应用历史方法,,促进电工教学

【摘 要】应用历史方法，促进电工教学，就是通过介绍相关的历史背景，阐述人们认识电现象的基本过程和方法，揭示其中的一般规律，彰显前辈电学大师的不懈努力和敬业精神，激发学生的学习兴趣和志向，促进电工教学质量和效率的不断提高。

【关键词】历史方法电工教学

这里说的历史方法，是指通过介绍相关的历史背景，阐述人们认识电现象的基本过程和方法，揭示其中的一般规律，赋予抽象的电工概念以生动的联想，从而激发学生的学习兴趣和志向，化解学生对学习电工课的畏难情绪，促进电工教学质量和效率的不断提高。

1875年库伦从实验确定了电荷间的相互作用力，人类对电的研究开始进入到定量阶段。此后经过两百多年的探索，电工学已形成一个复杂而庞大的理论体系，电工电子技术更是进步到了令人不可思议的程度，比如只要动动手指，便可通过各种自动智能控制系统在工厂实现各种复杂精密的加工，或者通过手机等各种终端在互联网构成的虚拟世界中心想事成。电工理论和技术的巨大发展极大地促进了人类的文明进步，也给电工教学造成困难。电工课早已成为学生最难学老师最难教的课程。由于电气原因导致重大事故的报道屡屡见于荧屏报端，折射出电工培养、电工教学的困境已到了令人担忧的地步。如何摆脱这种困境成为电工教师亟待解决的课题。笔者尝试应用历史的方法于电工教学，经过反复实践，有了下面一点粗浅的认识，权作引玉之砖。

首先，在开始讲授一门电工课程时，要针对教材中的基本内容粗线条介绍相关的历史背景。比如讲授《电工基础》（劳动版第四版），该教材的基本内容包括电路基础知识、直流电路、磁场与电磁感应、单相交流电路、三相交流电路。所对应的历史过程是：1800年，伏特发明电池。电池能够提供持续不断的电流，人类对电的研究也由静电发展的动电，也就是对电流的研究。1820年，奥斯特在实验中偶然发现通电导体附近的小磁针偏离南北指向，由此发现“动电生磁”，即电流周围存在磁场的现象，揭示出磁现象的电本质。我们今天称“动电生磁”为“电流的磁效应”。受这一发现启发，法拉第经过十年的不懈努力，于1831年找到了“动磁生电”的方法，并制造出世界上第一台发电机。1834年，雅可比发明世界上第一台电动机。至此，人类大规模生产和使用电能的条件已经具备，但电气时代并未随之开始，因为这时候人类社会并不大规模需要电能。这时候以蒸汽机为主导的技术体系已经十分成熟，而不论是法拉第发明的发电机还是雅可比发明的电动机都是直流电机，直流电机本就结构复杂，制造维护困难，刚刚发明出来的直流电机生产和使用成本就更加高，比不过蒸汽机。过了半个世纪，情况有了变化。在1881年的巴黎世界电气博览会上，有史以来最伟大的发明家爱迪生把发电机和蒸汽机直接连接发电，点亮了1000盏电灯，被视为世界奇迹。1882年，爱迪生建立世界上第一座直流发电厂和第一个民用照明系统，美国的大城市，几乎所有欧洲的首都，都争相在街道上安装电灯，人类社会终于开始大规模应用电能了。随着电能的大规模应用，直流电难以远距离输送的问题和直流电机的结构性缺陷充分暴露，导致了交流电的研究。发电机发出来的本来就是交流电。1886年，爱迪生的助手特斯拉研制出二相交流电动机，为交流电的工业应用开辟了道路。在此基础上，杰出的俄罗斯工程师多里沃发明制造出三相电动机和三相变压器，三相电力系统随之建立起来。随着三相电力系统的建立，电能便于转换、便于输送、便于控制的巨大优越性得以充分展现，电动机迅速取代蒸汽机成为人类社会生产的主流动力。蒸汽机时代结束了，电气时代开始了。

介绍这一历史过程有什么意义呢？

第一，为学生学习新知识创建结合点。学生学习新知识的过程也就是新知识和学生已有知识建立联系的过程。建立联系的前提条件是学生已有知识中有接纳新知识的结合点。没有结合点学生便不可能理解新知识。因材施教和循序渐进成为教育教学的最基本原则，道理正在这里。学生了解了相关历史过程，也就知晓了相关知识的来龙去脉，进一步理解它们便成了顺理成章，水到渠成的事情。

第二，这一历史过程也为学生揭示出学习电工学的一般方法。不管是奥斯特偶然发现“动电生磁”，还是法拉第经过十年努力使“动磁生电”，以及电工学一系列的概念、原理、方法都源自实验，电工学就是一门实验科学。学习电工学当然也离不开实验。学校要为电工课准备好充分的实验条件，学生则要充分利用这些条件做实验，通过实验认识各种电磁现象，揭示各种电磁规律，进而掌握相关知识，形成电工技能。

第三，这一历史过程由一系列发现发明事件构成，这些事件构成了一个不可置换的历史序列，比如奥斯特发现“动电生磁”的事件只能发生在伏特发明电池之后，再后才可能有法拉第发现“动磁生电”的事件。这一历史序列又与教材中知识的逻辑体系相对应，相统一。借助这个对应统一可以帮助学生感悟人类认知的一般规律：由简单到复杂，由低级到高级，由感性到理性，由具体到抽象。感悟了这一规律，无疑有益于学生学习方法的不断改进，学习能力的不断提高，学习兴趣志向的不断强化。

其次，对于特别重要，特别关键的概念，要详细介绍相关历史背景。比如电磁感应定律，是全书的重点，也是全书的难点，是学生学习交流电最关键的基础概念，在讲授这一概念时就要从其发现者法拉第的生平介绍导入新课，包括家境贫寒，12岁就上街卖报；13岁到书店当学徒，热衷读书，热衷实验；听著名科学家戴维演讲，立下科研之志；精心编辑“亨·戴维爵士讲演录”回赠戴维，与戴维结下深厚友谊；投书皇家学会会长班克斯爵士要求为科学服务，却被无礼拒绝；得戴维帮助成为实验助理员；受奥斯特“动电生磁”实验启发，经过十年不懈努力终于找到“动磁生电”方法。其中关键之处要做细节描述：1831年10月17日，当法拉第把一块磁铁插入线圈的时候，突然发现和线圈相连的检流计的指针动了一下，他全身一震，又重复了一下这个动作，指针又动了一下（同步实验给学生看），确凿无疑地动了一下。顷刻间法拉第热血沸腾，狂呼起来。他太激动了，整整十年的坚持不懈，他终于找到了“动磁生电”的方法。激动之后是困惑——这个动作他以前也做过，却未见指针动，原因何在呢？旋即他明白了，因为指针动的幅度实在太小了，而且更关键的是指针只动在磁铁插入和拔出的瞬间，稍纵即逝。以前他是插入磁铁后再去看指针动否，而这时指针已动完复位。这次他之所以能够发现是因为他把磁铁插入线圈的同时扫了检流计一眼。正是这一扫，法拉第成为近代电磁学的奠基人，人类找到了打开电力宝库大门的钥匙。也正是这一扫，1831年10月17号不再普通而成为具有历史意义的日子——电气时代的第一缕曙光在这一天出现在蒸汽机时代的地平线上。此后，法拉第经过反复实验确认了“动磁生电”的六种方式，这六种方式用一句话来概括就是：只要导体周围的磁场发生变化，就能在导体中引起电动势。这种现象法拉第形象地称为“动磁生电”，我们今天称为“电磁感应”。

这种详细的介绍有什么意义呢？

第一，能够把法拉第等科学家探索的艰辛和成功的喜悦转换成学生的真切体验，从而唤起学生的兴趣，集中学生的注意力，形成兴奋点。学生越兴奋，思维越活跃，学习效果就越好。

第二，使学生真切感受到电工学就在身边，就在日常生活中，从而破除对科学和科学家的神秘感，化解畏难情绪，增强学习科学技术的信心。

第三，电磁感应概念是抽象的，法拉第发现电磁感应的过程是生动的。学生知道了生动的发现过程，就能对抽象的概念建立生动的联想，就可以帮助学生更好地理解和更牢固地记忆“电磁感应”等重要概念，从而更好地完成教学任务，达成教学目标。

再次，要注意揭示相关概念之间的历史联系和逻辑关系。比如欧姆定律和基尔霍夫定律，它们都是关于电路中电动势、电压、电流、电阻之间关系的定律。前者发表于1826年，当时欧姆40岁；后者发表于19年后的1845年，当时基尔霍夫还是个21岁的大学生。它们之间的历史联系是：前者是欧姆历尽艰辛挫折反复实验得出的，后者是基尔霍夫在欧姆工作的基础上发展而来。这种历史联系也必然体现在它们的逻辑关系中：

1. 对部分电路应用基尔霍夫第二定律列方程可得：0 = U-I R；整理得I = U / R；与部分电路欧姆定律相同。

2. 对全电路应用基尔霍夫第二定律列方程可得：E = I r + I R；整理得I = E / （ r + R ）；与全电路欧姆定律相同。

由此可见，欧姆定律是基尔霍夫定律在简单电路中的表现形式，欧姆定律包含在基尔霍夫定律之中。

显然，揭示相关概念之间的历史联系和逻辑关系可以帮助学生融会贯通所学知识，可以帮助他们在更深的层次上理解相关知识，更熟练地应用相关知识，同时也使他们的知识结构更加紧密，更加巩固，意义之重大不言而喻。

历史的和逻辑的方法是人们认识世界的两种基本方法，它们相辅相成，不可偏废。技工学校的电工教材是按所讲知识的逻辑体系编写的，是在大量感性认识的基础上得出的理性结论，应用的是逻辑的方法。这样编写的教材文字精练，内容抽象。由于学生缺乏相应的感性经验，因而难学难懂。应用历史的方法教学就是要介绍相应的感性经验给学生，使他们能够通过具体的历史事件理解抽象的电工概念，是对教材的再加工，遵循和体现的还是人们认知的一般规律。

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