任務驅動法在“復合材料學”教學中的實踐與探索

楊玉雪 楊小慧 柳凱祥 龍梅

摘?要：本文旨在探討新工科教育背景下，針對材料類專業學生在學習“復合材料學”課程過程中所遇到的問題，結合任務驅動教學法特點，提出將“任務驅動法教學”應用到“復合材料學”教學中，并在教學過程中進行了初步實踐與探索，這一教學方法不僅有效地解決了傳統教學中存在的問題，且在一定程度上激發了學生學習主動性，有助于提高學生創新能力。

關鍵詞：任務驅動法；復合材料學；教學實踐探索

在現代工程和科學領域，復合材料已成為不可或缺的一部分。它們以其卓越的性能和多種應用領域而著稱，涵蓋了從航空航天到汽車制造、醫療設備和建筑等各個領域。復合材料通常由兩種或更多種材料的組合構成，通過精確的設計和制造，可以獲得特定的性能，例如強度、輕量化和導電性。因此，復合材料的研究和應用已成為材料科學與工程領域的一個重要研究領域［1］。然而，復合材料的復雜性和跨學科性質對教育提出了挑戰。傳統的教學方法通常將材料科學、化學、物理和工程等不同領域的知識劃分為獨立的學科，這可能無法充分解釋復合材料的性質和行為。學生需要深入了解復合材料的組成、結構與性能之間的復雜關系，以及如何應用這些知識解決實際問題。因此，如何更好地教授復合材料學成為一個重要的教育挑戰。

在當今互聯網技術迅猛發展的背景下，學生獲取知識和查找問題答案的方式變得前所未有的便捷。傳統的高等教育教學中，往往以教師為主導，而學生作為被動接受者，只能接受“填鴨式”的灌輸知識［23］。這不僅導致課堂質量下降，教學效果不盡如人意，也無法滿足新工科背景下社會對復合應用型人才的緊迫需求。傳統教學模式的核心問題在于忽略了學生主觀能動性的重要，在這種教學方式下，學生通常只能被動地接受知識的灌輸，而缺乏積極參與和探究的機會。更為突出的問題是，學生從知識獲取到實際應用的過程中存在時效性的延遲，未能及時將所學的知識運用到實際問題中，使創新思維以及發現和解決實際問題的能力有待提高［4］。現代社會對于培養具備實際技能和應用能力的人才提出了更高的要求，傳統教育方式已經不能滿足這些需求，教育領域需要不斷探索更為互動和實踐導向的教學方法，以更好地培養學生的創新能力、解決問題的能力和適應復雜挑戰的能力。

任務驅動法教學將傳統教學理念中主要側重于知識傳授的方式轉變為更多注重問題解決和任務完成的多維互動式教育理念。這一轉變將學習從被動的知識吸收轉向積極的探究式學習，激發學生的學習興趣和主動性。在這種教育模式下，每位學生都有機會根據自己對當前問題的理解，結合共有的知識和個人獨特的經驗，提出解決方案。這樣，學習過程變得更加互動和個性化，促進了學生的全面發展［56］。因此，本文提出在新工科教育背景下將“任務驅動法教學”應用到“復合材料學”教學中，激發學生的主觀能動性，培養學生創新能力、動手能力以及團隊合作能力，重點培養學生獨立分析問題并運用理論知識解決實際問題的能力。

一、任務驅動法的特點

任務驅動法有學生為中心、問題解決導向、批判性思維、團隊合作等特點。

（一）學生為中心

任務驅動法將學生作為學習的核心，強調學生的主動性和自主性。在任務驅動法中，學生要從頭到尾地參與任務的設計和執行，而不是被動接受知識的灌輸。學生必須通過閱讀文獻、查找資料等方式，一步步找到解決問題的辦法，這對于提高學生的學習興趣和信心十分有效。

（二）問題解決導向

任務驅動法通常以現實世界的問題或情境為基礎，學生需要面對這些問題并找到解決方案。這確保了所學知識的實際性和現實性，幫助學生將所學知識與實際問題相聯系。同時問題往往涉及多個學科領域的知識，因此，學生在解決問題的過程中不僅僅是學習一個學科的知識，還需要將不同領域的知識進行整合和應用，這有助于培養學生的跨學科思維和綜合能力。任務驅動法要求學生主動參與問題的解決過程，學生需要提出問題、搜集信息、分析數據、制定策略，然后評估和調整自己的解決方案，這激發了學生的主動學習和自主思考。

（三）批判性思維

在任務驅動法教學中，學生需要深入分析面臨的問題，理解問題的本質和因果關系。這要求學生能夠提出關鍵問題，確定相關因素，并辨認問題的復雜性。同時學生需要評估不同來源的信息，判斷其可信度和相關性，要學會辨認虛假信息和偏見，以便從可靠的信息源中獲取必要的數據和觀點。此外學生需要提出有效的解決方案，并在多個可能的選項之間做出最佳選擇。這需要學生能夠綜合考慮各種因素，包括成本、效益、可行性等。最后學生應該能夠自我評估自己的思考過程和決策，識別潛在的偏見和錯誤，并尋求改進，這有助于學生不斷提高批判性思維的質量。

（四）團隊合作

任務驅動法教學經常設計為團隊項目或合作任務，這些任務要求學生通過合作來解決問題。首先，在團隊合作中最重要的是溝通，只有有效的溝通和交流才能保證任務的順利完成，這有助于培養學生的溝通能力，包括傾聽能力、表達觀點的能力以及解決沖突的能力。其次，在合作中，學生需要協調各自的任務，合理分配工作量，并按計劃完成工作，這鍛煉了學生的組織和時間管理技能。最后，團隊合作能使學生認識到同學彼此之間的依賴性，需要共同負責任務的成功，這有助于培養責任感和合作意識。

二、基于建構主義學習理論的任務驅動法在“復合材料學”案例教學中的應用

任務驅動教學使把教學任務融入具體的學習任務中，學生通過完成學習任務來逐步推動學習進程。任務驅動教學法的應用將教師主導的課堂轉變為學生主導的課堂，這有助于激發學生的學習熱情，培養學習的主觀能動性，有助于提升學生的探索精神和求知欲望。將任務驅動教學法引入《復合材料》的教學實踐中，目的在于改進現有的教學方式，激發學生學習主動性，有助于提高學生創新能力，適應新工科背景下社會對復合型理工科人才的需求。

（一）任務驅動教學中的學習目標

在整個的“復合材料學”的學習過程中，學習目標是隨著課程進展不斷變化的。課程開始階段的學習目標是理解復合材料的定義和組成并識別復合材料的特性，這個階段要求學生應該能夠清晰地闡述復合材料的概念，理解不同類型的基礎材料（如纖維、基體、填料）在復合材料中的作用，識別不同類型的復合材料的特性，包括但不限于強度、剛度、導熱性、導電性、耐腐蝕性等，并理解這些特性與應用之間的關系。課程的中間階段需要學生掌握復合材料的制備方法并分析復合材料的性能，復合材料的制備方法包括層疊、注塑、壓制、預浸料等方法，復合材料的分析測試包括材料測試、性能評估、數據收集與分析等。課程最后階段的學習目標是要求學生可以利用應用復合材料的知識解決實際問題，包括設計輕量化結構、改進材料性能或選擇適當的材料用于特定應用，并能夠提供合理的解釋和理由。針對不同階段的學習目標可以設計不同的小任務，比如在課程初始階段提供一篇閱讀材料，介紹復合材料的基本概念和組成。學生需要閱讀并撰寫一份摘要，解釋復合材料的定義以及其由哪些組分構成。在課程最后階段，提供一個實際工程案例，要求學生設計一個輕量化的復合材料結構，以滿足特定的性能要求和成本約束。學生需要提供設計方案和理由，并分析可能的應用領域。

這些學習目標及任務涵蓋了復合材料學的核心概念、基本原理以及實際應用，明確的學習目標有助于確保教學活動的有效性和學生的學習成果。

（二）任務驅動教學中的案例教學

任務案例交互旨在將任務驅動教學和案例教學相互結合，以提供多樣化和深入的學習體驗。這種方法鼓勵學生將自己在課堂上學到的理論知識應用到具體的案例情境中，并從中獲取實際的經驗。下面展示“復合材料學”教學中的一個任務案例的例子。

案例題目：提高體育器材的性能和可持續性。

學習目標：了解復合材料在體育器材制造領域中的應用和優勢；掌握不同類型復合材料的特性和適用性；能夠設計和評估使用復合材料的體育器材。

案例情境：學生將扮演體育器材設計師的角色，受雇于一家體育器材制造公司。公司希望創新設計一款新型的體育器材，如網球拍、高爾夫球桿或自行車車架，以提高性能和耐用性。學生的任務是設計一種使用復合材料的體育器材，并解釋其優勢。

任務：（1）研究與分析：學生需要研究復合材料在體育器材領域中的歷史和應用案例。學生應該了解不同類型復合材料的特性和性能。（2）器材設計：學生被要求設計一種新型的體育器材，其中至少70%的部分必須使用復合材料制造。學生需要考慮器材的結構、形狀和用途。（3）材料選擇：學生需要選擇適合體育器材的復合材料類型，并解釋他們的選擇。學生應該考慮材料的強度、輕量化、振動吸收等因素。（4）性能評估：學生需要使用工程計算和實驗測試來評估他們設計的體育器材的性能，包括彈性、耐用性、操控性等。（5）市場競爭分析：學生還應該進行市場競爭分析，比較他們設計的器材與現有產品的優勢和競爭優勢。（6）報告和展示：學生將撰寫一份綜合報告，解釋設計選擇、性能評估結果、市場競爭分析和建議，然后進行產品展示，演示產品設計和性能。

通過類似的案例，學生可深入了解復合材料在產品設計中的應用，培養設計和分析的能力，同時提高創新和市場競爭意識。

（三）任務驅動教學中的團隊合作

在任務驅動教學中，團隊合作是一項關鍵的要素，它有助于學生共同完成任務、分享知識和不同的觀點，并提高學生相互溝通和解決問題的能力。

在教學過程中將學生分成小組，每個小組負責完成任務的一部分。這可以模擬現實世界中的團隊工作環境，鼓勵學生分工合作，充分發揮每個成員的專長。同時團隊合作鼓勵學生協作，分享思想和信息。學生需要有效溝通，以確保任務順利完成，這有助于提高溝通和協作技能。在團隊合作中，可能會出現不同意見或沖突，這提供了讓學生提高處理和解決問題及提高解決沖突能力的機會。此外，團隊合作還可以集思廣益，共同尋找解決方案。學生可以通過團隊合作汲取不同的觀點和想法，從而促進創新和創造力。最重要的是團隊成員可以相互學習，分享各自的專業知識和經驗，這有助于拓寬學生的知識領域，使他們能夠應對更廣泛的問題。

通過團隊合作，任務驅動教學可以更好地模擬現實世界中的工作環境，培養學生的綜合素養，使學生具備在未來職業生涯中成功協作和解決問題所需的技能。這種協作經驗也有助于學生更深入地理解課程內容，并將理論知識應用到實際情境中。

（四）任務驅動教學中的實驗教學

將任務驅動教學法引入實驗教學環節，以設計型實驗部分替代傳統的性能檢測和復合材料制備實驗。首先，向學生介紹有關實驗的相關基礎知識，然后告知實驗題目和設計要求，將學生分成小組，學生在截止日期前自主完成知識的豐富、設計開發和設計展示。在實驗課上，以小組為單位向教師演示和講解他們的設計過程和設計方案。教師根據設計的難度和學生演示的情況進行提問，每組學生需要在規定的時間內推薦一名代表進行回答。這種方法將原本的驗證性實驗轉變為更具綜合性和創新性的探索型實驗，鼓勵學生更深入地理解和應用所學知識。通過這種教學方法，學生不僅培養了自學和團隊協作的能力，還提高了實驗技能和解決問題的能力，有助于更好地準備他們面對未來的工程和科學挑戰。例如，溫濕度響應型智能裝置設計實驗，在教師對溫濕度智能響應材料的原理和致動效果進行簡單介紹后，要求學生利用各種資源豐富溫濕度響應材料的基本知識，包括常見的濕度響應型材料有哪些、響應型材料的結構與響應原理、現有常見的溫濕度響應裝置等。學生以組為單位，組員之間分享知識，可提高學習效率。在掌握基本知識和現有溫濕度響應型智能裝置情況后，學生開動大腦，發掘新的設計想法，并繪制設計圖和撰寫裝置說明，組員之間通過討論和不斷論證，完成一個較為可行和有意義的溫濕度響應型智能裝置設計，并在課堂上展示小組的設計。最終，教師綜合實驗演示、答辯情況、實驗報告及組間評分等給出小組實驗環節成績。

結語

任務驅動教學法在“復合材料學”教學中的應用不僅能提高學生學習效果，還可以激發學生的學習興趣和內在動力，培養學生獨立分析和解決問題的能力，使學生能更好地面對未來的機遇與挑戰。

參考文獻：

［1］楊小慧，曹巖，高華，等.研究導向型教學在復合材料學課程中的應用［J］.廣州化工，2021，49（08）：171172.

［2］張捷，封俊紅，隆峻，等.任務驅動教學法在《計算機應用基礎》中的應用［J］.電腦知識與技術，2019，15（14）：6567，71.

［3］佘安明.任務驅動法在材料孔結構測試實驗教學中的應用初探［J］.山西青年，2021（18）：3031.

［4］胡建鵬，姚利宏，李哲鋒，等.任務驅動教學法在景觀材料學教學中的應用初探［J］.安徽農業科學，2020，48（22）：269270+273.

［5］張揚，李亞，孫大勇，等.任務驅動教學法在高?！禫B程序設計》中的應用［J］.電腦知識與技術，2020，16（16）：176177+180.

［6］葉馨蕓.任務驅動法在《建筑環境設計方法學》教學中的實踐與探索［J］.科技風，2022（16）：9193.

基金項目：2022年貴州省高等學校教學內容和課程體系改革項目：新工科背景下《復合材料學》課程的改革與探索；2022年貴州省普通本科高校“金課”（一流課程）：《復合材料學》

作者簡介：楊玉雪（1992—?），女，侗族，貴州貴陽人，碩士研究生，助教，研究方向：地球化學。

*通訊作者：楊小慧（1990—?），女，漢族，貴州貴陽人，博士，副教授，主要從事生物質復合材料的研究。