在课堂教学中培养学生的研究能力

1、在课堂教学中培养学生的研究能力当今世界，科技发展、知识的的创新越来越决定着一个国家、 一个民族的发展进程， 未来世界综合国力的竞争归根结底是知识 创新的竞争，是创新人才的竞争 1 。当前重大的知识创新可以 影响一个产业、一个国家，甚至影响整个人类的未来。科学技术 是第一生产力已毋庸置疑， 而科学研究的精髓便是创新， 而科学 研究的主体是具有研究能力的人， 因此作为培养高级专门人才的 高等院校，必须把培养学生的研究能力提在突出的位置 2 。目 前各个院校都非常重视培养学生的研究能力， 在实验教学中增加 研究性实验的比例， 开展各种形式的课外研究活动， 但对在课堂 教学中培养学生的研究能力重视不够

2、， 而课堂教学是教学的主渠 道。本文讨论了在课堂教学中融知识传授和研究能力培养为一体 的教学方法。1 培养学生掌握目标导向，问题牵引的研究方法 研究简单地说就是完成一件事情， 首先要确定研究目标， 然 后确定研究的途径， 在达到目标过程中必然会出现各种各样的问 题，所有问题解决了，目标也就达到了，研究也就完成了。掌握 知识也是一件事， 所以在课堂教学中以问题组织教学， 可以使学 生掌握知识的同时提高学生的研究能力。例如耦合电感的讲解， 首先电路分析的目标是求解各个支路的电压和电流， 而求解的依 据是两类约束， 即电路约束和元件约束。 电路约束是基尔霍夫定 律，元件约束是元件的伏安关系（VCR，

3、基尔霍夫定律没有问 题，但耦合电感是一个新器件，所以首先要解决耦合电感的 VCR 问题，耦合电感的电压包括自感电压和互感电压， 电压有大小和 方向两个问题， 互感和自感电压的大小问题解决了， 但互感和自 感电压的方向不知如何确定， 要解决这一问题， 又引入了同名端 的知识，在同名端的问题上，又提出如何判定同名端的问题，在 判定同名端的问题上又分实际耦合电感和符号耦合电感的情况。 这种从目标出发， 问题牵引的教学方法， 使学生自然而不是生硬 地掌握知识，同时也体会到了目标导向，问题牵引的研究方法。2 培养学生分析一般与特殊、共性与个性的意识 研究就是为了揭示事物的本质或事物之间的规律， 事物的本

4、 质有共性与个性， 规律有一般规律和特殊规律， 可以在掌握一般 规律的基础上分析特殊规律， 也可以从众多特殊规律归纳出一般 规律，通过出入一般与特殊，共性与个性，才能使得研究不断深 入，研究是建立在已有知识的基础上的， 要注意知识的适用范围 和条件， 研究过程中一定要具体问题具体分析， 这些意识都可以 在课堂教学中培养。 在教学中让学生首先要掌握一般方法， 在掌 握一般方法的基础上掌握特殊方法； 在解题时， 首先看有无特殊 方法，若找不到特殊方法再适用一般方法。 例如求图 1 所示电路 的等效电感 Leq，已知L1=6H, L2=4H, M=2H解法1: 一般方法，根据耦合电感的 VCR和输入

5、阻抗的定义 求解。?1=jwL1 i 1+jwMi 2,又因为2=0?2=jwL2 i 2+jwMi 1消去i 2,得:?仁5jwi 1,由输入阻抗的定义得Zi=5jw所以 Leq=5H解法 2:直接使用空芯变压器的输入阻抗的公式,Zi=jwL1+w2M2/jwL2=jw (L1-M2/L2) =5jw，所以 Leq=5H 解法 3:使用等效变换法,图 2 为图 1 的等效电路。由图 2 可知：Leq=4+2| 2=5H解法 1 是一般方法, 任意电路都能适用, 解法 2 只适用于空 芯变压器, 解法 3 只适用于耦合电感的三端连接的情况。 这样教 学使学生养成分析一般与特殊,共性与个性关系的

6、习惯。3 教学生发现问题的方法,培养学生提出问题的能力 研究过程的本质就是新知识的形成过程,它包括问题的提 出、分析和解决。判断一个人是否有创新能力,不仅要看他是否 能解决问题,更要看他能否提出问题,后者是一种更高的能力。 我们在课堂教学中从以下几个方面培养学生提出问题的能力： 分析书本上的方法是否正确, 各个结论之间是否有矛盾, 因为真 理却是相容的, 若得出矛盾的或与事实不相符的结果, 则不是方 法有错,就是运用的定理有错,或是运用的范围、前提条件不满 足,有错就有问题。 例如：有一习题学生使用两种不同的方法做, 结果不一样, 哪一种做法错了？是方法本身错了还是方法运用错 了？错在哪儿？又

7、如： 书上讲解了独立电压源与一电阻串联可等效为一独立电流源与一电阻并联， 在例题中直接把一受控电压源与一电阻串联等效为一受控电流源与一电阻并联， 这种简单的类 推是否正确？分析各种方法的优劣，结论的适用条件。有些问题尽管解决了，但解决的方法繁杂、困难，能否找到一种更好的 解决方法？每个结论总有条件， 它的适用范围受到诸多限制， 能 否使结论打破这种局限性， 使其具一般性？或在不满足条件时应 如何对其修正？如戴维南定理只适用于明确的单口网络， 若不是 明确的单口网络，可寻找一种新的方法，称之为拟戴定理。分 析已有方案的优势。对于工程的实施过程，结果会有优劣之分。 人们总希望改进设计方法，使设计的

8、系统性能更好、更经济。例 如：让学生设计一个能完成一定功能的电路， 学生的设计方案有 几种，按方案做好电路，结果更是花样百出。由此笔者深刻地体 会到：教师在教学过程中，不能把问题强加给学生，而应通过启 发式教学，精心设置教学情境，来培养学生的问题意识，让他们 自己主动提出问题 3 。4 培养学生问题转换的能力研究过程包括问题的提出、 分析和解决， 研究过程中会出现 一系列的问题， 研究最终都要落实到问题的解决上。 解决问题除 了直接解决外， 大部分是间接解决， 需要把一复杂的问题分解为 几个简单的问题， 把一难的问题转换成一个容易的问题， 把未知 的问题转化成已知的问题，所以问题转换能力在研究

9、中非常重 要。我们在课堂教学中培养学生问题转换的能力， 例如一阶电路部分的讲解， 要解只含一个动态元件的线性、 非时变电路各支路 的电流和电压 4 ，将电路分解为含源电阻网络 N1 和动态元件 N22个二端网络，N1可以用戴维南定理或诺顿定理等效， 等效后 电路就变为 3 个元件的串联或 3 个元件的并联电路， 这是非常简 单的电路。由基尔霍夫电压定律电流定律及元件的VCRB容易得到有关动态元件状态变量的一阶常系数微分方程， 问题就转化为 一阶常系数微分方程求解的问题。 根据信号及初态是否为零， 又 分为 3 个具体问题，即零输入响应、零状态响应和完全响应。动 态元件状态变量求得后，可用电流源

10、或电压源置换掉动态元件， 置换后电路为线性电阻电路， 就是线性电阻电路的求解问题， 这 样就求得其余各支路的电流和电压。 若信号在整个时间内不能用 一个函数式表示， 则有两种方法可解决这一问题。 一是信号分解， 把该信号分解为几个信号的和， 其中任一信号都能用一函数式表 示，总的响应为各信号响应之和。 二是在时间上分段表示该信号， 求出一段再求下一段，后一段的初始值是前一段的终值 3 。5 培养学生的整体观 研究过程中会出现一系列的问题，这些问题并不都是并列 的，研究需要有整体观，不能只见树木不见森林，要理清问题的 脉络。尽管研究要落实在具体问题的解决上，但把握整体，能更 深刻地理解和分析具体

11、问题， 有利于具体问题的解决。 我们在课 堂教学中要注意培养学生的整体观， 如在耦合电感和变压器这一 章，根本问题是求解含有耦合电感电路各支路的电压与电流， 直接解决需解决耦合电感及变压器的 VCF的问题，解决VCR、可题需 解决耦合电感电压大小和方向问题。 间接解决看能否把耦合电感 等效成电感，即去耦等效，但去耦等效需满足一定的条件。耦合 电感一种特殊的连接的方式就构成了空芯变压器， 因空芯变压器 是耦合电感的一种特殊的连接的方式， 因此就有了一些空芯变压 器特殊求解方法。空芯变压器加上一个条件就变成全耦合变压 器，全耦合变压器是特殊的空芯变压器， 全耦合变压器再增加一 些条件时， 就变成理想变压器， 理想变压器可看成是一种更特殊 的空芯变压器，在这些条件下，可得理想变压器的VCR显然理想变压器的VCR比空芯变压器的VCR简单，便于求解，全耦合变 压器可等效成理想变压器去求解。 这样教学不仅培养了学生的整 体观，也使学生体会到这部分的知识就是为了解决这几个问题， 这几个问题又分别是如何解决的， 这样学习，学生感到内容清晰， 容易掌握。6 结束语迎接未来科学技术的挑战， 最重要的是坚持创新， 创新不是 空洞的概念，也不是高不可攀，只要具有研究能力，就可以去创 新，区别仅是创新成果的大小。 问题意识是提高研究能力的关键， 而问题来源于思考， 只有思考的积累才能