浅谈认知发现理论在电工学教学中的应用
摘 要：针对学生对电工学的认知结构状态及其问题，结合培养学生的认知能力、创新思维和可持续发展的教育核心任务，该文以布鲁纳提出的认知-发现理论为依据，围绕电工学在学科体系中的地位及其课程性质重新制定了课程目标、分析了教学观念和模式的转换方向、探讨了课程结构和内容的组织方式，实践表明布鲁纳教学思想对电工学教学质量的提高及学生对知识的深入理解和创造能力的培养十分有效。
关键词：电工学 心理学 认知-发现学习 教学改革
中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（b）-0148-02
电工学具有涉及知识面广、内容繁杂、实践性强等特征，它在工科的学科体系中有着非常重要的基础性地位，对电工课程真正有效的理解将有助于学生学习后续相关的专业课程、进行科学研究、从事相关的工程技术工作和融入现代生活的方方面面。这些情况为电工学课程的教学不断提出新的挑战，对此教育工作者在教学理念、教学模式等方面提出了很多改革策略[1-2]。
对教育的影响，美国著名认知心理学家布鲁纳主张学生学习或教师教学的真正目的是使学生主动形成认知结构和积极建构编码系统，他认为编码系统除了可以进行信息的分类和联系之外，最重要的是能够超越现有的信息，即产生新的创造性信息，学生从而获得创新能力。该文以布鲁纳的认知-发现理论为核心，在调查分析学生的认知规律和心理特征的基础上，根据布鲁纳的教学思想精心设计电工学的教学过程、教学情境和教学结构，使电工学课堂成为促进学生自主学习的培养、智慧潜能的激励及创造思维开发的重要场所，学生在此过程中建立的认知结构、学习态度、情感和价值观将对其在学科领域的后续学习产生持续影响。
1 学生对电工学的认知状态分析
布鲁纳认为新知识的学习取决于学习者原有的知识结构，因此，教师在教授电工学知识时，客观了解学生已有的相关的认知状态及其个别差异是非常必要的。电工学课程需要学生应用物理理论和数学方法分析、解决实际电路问题，但调查发现学生对这些知识的理解程度参差不齐，多数学生没有透彻掌握、理解数学原理的内涵，对电磁学的本质问题也比较陌生。同时发现部分学生曾在有关电学知识的学习、考核中多次遭遇失败，学生自我效能感低，产生自认不擅长学习这些方面知识的错误认知，导致学生对电工学的学习存在抵制的心理趋势。部分电工学后续专业课程少的专业学生由于意识不到课程的基础性和重要性，因而存在消极、轻视的学前态度。
2 围绕基本结构开展教学活动
布鲁纳强调教师最重要的教学任务是帮助学生理解学科的基本结构，其中“基本”意味着概括性程度高和具备广泛、深刻的适用性。从学生的理解与迁移角度来看，将包括基本概念、基本原理及基本规律的“三基”作为学生学习电工学的核心内容有着非常明显的合理性，而且可以自然而然解决高校教育中现存的几个不可避免的矛盾问题。
首先，随着高校学分制、素质教育和学生减负等政策的推行，电工学总学时被数次压缩，而随着新技术、新材料的不断发展，电工学知识日益繁杂，基于“基本结构”的教学策略则可以有效解决学时与内容之间的冲突问题。其次，由于电工学基本概念和基本原理简洁明了概括电磁学知识的本质属性和特征，课程内容的内在联系变得更加明确，有助于学生有效引申展开以解决课内、外及科研、工作中遇到的实际问题。至于电工学“三基”以外的知识需要教师引导学生在以下环节中共同完善，如：习题、实验及实习等。教师需要精心设计教学结构和内容促使学生反复应用、分析电工学基本理论，自“上”而“下”，从“一般”到“具体”，在不断使用中不断更新完善基本结构，直到学生主动加工形成一个与基本结构相统一的、具有逻辑性和系统性的完整电工学知识体系。
3 适当将学科的新科学成就贯穿于教学中
布鲁纳认为，在儿童的早期教学中提前引入基础学科知识可以促进早期智慧的开发，同理在高校的电工学课程教学过程中融入学科专业相关的生产、生活各方面的应用、新科技知识及发展趋势，能促进学生在专业学习过程与以后的工作中更好理解所遇到的类似知识，有效促进学科整体知识之间的迁移，尽快融入相应的科研及职业领域。例如：加州大学的蔡少棠教授在研究电荷、电流、电压和磁通量之间的关系后推测出电学中除了电阻器、电容器和电感器基本元件之外，应该还存在一种组件，并于1971年提出了忆阻器[3-4]。研究人员声称，忆阻器可让手机能耗低、节能，也可使电脑在断电后再次打开后仍能保存信息。惠普集团甚至预测若在电脑系统中使用忆阻器可以产生人类某种模式（patterns）的记忆和关联。再比如自20世纪80年代初，电磁轨道炮被作为未来新式武器提出以来，一直被世界各国的军部所重视。电磁轨道炮是一种具有射远程、高能和多任务特征的先进杀伤武器，其军事用途十分广泛[5]。
4 创设发现学习情境激发学生创新思维
布鲁纳提倡“发现教学”，发现教学法是指在教师提供信息的基础上，学生自主的依据自己独特的认识程序获取知识，他发现此教学模式有利于激发学生的智慧潜能，并获取创新能力。发现法的有效应用在很大程度上取决于学生在学习过程中的心理状态及教师对学生提供反馈信息的时机、步调和方法。因此，教师应从内心转变灌输思想，创设促进学生潜能发挥的良好氛围，尊重学生的独立人格，以和学生完全平等的情感与学生共同合作，保证学生处于轻松、平和、自主的环境。如果学生在学习过程中消极、被动，觉得存在一定的困难，教师需要提供即时反馈，在每个小步骤都予以及时鼓励和奖励反馈，学生的探究过程将变得顺利，容易获取新的信息。学生在发现法的学习过程一般要经历信息的组织、提取、检索、分析、应用、检验几个阶段，教师则需要抓住学生总结自己的成果并与预定目标进行对比的时机给出合适的对学生具有帮助性的矫正性反馈信息。教师提供的反馈信息应采取合理措施以保持学生的认知过程的独立性，在充分考虑学生知识结构的基础上做到点拨即可，以避免学生对老师的反馈产生依赖性。
5 结语
该文在分析高校工科学生认知结构现状的基础上，探讨了在电工学课程的教学过程中怎样有效应用布鲁纳的认知-发现教学方法，旨在使学生在掌握课程基本结构的基础上，能够优化信息的组织、整理、储存和提取方式，激发知识结构内在相互关联性的认识和掌握，促进认知结构的有效迁移，提高学生发现知识、解决问题和创新的能力，加强对学科体系横向和纵向知识结构的融会贯通。
但布鲁纳教学理论的有效实施对教师的素质、技巧和博学等方面有着极高要求，因此，教师平时一定要加强自身的修养、学习和培训，不断完善、充实自我，全面、深人探究课程结构和相关的扩展知识。
参考文献
[1]梁凯.关于高校电工电子技术教学改革的研究[J].现代企业教育，2013（1）：113.
[2]黄琦兰，马欣，沙琳，等.电工电子课程实验教学改革实践与探索[C]//电工电子课程报告论坛论文集.2007：2230-2233.
[3]Tour，James M and Tao He.Electronics：The fourth element[J].Nature，2008（453）：42-43.
[4]忆阻器[EB/OL].http：//baike.baidu.com/link？url=UOieYV4YufrJQuytu5MaRfV8-Jzwf6CA1RE3by4AqrcOQ-ydDBUBbTBdnXE86Nv9_U9L4c5Rao12yI_91yC4SK.
[5]电磁炮[EB/OL].http：//baike.baidu.com/link？url=LNXOpwXyP_sH8oB-0gVhCx_UTLbPK4gA2oFvetE2AQkfMzLvbTpzMibEDNfnWCIBIQC7ntAoG6S1HWUTXJgHTa.