摭談數值分析實驗課中的任務驅動教學

程攀 田園

在提倡優先發展教育，注重課程教學深化改革的背景下，加強數值分析實驗課教學研究成為數值分析教學改革的必然趨勢。基于此，本文在實踐教學經驗歸納與總結的基礎上，對任務驅動教學及其在數值分析實驗課中的應用進行了簡要分析，以期加強對任務驅動教學的認知與理解，掌握任務驅動教學應用作用與問題，進行任務驅動教學模式的完善，為數值分析實驗教學改革質量的提升提供有益指導。

“數值分析”是工科專業（包括水利工程專業、機械工程專業、電氣自動化工程專業等）教學中的核心課程之一，其專業性、實驗性較強。“數值分析實驗課”作為數值分析課程教學中重要組成部分，側重于學生數值分析知識與技能實踐應用能力的培養與強化。但從實踐教學情況來看，數值分析實驗課教學仍存在諸多不足，實踐教學與理論教學脫節、教學模式陳舊、教學方法單一等問題嚴重影響課程教學質量。基于此，以提升數值分析實驗課教學質量為目標，嘗試任務驅動教學法進行課程教學改革，以期在實踐中有所收獲與體會。

1 對“任務驅動教學”的基礎認識

任務驅動教學法（Task-driven teaching method）是基于構建主義學習理論上（Constructivist Learning Theory，主張學習需以學生為中心，進行學生已有經驗的調動，在已有知識與經驗的基礎上獲取新知識，構建新經驗;強調學生學習活動需與任務或問題進行有機結合，通過問題的探索調動學習興趣，并在知識與技能內化與轉移的過程中，實現新經驗與已有經驗的有效互動，以提升自身能力，促進自身優化發展。）形成的一種教與學相結合的教學方法，它要求教師與學生為一個目標或幾個項目組織開展具有探討性、開放性的教學與學習活動，使學生在問題分析、討論、研究、處理中，調動已有知識，獲取新知識，掌握已有知識與新知識之間的關系，并在教師指導下進行問題的有效處理與解決，幫助學生構建“探究+思考+分析+實踐+解決”的學習體系。任務驅動教學法的有效應用，對提升學生自主學習能力、問題獨立分析與處理能力具有積極影響，在實踐性強的課程教學中存在應用優勢。

基于對“任務驅動教學法”教學研究與教學實踐經驗總結發現，任務驅動教學法教學流程如下：

（1）教學分析：對教學內容以及學生實際情況具有充分了解，確定課程教學目標，構建與當前學生主題相符的學習情景，促進學習與現實情景的相結合、相統一。

（2）任務（問題）確定：使學生對學習任務具有充分了解，掌握任務目標與任務核心內容，了解任務難點，初步確定任務或問題解決方向，并通過相關資料查閱，制定與完善任務解決方案。

（3）自主與協作學習：任務實施的關鍵階段，學生在自主探討與分析中，實現已有知識與經驗的調動，并對知識與經驗產生新的認知，加深對當前任務或問題的理解，實現問題的有效解決。

（4）評價與修改：對任務完成過程與結果進行綜合評價，掌握學習過程中存在的不足，并基于評價進行問題解決方案的進一步完善。

2 任務驅動教學在數值分析實驗課中應用的必要性

“數值分析”作為工科專業課程教學中的必修課程，具有實踐性強、理論內容深度深等特征。與此同時，在學科交叉融合發展趨勢下，數值分析課程與其他工科專業課程之間關聯性不斷加深，提升數值分析課程教學質量，成為課程教學改革關注的重點，對豐富學生專業知識，提升學生問題分析與處理能力具有重要意義。而任務驅動教學法在數值分析實驗課中的有效應用，為課程教學改革提供了創新路徑，有利于課程教學質量與效率的提升。

首先，由任務驅動教學法內涵可知，任務驅動教學強調學生學習主體作用的發揮。教師利用問題與任務激發學生知識與技能學習興趣，引導學生進行問題探究、思考與分析，從而增強學生主體地位，完成教師由主導者、設計者向引導者、指導者角色的轉變，有利于學生自主學習能力的提升。

其次，任務驅動教學法的應用強調“因材而教、因時而教、因事而教”，并注重任務與問題應用的整體性、可行性、實踐性、實用性、開放性、啟發性。其中整體性原則有利于實現理論教學與實踐教學的一體化發展;可行性、實踐性與實用性原則，有利于促進知識與生活的連接，使課程教學更貼近學生實際，有利于加強學生對數值分析的認知與理解;開放性原則，有利于提升課程的教學交流質量，形成良好知識學習氛圍，調動學生數值分析實驗教學活動的積極參與性;啟發性原則有利于引導學生進行思考與探究，使其更好應用數值分析知識解決實踐問題，實現數學思維的有效培養。

此外，任務驅動教學法的應用，有利于傳統教學手段與現代化教學手段的有機結合，實現數值分析課程教學途徑的拓展，為課程教學增添活力。同時，任務驅動教學法的應用，有利于進行課程教學知識與能力的整合，滿足教學內容多、但課時少、課程教學“少而精”要求，以提升課程課堂教學質量，促進學生個性化、全面化發展。

3 數值分析實驗課中任務驅動教學的實踐案例分析

在數值分析實驗課教學中，實驗任務的設計應具備典型性，且注重多種算法的包容，以滿足學生個性化學習需求，便于學生比較權衡，使其在教師指導下，完后實驗任務，實現綜合發展。本文結合數值分析及實驗教材內容，針對數值分析實驗課任務驅動教學進行了如下設計與實踐。

3.1 教學分析

數值分析作為工科類專業課程教學中的重要組成部分，雖然所應用的教材相同，學生所需掌握的基礎知識理論與計算方法相同。但由于工科專業不同領域解決的問題不同，數值分析實驗教學內容也應有所差別。因此，教師應用任務驅動教學法進行任務（問題）選取與設計之前，需對學生專業特征與數值分析知識需求具有充分了解，并根據不同專業特點，進行任務的有針對性選取與組織。例如土木工程的“懸索垂度與張力的計算”多應用于道路交通工程設計中。對此，遵循任務驅動教學法應用原則（包括整體性原則、可行性原則、實踐性原則、實用性原則、開放性原則、啟發性原則）設計數值分析實驗課教學情景為：“高架懸索橋梁是公路工程建設與鐵路工程建設中應用較為工藝技術，為保證技術應用的科學性與準確定，提升高架懸索橋梁建設施工質量，保障高架懸索橋梁施工安全，在設計過程中應做好各個支撐部件所承受張力計算工作”。

3.2 任務（問題）確定

當學生拿到數值分析實驗課任務題目后，進行了聯想與想象，實現已有知識與經驗的調動，并充分發揮發散性思維能力，在小組討論與分析中，提出高架懸索橋張力計算模型，給出眾多計算方案。例如，一小組學生從公路高架懸索橋工程實踐入手，對橋臺、橋塔等進行了設計，并依據橋梁工程建設施工環境特征，包括地形特征、水文條件、自然氣候等，提出“變型設計”思路。而變型設計中，懸索橋主索設計的張力計算存在一定復雜性，在實踐過程中遇到的可能性較多，如“吊桿間距相對較大，所承擔的負荷越大”、“利用自然地形可進行部分橋面系替代，實現單塔架或者是無塔架設計”、“設計的承重索跨度越小，則邊跨越大”等。基于此，該小組在進行懸索橋梁各個支撐部件所承受張力計算時，需對懸索橋梁計算原理、活載內力等知識具有了解與掌握。待小組學生完成實驗人物分析后，由組長組織組員進行相關資料查詢，如高架懸索橋梁設計原理、懸索橋梁特征、懸索橋梁計算原理、懸索橋梁部件張力計算通用公式等，以明確小組所建模型計算實驗基本思路與方向。在此過程中，為提升學生模型計算實驗科學性與可行性，指導學生借鑒與查閱典型懸索橋設計方案，如“金門大橋”、江蘇潤揚長江大橋。

3.3 自主與協作學習

小組學生根據所構建的模型以及制定方案進行算法的確定，并組織開展上機實驗。在此過程中，要求學生以書面報告的形式，將問題確定、分析與處理情況進行全面展示，形成任務檔案。在此過程中，學生對知識有了更為深入的理解，且編程能力得到有效提升。同時，通過報告撰寫，實現嚴謹科研態度與數據處理能力、科技論文寫作能力的培養。此外，基于小組合作，學生合作意識、合作能力得到提升。

3.4 評價與修改

評價與修改是任務驅動教學的重要環節之一，對提升實驗教學質量與效率存在積極影響。在此過程中，教師應充分發揮教學指導與引導作用。能夠根據學生構建的模型與思路，進行有針對性、啟發性的提示。例如，根據學生設計模型對學生應用的拋物線法、多項式求根函數計算方法等進行點評，指出計算方法在學生設計方案中應用的優勢與不足，以便學生能夠更好利用數值分析知識解決實踐問題。與此同時，針對學生在任務中的表現，通過小組互評、組內自評、教師點評，給予學生綜合評價，包括學生學習態度、學生設計方案、學生上機實驗行為等，以便學生對自身學習情況具有更為全面與清晰的認知、了解。此外，針對修改，教師需引導學生圍繞任務，對任務實施目標做深入分析，掌握任務所考察的主要內容，使其對所構建的模型進行進一步分析，去除模型不合理因素，提升模型在上機實驗中運用的可行性，讓模型計算更貼近理論知識。與此同時，在計算實驗中，學生個體差異性決定了問題的多樣性，對此教師應引導學生注重經驗交流，在交流與溝通中，啟發思維，獲取靈感，實現對知識由感性認知到理性認知的轉化。使其在實驗學習中感知數值分析課程存在的樂趣，進行學生數值分析知識與技能學習興趣的有效培養，掌握數值分析課程學習的重要性。

4 數值分析實驗課中有效應用任務驅動教學的建議

在數值分析實驗課教學過程中，任務驅動教學法的應用增強了課堂教學的不可預見性，即任務驅動教學法應用的開放性，打破傳統教學模式對學生思維的禁錮，使學生在問題分析過程中，提出多種假設與設計方案，而部分假設與設計方案更是教師也無法預料得到的。這在一定程度上對教師教學能力提出了更高要求。因此，為實現任務驅動教學作用的充分發揮，應注重教師教學能力的提升，使其對任務驅動教學法具有更為準確的理解與掌握，能夠有效促進理論教學與實踐教學的有機結合，實現數值分析知識教學與學生專業實踐的鏈接。與此同時，任務驅動教學法在應用過程中也存在一定局限性，如所需時間多，問題解決方案的設計易超出教學大綱要求，操作難度增大等。對此，在數值分析實驗課教學中，應注重任務驅動教學法的不斷創新與完善，促進任務驅動教學法與其他教學法的結合應用。

5 結論：

本文通過分析數值分析實驗課中的任務驅動教學，發現任務驅動教學符合現代化教學理念，對提升數值分析實驗課教學質量存在積極影響。因此，學校與教師應認知任務驅動教學內涵與作用，在實踐教學工作中進行教學模式的不斷創新與完善。

項目基金：重慶交通大學實驗教改項目“《數值分析》實驗創新的效果分析研究”（syj201638）;重慶市教委基金（CSTC2013JCYJA00017） ;重慶市科委基金（KJ1500517）;重慶市教育科學“十三五”規劃課題“社會主義核心價值觀融入電視劇敘事教學的路徑研究”（2016-GX-118）。

（作者單位：重慶交通大學）