任務驅動法在材料孔結構測試實驗教學中的應用初探

佘安明

（同濟大學材料科學與工程學院，上海 201804）

材料測試與分析類課程是材料科學與工程專業本科生和研究生課程體系中的專業基礎課程和核心課程，通過本課程學習旨在使學生具備材料分析表征所需的基礎理論、基礎知識和基本技能，能在材料研究時選擇合適的儀器、方法和手段，能對研究結果進行正確的分析。國內院校在開設此類課程時除了課堂講授理論知識外，一般會配套相應的實驗教學環節，提供測試儀器讓學生能上機操作，提高課程的達成效果。然而，由于不同測試儀器的復雜性和特殊性，學生在實驗環節只能被動地聽老師講解，參與度不夠，實踐環節流于形式，這使得學生的學習興趣減弱，重視程度降低，從而導致實驗教學效果不理想。因此，亟須從實驗教學方法上進行突破，激發學生的學習興趣。任務驅動教學法在教學活動中不斷地用目標來驅動學生的學習熱情和主動性，已經在不同的專業中得到成功的應用。因此，筆者擬在低場核磁共振表征材料孔結構的實驗教學中引入任務驅動教學法，以期提升實驗教學的效果。

一、任務驅動教學法的內涵和特點

任務驅動教學法是基于構建主義教學理論發展起來的一種教學方法，其基本特征是“以目標任務為主線、教師為主導、學生為主體”，其打破了以教師為中心、以傳授知識為目的的傳統教學模式，樹立以解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學理念[1-2]。任務驅動教學法將講授的知識點轉換成相應的目標任務，在教學活動中不斷地用這些任務來激發學生學習的興趣，使學生的學習由被動變主動，并且在完成既定任務的過程中逐步培養學生解決問題的能力，使其逐步形成獨立探索進行自主學習的習慣。同時，任務驅動教學法還可以讓學生切實地感受到自己所學知識在完成任務時發揮的重要作用，從而增強其對課程的重視度與認同感。

相較于傳統的教學方法，任務驅動教學法有自己獨特的內涵。一是在教學理念上，其注重理論與實踐的一體化，通過任務的科學設定，將書本上的教學目標轉化成實際的任務要求，使得專業知識與實際應用有機融合，讓學生更直觀形象地了解專業知識在解決實際問題中的重要性，進而增強學生對自我專業身份的認同感。二是在教學內容上，其將空洞的知識點轉變成了具體的任務，使學生在完成任務的過程中變被動地接受知識為主動地尋求知識。這不僅有助于提高學生學習的興趣，而且還有助于提高學生分析問題和解決問題的能力。三是在教學方式上，其注重學生的主體地位，強調用任務來激發學生學習的主觀能動性，鼓勵學生用多種方式來完成所設定的任務，有助于培養學生的創新能力。四是在評價體系上，其提倡全面、系統的過程評價，注重讓學生在評價過程中發揮主體作用。這樣不僅可以及時幫助學生改進自身的不足，而且還能極大地促使學生參與到實習活動中去，進而更好地實現教學目標。

二、任務驅動教學法在材料孔結構測試實驗中的實踐

（一）合理的設定任務

任務是任務驅動教學法的載體。任務的設計既要涵蓋所講授的知識點又要與實際應用結合，還要與其他知識點進行關聯，是教學設計的關鍵環節。材料孔結構測試實驗的特點是知識點多，實踐性強，富有創新性。筆者挑選低場核磁共振技術作為孔結構測試的技術手段，以水泥基材料的孔結構作為實驗對象系統進行了實驗教學的任務設定。任務的設定過程和遵循的原則如下[3-4]：

1．任務設計要科學、明確和完整。任務設計中要合理設定任務難度，提高任務的目標性。任務的大小和知識點的數量要適中，任務難度要逐步加大。將教學目標轉換成符合實際的任務要求，以便極大地引起學生興趣，使學生快速地進入學習狀態；完整地設定任務，以便使學生直觀地看到任務完成后的整體效果，有助于增強其成就感，從而進一步提高其學習的主動性。在本實驗中，筆者將總任務設定為“采用低場核磁共振技術測定不同水灰比漿體的孔結構”。這一任務目標避免了寬泛空洞的表述，將測試的手段、材料的特性和測試對象都描述得明確具體，有助于學生聚焦任務總目標。

2．任務設計要注重層次和循序漸進。把一個大任務逆推轉換成一個個層層深入的小任務。這樣不僅能照顧到不同學生學習能力的差異，而且可以用已經完成的小任務作鋪墊進而完成更深層次的大任務，有利于激發學生的學習興趣。在明確總任務的基礎上，筆者將總任務設定為三個子任務：（1）低場核磁共振原理的辨析；（2）儀器測試參數的校準與對比；（3）不同水灰比漿體孔結構的差異分析。三個子任務層層遞進，涵蓋了理論學習、實踐操作、實驗分析三個相互關聯的學習過程。子任務中不設定固定的目標，而是注重啟發性和開放性。引導學生總結同類問題的共性和個性。例如，對低場核磁共振原理的學習不再僅要求學生了解原理，而是比較低場和高場核磁在原理上的共性和個性的辨析；對儀器測試參數的設定不再是告訴學生現成的參數照著做就行，而是讓學生動手調節參數的大小，進而比較不同參數下核磁信號的變化等。這種開放式子任務的設定，有助于學生尋找自身學習的薄弱環節，使知識真正內化為能力。

（二）任務的實施過程

以低場核磁共振表征材料孔結構實驗為案例設定好科學合理的任務以后，就需要教師認真設置切實可行的實施方案，從而保證通過任務驅動教學法使學生完成既定的總目標和子任務。實驗教學開始前，指導教師首先根據設備狀況和班級人數進行合理的教學組織。首先，教師提前一周發布教學目標和子任務分解情況，包括任務目標、任務內容和要求、提前預知的背景資料。筆者針對本實驗編撰了《低場核磁共振測試材料孔結構實驗手冊》作為預習資料發放給學生，讓學生做好必要的知識儲備，知道要解決什么問題，這樣到正式上課時能夠大大提升課堂效率，避免了學生上課時“一頭霧水”的低效模式。

正式上課時，教師可以對照任務的復雜程度，將學生進行分組，通常3～5人為宜。本實驗中采用3人小組協作模式。分組時應注意不同基礎的學生的互相搭配?？紤]到不同子任務中涉及的問題很多往往一個小組很難全部完成，對每個子任務可以進一步分解成不同學習小組的子問題。由各個小組抽簽得到該小組重點解決的子問題。學習小組內可以組織同學自定組長，成員之間分工明確互相協作。本實驗中，儀器測試參數的校準與對比這個子任務就涉及多個實驗參數的調整和比對分析，如果每個小組都把這一套參數做一遍將嚴重超出實驗課時。筆者因此將參數進行歸類，有的小組做回波時間對信號的影響；有的小組做信號增益參數的影響等等。這樣不同小組分工明確，做完之后各小組匯總整合完成子任務。效率高，效果好。課堂中，指導教師要適當引導學生進行組內和組間的討論，通過共同討論找出自身的不足，并加以改進。這樣通過幾輪的循環反饋，可以幫助各個小組最終完成設定的目標任務。

（三）任務驅動效果的評價

實驗教學效果的評價是任務驅動教學法的重要環節，評價的核心是要建立以學生為中心的多元互動評價體系[2]。傳統的實驗教學評價往往只以學生提交的實驗報告或組織相關考試進行評定，這樣的評價過程簡單、評價方法單一，無法全面考查學生在實驗中的收獲和表現。與之相反，任務驅動教學法中全面系統的過程評價體系強調學生主體地位的原則。筆者在本實驗教學中增加了過程考核的環節，提高了過程環節在最終實驗得分中的成績占比。將過程考核的占比提高到70%，實驗報告成績占比降到30%。過程考核中又分別考察了子問題達成度20%，子任務達成度40%，參與度占20%，匯報展示度20%。不僅考察了小組總體的目標完成情況，還考察了個人的參與情況。子任務的達成情況，由各小組分別匯報和展示，由組內互評和小組互評來評定。而學生的參與度則首先由小組成員進行自我評價，然后由小組組長對各組員進行評價。組員自我評價可以充分激發各成員的主動性；賦予小組組長一定的評價權利，有利于小組任務的順利完成，避免小組任務都落在小組長或某個組員身上。其次，開展小組互評，讓小組之間相互比較各組任務的完成情況，找出自己和對方的優點及問題，取長補短、共同進步將兩者的成績進行整合作為學生最終的實習成績。這種以學生為主的過程評價體系不僅使評價結果更加客觀、公正、準確，而且還有利于激勵學生主動完成設定的實習任務。最后，由教師從整體上對學生完成任務的效果進行點評，讓學生更全面地認識自己在完成設定任務中的收獲與不足，并以此為基礎，不斷地提升自己的實踐能力。

三、小結

將任務驅動型教學法在材料孔結構測試實驗教學中進行了應用。首先需要制定合理的任務總目標，將總目標劃分為子任務，以任務為主線，構建有效的任務驅動模式，使學生懂理論、會操作、能運用。實施以學生為中心的多元目標評價模式，形成學生和學生之間和學生和教師之間的多維互動模式，有力提升了學生學習興趣和教學效果。