任務驅動教學法在光學基礎課程教學中的探索

邵楨迪 熊達鵬 許文強 王慶宇

（航天工程大學士官學校 北京 100000）

隨著激光產業的蓬勃發展，激光的應用日漸廣泛，當前對于激光技術型人才需求越來越大。激光原理及應用作為一門實踐性較強的專業基礎課程，要求學員將基礎理論活用到實踐當中，培養出激光方向的高素質專業人才。根據“教育教學大綱”中提出的教學目標與教學內容，三年來逐步推進激光原理及應用課程的教學改革，但是就訪談調查及日常反饋中仍存在很多問題。本文就在現況下如何更合理地構建激光原理及應用課程內容體系，讓學員綜合素質得到全面發展，進行了深入的探索與改革。

一、課程的基本情況

1.教學時間短，教學任務緊。高職教育為三年制，學員只有兩年時間在校學習，因此要求在較短的時間完成職業素質培養，這對于教員來說，教學任務重，教學壓力大；對于學員來說，課程編排緊，教授內容難以掌握。

2.學員知識水平參差不齊。學歷覆蓋初中、高中、大學，學員普遍動手能力強，理論學習偏弱，相對于理論與實驗分開教學，學員更喜歡在動手中進行探索和理論學習。

3.理論與實踐脫節。由于激光原理及應用為專業課，在排課時還需向基礎課讓步，造成理論課和實驗課在課程安排上存在時間差，使得理論與實驗無法很好融合，同時排課緊密，一天上6到8節課時也讓知識難以消化，易出現聽課疲勞等問題。

二、存在的主要問題

傳統的激光原理及應用課程主要以教員為主的課堂講授式模式，根據教材大綱安排進行教學，將每節課的知識點逐一進行講解。這種模式存在以下問題：

1.知識覆蓋廣，理解不夠深入。激光原理及應用課程教學內容多，然而課程總學時只有60學時，其中理論僅占30學時，實驗30學時。要在30學時內講授所有的內容，那么每個知識點必然點到為止，又因課程編排緊，學員還沒理解到位，加之理論與實踐脫節，無法起到知識鞏固的作用。

2.重理論授課，輕獨立思考[1]。傳統教學雖然這種授課方式可以高效簡潔的傳授知識，但是教學方法單一，缺少學員主動思考環節，學員課堂參與度低、積極性不高。

3.學員基礎差異大，傳統式教學以教員統一傳授知識，無法做到針對教學，學員主觀能動性發揮不足，這會制約部分優秀學員的個人提升。

4.考核評價方式不合理。考核主要分為形成性考核20%和終結性考核80%，形成性考核指平時成績由課堂提問、平時作業、課堂考試三部分組成，形成性考核的評定主要基于理論授課時學員的表現。終結性考核包含理論考核50%和實驗考核30%。理論考核以筆試形式考察理論知識，實驗考核考察實驗的完成情況。當前理論考核占主要比重，與實驗內容相分離，僅涉及理論授課的知識點，這種考核方式輕過程重結果，學員只需在考前突擊背知識點即可通過，考核沒有體現學員真實技能水平。

三、任務驅動式教學法的實施

（一）項目系統的確定

“任務驅動”就是教員以多個任務為核心進行推動式教學，每個任務的背后隱含著相應的教學內容[2]。在任務驅動下，學員根據自己對問題的理解，應用學習資源自主探索學習。“任務驅動教學法”是一種建立在構建主義學習理論基礎上的教學法，它將傳統的以傳授知識為主的多維互動式的教學理念轉變為積極探索式學習。

（二）主要做法

為解決當前的問題，運用任務驅動教學法的主要做法有[3]：

1.講授內容抓主放輕。首先將知識點以重要程度進行分類，以核心知識為中心設計任務，通過任務深入理解要點，并在此基礎上進行一定程度擴展，余下的知識由教員提供輔助性資料作為了解學習，鼓勵學員自主探究并從旁協助。

2.以任務為主線進行教學。任務內容由淺入深，前后盡可能有相關性，以完成任務為課堂目標來學習相應知識。由于目的明確，學員清楚地知道學習內容與任務間的密切聯系，從而激發學員的學習積極性。

3.注重培養學員自主探索的學習能力。隨著任務的層層深入，后續難度會逐步提升，這就要求學員在完全掌握前面的任務后，能綜合所學內容獨立設計實驗，完成任務要求。

4.考核注重理論與實踐相融合。形成性考核中任務的完成質量也作為課程成績評定的參考，理論考核加入對任務的理解和操作中的關鍵步驟等，能真實反映出學員對本門課程的學習水平。

四、任務驅動教學法的具體實踐

（一）任務編排

激光原理及應用課程由理論講授和實驗操作兩部分構成。其中第一章簡述激光的發展應用特性等基本概況。第二章是激光的基本原理，包含激光的特性、激光產生的基本原理、激光器的組成等基礎理論部分。第三章講述具有典型性的改善激光性能的幾種激光的技術：模式選擇技術、穩頻技術、調Q技術和放大技術。

傳統教學方式在第三章結束才開始實踐環節，通過課堂反饋發現前面內容學員已經遺忘大半。由于第一二章只有理論講述，學員對于激光器的基本組成沒有一個直觀的認識，尤其是激光器中重要組成光學諧振腔在激光產生過程中起到的作用沒有真正理解，在激光設備的維護中，光路的調節是光學技能操作的一大要點，光路調節實際上就是光學諧振腔及內部光學元件的調節，是產生高質量可利用激光的關鍵。

任務驅動教學法的任務設計思路[4]：知識點由淺入深，層層遞進，每一步都設計相關的任務進行知識點的鞏固，在任務設計中讓學員培養良好的操作技能，學會獨立思考和協同合作，同時在現有的基礎上進行舉一反三。

按照任務驅動法教學，可在第一章激光介紹后安排第一個任務，結合任務講授必要的知識點，直接將第二三章的內容穿插進到任務中，而不是在章節講完后去操作。如表1展示，第二三章內容細化為六個小任務進行教學。

表1 任務安排表

第一個任務：激光工作物質發射譜測量實驗。任務涉及到基本光學元件的準直，通過調節光學元件的位置關系來找到產生激光的最佳位置，觀察激光工作物質的光譜。學員完成了第一個實驗會對光路調試及激光產生的基本結構有一個直觀的了解。

第二個任務：半導體泵浦固體激光器的安裝與準直。它是在第一個任務基礎上的改進，通過光譜的觀察發現，僅用泵浦源和激光工作物質產生的激光功率低且雜光多，因此引入新的內容光學諧振腔，用它來提高激光的質量。如何選擇光學諧振腔的腔長和結構是本次任務的重要。

第三個任務：半導體泵浦固體激光器調Q實驗。第二個任務提高激光的質量同時功率沒有大幅度提高，需要極大的瞬時功率，因此研發了調Q技術，本任務是結合任務理解調Q技術。

第四個任務：半導體泵浦固體激光器倍頻實驗。這個任務是在第二個任務的基礎上完成，細分為腔內倍頻實驗和腔外倍頻實驗。重點考察光學元件的選取和儀器的使用，希望學員能在前面任務上舉一反三，完成本次實驗，并對過程中的問題大膽分析。

第五個任務：設計并安裝適合測距的激光器。要求學員運用之前的知識選取合適的元件設計激光器。

第六個任務：激光測距實驗。作為一個激光應用實驗，安排在第四章激光應用的部分結合理論講解。

（二）內容選取

基于當前現狀，無論是崗位需要還是學員興趣所在，本門課程都應將重點培養學員的動手能力上，因此制定教學內容時有所選取。例如，在講光學諧振腔的時候，在參考教材中需要詳細講述穩定腔和非穩定腔，但是在實際調試幾乎用不到。各種不同諧振腔的結構，比如對稱共焦腔、對稱共心腔等，這些可以根據任務需要來取舍。教員不講的內容可以提供資料讓學員課后學習，騰出更多時間讓學員在完成任務的過程中加深核心知識的理解。

（三）輔助支持

由于課程以任務驅動，學員為完成任務會嘗試各種方法，教員需要提供輔導性幫助和指導，必要時可實驗課中增加部分理論內容或提供教學資源方便學員自學。比如相關書籍、文檔、MOOC、學堂在線等資源。課下可以安排專門的答疑時間，匯總后統一解答。

（四）考核評定

激光原理及應用課程采用任務驅動教學法主要是為了提高學員的操作能力同時鞏固理論知識，改善當前理論和實驗脫節情況，因此除課程安排外，考核的內容和形式也需要相應地進行調整。課程考核成績結構不變，仍為形成性考核和終結性考核。形成性考核增加任務過程性評價，并且作為主要參考依據。終結性考核中實驗考核為所有實驗任務完成后考核，最后筆試考核為該課程結課后進行。實驗考核前需要給學員一定課時進行練習，每名學員在考核開始時抽簽確定考核題目以防學員只針對自己題目進行練習，每名考核完畢教員進行點評，指出學員考核中問題，同時為了公平公正下一名同樣題目的學員犯同樣的錯誤扣分×2，第三名犯同樣錯誤的學員扣分×3，以此類推。對于可變換的題目也可以根據考核出現的次數加深難度。同時理論考核部分可加入在實驗課的易錯點和操作過程相關問題，提高實驗相關題的分值。通過理論考核引入實驗內容進一步鞏固實驗的理解，以此做到理論與實驗的相互促進的閉環。

五、任務驅動教學法需要關注的問題

當前激光原理及應用課程中運用任務驅動教學法也存在一些問題。

（一）教學條件

采用任務驅動教學法教學，課程對于教學條件有所要求。第一是實驗儀器充足。比較理想的情況是2～3人一套設備，但是激光的器件價格不菲、容易損壞且對實驗環境要求高，現有的儀器配備的數量無法滿足當前的需求，因此學員的實際操作次數較少，難以達到大綱要求的熟練程度。第二適合30人以下的小班教學。由于部分激光實驗中激光功率不低有可能對人體造成損害，這就需要教員在旁監督，保證學員規范操作，若發現問題及時干預指導，因此師生比在1∶30以上比較合理。

（二）知識體系的完整性

由于課程以任務來進行教學驅動的，學員所掌握的知識點僅限于任務中所涉獵的，其他知識點如果學員在課下沒有自學，那么學員所掌握的知識體系可能會出現不完全的情況。如何在課程中進行知識的擴展延伸以構建完整的知識體系，也是需要教員認真思考的問題。

（三）教學內容對崗位能力支撐較弱

高職教學與大學的教學內容不同，高職教學是為崗位輸送技術型操作人才，但是由于高職院校與地方實際工作聯系不夠緊密，造成一定程度的教學內容與實際崗位的不匹配，這也是制約高職院校定向培養高素質操作人才的一大困難。

六、結束語

高職院校是為輸送實踐能力強的高素質人才，在教學探索中采用任務驅動法進行改革。實踐發現將任務驅動教學法運用到課程設計中，有利于調動學員學習的主動性，提高學員的實際操作能力，引導學員學會分析解決問題，同時培養學員的團結協作精神，采用后的效果非常明顯，值得廣大教員采用。但是，這也對授課教員提出了更高的要求，無論是課程任務設計還是資料收集以及課下答疑，都需要花費更多的精力，來保證學員知識體系的完整性，才能最大程度保證任務式驅動教學法取得預期效果。