教学重点。具体包含基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律两个部分。基尔霍夫电流定律反映了电路中各支路间的电流关系，基尔霍夫电压定律反应了电路中各回路上电压关系，其本质上反映了电路拓扑结构与电量之间的关系。

（三）教学对象分析

本课程的教学对象是职业技术教育层次的机电专业学生。学生在本次课程前面课时已学习了简单电路的分析与计算，掌握了电动势的概念、欧姆定律、串并联电路特点及其计算方法。另外学生中学阶段已形成电荷守恒、能量守恒的认知，并且具备一些生活经验，比如流入水量等于流出水量等，可以帮助学生理解基尔霍夫电流定律。

（四）重难点分析

根据课程的教学目标和教学内容的关联关系，确定本次课的教学重点是节点、支路、回路的概念，基尔霍夫定律的内容，列写回路电压方程的方法;支路电流法分析电路的思想和方法。

根据课次教学内容的特点和教学对象的分析，确定了本次课的教学难点为回路电压方程的列写。在实际的授课过程中发现学生学习的难点突出具体表现为不能正确判断电位的升降，因此，无法正确判断回路电压方程各电量元素前的正负号。

拟采用解决教学重难点的策略，一是可以制造认知冲突，引起学生学习的有意注意;二是激发学生原有的知识储备，与新授内容建立关联;三是通过仿真实验验证，加深对知识的理解与记忆;四是加强练习，促进知识的迁移和内化。具体策略的应用将在教学实施环节具体阐述。

二、教学实施

（一）抛出问题，引发认知冲突

老师给出一个电路分析实例，请学生分析电路中电流关系。学生此时会发现原有的知识储备，已不能解决此类问题，以此来激发起学生的求知欲和学习动机。通过设置疑点，引出新授课内容——复杂电路的概念。结合例题讲解复杂电路的几个重要概念，如何进行判断节点、支路及回路等知识点。此环节教学设计的意图是通过电路实例，引发学员的认知冲突，进而激发解决问题的动机。

（二）抛出新授，解决问题

1.循序渐进，符合学生的认知特点

在引发学生认知冲突的基础之上，引出解决问题的方法和步骤。遵循从易到难、循序渐进的教学基本规律，先引出基尔霍夫电流定律，解决电路中电流之间的关系。在讲解基尔霍夫电流定律即流入节点的电流等于流出节点的电流时，可以借助学生原有的认知基础电荷守恒帮助理解。

在學生掌握基尔霍夫电流定律的基础之上，进一步拓展讲解基尔霍夫电流定律的扩展定律，把一个节点扩大到电路中任一个假设的闭合面。可通过一个例题的形式引入，让学生自主思考、讨论部分电路的电流关系并进行求解，在学生思考讨论的基础之上，找出解决问题的简便方法，跳出思维局限，从整体的视角看到问题，进而得出结论。

2.巩固内化，促进新的认知平衡

从知识的分类上看来，基尔霍夫定律的应用属于程序性知识，这类知识的习得必须经过大量的练习，才能达到知识巩固和内化的要求。所以，在定律学习的同时，必须按照学生的层次特点安排必要的练习题，进行强化练习，在完成习题过程中，加强对知识的理解、分析、应用能力。只有这样才能把新学知识同化进原有的认知图式，形成新的认知平衡。

3.通过仿真电路，建立学生学习的脚手架

应用基尔霍夫电压定律列写网孔电压方程是教学的重点，也是教学的难点。学生在判断电压升降方面存在判断困难，这时可以利用搭建仿真电路的方法，给学生建立形象的感知。通过设计不同的实验数据，观察电路中电压的升降关系，帮助学员理解电势守恒的概念。

4.巧用生活经验，帮助学生理解

基尔霍夫电流定律描述的是通过节点的电流关系，因为电流是看不到的，比较抽象的概念，可以引用学生的生活经验比如“水路四通阀门”流入水阀的水量等于流出水阀的水量，把电流与水流进行类比，学员很容易接受。

基尔霍夫电压定律描述的是网孔中电势之间的关系，一方面可以借助形象直观的仿真试验数据帮助理解，同时也可借助生活中的实例帮助理解。比如把上楼梯类比成电位升，下楼梯类比成电位降，那么电流经过电源为上楼梯，电位升，电流通过负载为下楼梯，则为电位降，走一圈下来，电位升为正，电位降为负，则电位升等于电位降。

（三）引导总结，启发思维

1.及时总结，促进知识迁移

在前面引导学生分析问题、解决问题的基础之上，引导学生总结解决问题的方法步骤。学生在学习新知识的过程之中，由于注意的广度不够，经常会形成零散的知识点，所以在课程结束之前，教师要引导学生进行总结，借助思维导图等教学工具，梳理和总结解决问题的步骤，形成方法体系，并把知识点进行串接，形成知识脉络，便于知识迁移能力的养成。

2.启发思考，引发科学思维

在应用基尔霍夫定律解决实际电路问题时，有几个特别关键的点，比如应用基尔霍夫电流定律时，关于电流参考方向的假定，应用基尔霍夫电压定律时，关于回路绕行方向的假定、电流参考方向的假定，都是正确解决工程问题的关键点。要以此引发学生思考在进行工程应用时，要养成严谨、细致的思维习惯和学习方式。

3.课堂留白，启迪智慧

基尔霍夫定律是解决复杂电路的一种方法和手段，要及时启发学生探究新的创造性解决问题的思维。比如结合具体的实例，提供学习资料，启发学生是否用其他的方法能够简化计算，省时省力。学生通过学习资料，进行自主探究，启发学生的创新意识和创新能力，启迪学生的智慧。

电工技术课程理论性比较强，存在比较抽象、枯燥的教学内容，只要能够结合课程特点，以学生的学习为中心，结合学生的需要，选择合适的教学策略，循序渐进的进行教学设计，一定能够取得良好的教学效果。

【参考文献】

[1]乌美娜.教学设计[M].北京：高等教育出版社，1994

[2]赖绍聪.如何做好课程教学设计[J].中国大学教学，2016（10）

[3]杜静.探究大专电子电工教学设计[J].职业教育，2016（11）

（海军潜艇学院基础部，山东 青岛 266199）