任務(wù)驅(qū)動法在“復(fù)合材料學(xué)”教學(xué)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(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)“復(fù)合材料學(xué)”課程過程中所遇到的問題，結(jié)合任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法特點(diǎn)，提出將“任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)”應(yīng)用到“復(fù)合材料學(xué)”教學(xué)中，并在教學(xué)過程中進(jìn)行了初步實踐與探索，這一教學(xué)方法不僅有效地解決了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，且在一定程度上激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，有助于提高學(xué)生創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：任務(wù)驅(qū)動法；復(fù)合材料學(xué)；教學(xué)實踐探索

在現(xiàn)代工程和科學(xué)領(lǐng)域，復(fù)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(yīng)用領(lǐng)域而著稱，涵蓋了從航空航天到汽車制造、醫(yī)療設(shè)備和建筑等各個領(lǐng)域。復(fù)合材料通常由兩種或更多種材料的組合構(gòu)成，通過精確的設(shè)計和制造，可以獲得特定的性能，例如強(qiáng)度、輕量化和導(dǎo)電性。因此，復(fù)合材料的研究和應(yīng)用已成為材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的一個重要研究領(lǐng)域［1］。然而，復(fù)合材料的復(fù)雜性和跨學(xué)科性質(zhì)對教育提出了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法通常將材料科學(xué)、化學(xué)、物理和工程等不同領(lǐng)域的知識劃分為獨(dú)立的學(xué)科，這可能無法充分解釋復(fù)合材料的性質(zhì)和行為。學(xué)生需要深入了解復(fù)合材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的復(fù)雜關(guān)系，以及如何應(yīng)用這些知識解決實際問題。因此，如何更好地教授復(fù)合材料學(xué)成為一個重要的教育挑戰(zhàn)。

在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，學(xué)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(tǒng)的高等教育教學(xué)中，往往以教師為主導(dǎo)，而學(xué)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(dǎo)致課堂質(zhì)量下降，教學(xué)效果不盡如人意，也無法滿足新工科背景下社會對復(fù)合應(yīng)用型人才的緊迫需求。傳統(tǒng)教學(xué)模式的核心問題在于忽略了學(xué)生主觀能動性的重要，在這種教學(xué)方式下，學(xué)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(jī)會。更為突出的問題是，學(xué)生從知識獲取到實際應(yīng)用的過程中存在時效性的延遲，未能及時將所學(xué)的知識運(yùn)用到實際問題中，使創(chuàng)新思維以及發(fā)現(xiàn)和解決實際問題的能力有待提高［4］。現(xiàn)代社會對于培養(yǎng)具備實際技能和應(yīng)用能力的人才提出了更高的要求，傳統(tǒng)教育方式已經(jīng)不能滿足這些需求，教育領(lǐng)域需要不斷探索更為互動和實踐導(dǎo)向的教學(xué)方法，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、解決問題的能力和適應(yīng)復(fù)雜挑戰(zhàn)的能力。

任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)將傳統(tǒng)教學(xué)理念中主要側(cè)重于知識傳授的方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦嘧⒅貑栴}解決和任務(wù)完成的多維互動式教育理念。這一轉(zhuǎn)變將學(xué)習(xí)從被動的知識吸收轉(zhuǎn)向積極的探究式學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。在這種教育模式下，每位學(xué)生都有機(jī)會根據(jù)自己對當(dāng)前問題的理解，結(jié)合共有的知識和個人獨(dú)特的經(jīng)驗，提出解決方案。這樣，學(xué)習(xí)過程變得更加互動和個性化，促進(jìn)了學(xué)生的全面發(fā)展［56］。因此，本文提出在新工科教育背景下將“任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)”應(yīng)用到“復(fù)合材料學(xué)”教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、動手能力以及團(tuán)隊合作能力，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題并運(yùn)用理論知識解決實際問題的能力。

一、任務(wù)驅(qū)動法的特點(diǎn)

任務(wù)驅(qū)動法有學(xué)生為中心、問題解決導(dǎo)向、批判性思維、團(tuán)隊合作等特點(diǎn)。

（一）學(xué)生為中心

任務(wù)驅(qū)動法將學(xué)生作為學(xué)習(xí)的核心，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動性和自主性。在任務(wù)驅(qū)動法中，學(xué)生要從頭到尾地參與任務(wù)的設(shè)計和執(zhí)行，而不是被動接受知識的灌輸。學(xué)生必須通過閱讀文獻(xiàn)、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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和信心十分有效。

（二）問題解決導(dǎo)向

任務(wù)驅(qū)動法通常以現(xiàn)實世界的問題或情境為基礎(chǔ)，學(xué)生需要面對這些問題并找到解決方案。這確保了所學(xué)知識的實際性和現(xiàn)實性，幫助學(xué)生將所學(xué)知識與實際問題相聯(lián)系。同時問題往往涉及多個學(xué)科領(lǐng)域的知識，因此，學(xué)生在解決問題的過程中不僅僅是學(xué)習(xí)一個學(xué)科的知識，還需要將不同領(lǐng)域的知識進(jìn)行整合和應(yīng)用，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維和綜合能力。任務(wù)驅(qū)動法要求學(xué)生主動參與問題的解決過程，學(xué)生需要提出問題、搜集信息、分析數(shù)據(jù)、制定策略，然后評估和調(diào)整自己的解決方案，這激發(fā)了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和自主思考。

（三）批判性思維

在任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)中，學(xué)生需要深入分析面臨的問題，理解問題的本質(zhì)和因果關(guān)系。這要求學(xué)生能夠提出關(guān)鍵問題，確定相關(guān)因素，并辨認(rèn)問題的復(fù)雜性。同時學(xué)生需要評估不同來源的信息，判斷其可信度和相關(guān)性，要學(xué)會辨認(rèn)虛假信息和偏見，以便從可靠的信息源中獲取必要的數(shù)據(jù)和觀點(diǎn)。此外學(xué)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(xué)生能夠綜合考慮各種因素，包括成本、效益、可行性等。最后學(xué)生應(yīng)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(jìn)，這有助于學(xué)生不斷提高批判性思維的質(zhì)量。

（四）團(tuán)隊合作

任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)經(jīng)常設(shè)計為團(tuán)隊項目或合作任務(wù)，這些任務(wù)要求學(xué)生通過合作來解決問題。首先，在團(tuán)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(wù)的順利完成，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力，包括傾聽能力、表達(dá)觀點(diǎn)的能力以及解決沖突的能力。其次，在合作中，學(xué)生需要協(xié)調(diào)各自的任務(wù)，合理分配工作量，并按計劃完成工作，這鍛煉了學(xué)生的組織和時間管理技能。最后，團(tuán)隊合作能使學(xué)生認(rèn)識到同學(xué)彼此之間的依賴性，需要共同負(fù)責(zé)任務(wù)的成功，這有助于培養(yǎng)責(zé)任感和合作意識。

二、基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的任務(wù)驅(qū)動法在“復(fù)合材料學(xué)”案例教學(xué)中的應(yīng)用

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)使把教學(xué)任務(wù)融入具體的學(xué)習(xí)任務(wù)中，學(xué)生通過完成學(xué)習(xí)任務(wù)來逐步推動學(xué)習(xí)進(jìn)程。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的應(yīng)用將教師主導(dǎo)的課堂轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主導(dǎo)的課堂，這有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)習(xí)的主觀能動性，有助于提升學(xué)生的探索精神和求知欲望。將任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法引入《復(fù)合材料》的教學(xué)實踐中，目的在于改進(jìn)現(xiàn)有的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，有助于提高學(xué)生創(chuàng)新能力，適應(yīng)新工科背景下社會對復(fù)合型理工科人才的需求。

（一）任務(wù)驅(qū)動教學(xué)中的學(xué)習(xí)目標(biāo)

在整個的“復(fù)合材料學(xué)”的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)目標(biāo)是隨著課程進(jìn)展不斷變化的。課程開始階段的學(xué)習(xí)目標(biāo)是理解復(fù)合材料的定義和組成并識別復(fù)合材料的特性，這個階段要求學(xué)生應(yīng)該能夠清晰地闡述復(fù)合材料的概念，理解不同類型的基礎(chǔ)材料（如纖維、基體、填料）在復(fù)合材料中的作用，識別不同類型的復(fù)合材料的特性，包括但不限于強(qiáng)度、剛度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、耐腐蝕性等，并理解這些特性與應(yīng)用之間的關(guān)系。課程的中間階段需要學(xué)生掌握復(fù)合材料的制備方法并分析復(fù)合材料的性能，復(fù)合材料的制備方法包括層疊、注塑、壓制、預(yù)浸料等方法，復(fù)合材料的分析測試包括材料測試、性能評估、數(shù)據(jù)收集與分析等。課程最后階段的學(xué)習(xí)目標(biāo)是要求學(xué)生可以利用應(yīng)用復(fù)合材料的知識解決實際問題，包括設(shè)計輕量化結(jié)構(gòu)、改進(jìn)材料性能或選擇適當(dāng)?shù)牟牧嫌糜谔囟☉?yīng)用，并能夠提供合理的解釋和理由。針對不同階段的學(xué)習(xí)目標(biāo)可以設(shè)計不同的小任務(wù)，比如在課程初始階段提供一篇閱讀材料，介紹復(fù)合材料的基本概念和組成。學(xué)生需要閱讀并撰寫一份摘要，解釋復(fù)合材料的定義以及其由哪些組分構(gòu)成。在課程最后階段，提供一個實際工程案例，要求學(xué)生設(shè)計一個輕量化的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，以滿足特定的性能要求和成本約束。學(xué)生需要提供設(shè)計方案和理由，并分析可能的應(yīng)用領(lǐng)域。

這些學(xué)習(xí)目標(biāo)及任務(wù)涵蓋了復(fù)合材料學(xué)的核心概念、基本原理以及實際應(yīng)用，明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)有助于確保教學(xué)活動的有效性和學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。

（二）任務(wù)驅(qū)動教學(xué)中的案例教學(xué)

任務(wù)案例交互旨在將任務(wù)驅(qū)動教學(xué)和案例教學(xué)相互結(jié)合，以提供多樣化和深入的學(xué)習(xí)體驗。這種方法鼓勵學(xué)生將自己在課堂上學(xué)到的理論知識應(yīng)用到具體的案例情境中，并從中獲取實際的經(jīng)驗。下面展示“復(fù)合材料學(xué)”教學(xué)中的一個任務(wù)案例的例子。

案例題目：提高體育器材的性能和可持續(xù)性。

學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解復(fù)合材料在體育器材制造領(lǐng)域中的應(yīng)用和優(yōu)勢；掌握不同類型復(fù)合材料的特性和適用性；能夠設(shè)計和評估使用復(fù)合材料的體育器材。

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

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

通過類似的案例，學(xué)生可深入了解復(fù)合材料在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用，培養(yǎng)設(shè)計和分析的能力，同時提高創(chuàng)新和市場競爭意識。

（三）任務(wù)驅(qū)動教學(xué)中的團(tuán)隊合作

在任務(wù)驅(qū)動教學(xué)中，團(tuán)隊合作是一項關(guān)鍵的要素，它有助于學(xué)生共同完成任務(wù)、分享知識和不同的觀點(diǎn)，并提高學(xué)生相互溝通和解決問題的能力。

在教學(xué)過程中將學(xué)生分成小組，每個小組負(fù)責(zé)完成任務(wù)的一部分。這可以模擬現(xiàn)實世界中的團(tuán)隊工作環(huán)境，鼓勵學(xué)生分工合作，充分發(fā)揮每個成員的專長。同時團(tuán)隊合作鼓勵學(xué)生協(xié)作，分享思想和信息。學(xué)生需要有效溝通，以確保任務(wù)順利完成，這有助于提高溝通和協(xié)作技能。在團(tuán)隊合作中，可能會出現(xiàn)不同意見或沖突，這提供了讓學(xué)生提高處理和解決問題及提高解決沖突能力的機(jī)會。此外，團(tuán)隊合作還可以集思廣益，共同尋找解決方案。學(xué)生可以通過團(tuán)隊合作汲取不同的觀點(diǎn)和想法，從而促進(jìn)創(chuàng)新和創(chuàng)造力。最重要的是團(tuán)隊成員可以相互學(xué)習(xí)，分享各自的專業(yè)知識和經(jīng)驗，這有助于拓寬學(xué)生的知識領(lǐng)域，使他們能夠應(yīng)對更廣泛的問題。

通過團(tuán)隊合作，任務(wù)驅(qū)動教學(xué)可以更好地模擬現(xiàn)實世界中的工作環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，使學(xué)生具備在未來職業(yè)生涯中成功協(xié)作和解決問題所需的技能。這種協(xié)作經(jīng)驗也有助于學(xué)生更深入地理解課程內(nèi)容，并將理論知識應(yīng)用到實際情境中。

（四）任務(wù)驅(qū)動教學(xué)中的實驗教學(xué)

將任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法引入實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，以設(shè)計型實驗部分替代傳統(tǒng)的性能檢測和復(fù)合材料制備實驗。首先，向?qū)W生介紹有關(guān)實驗的相關(guān)基礎(chǔ)知識，然后告知實驗題目和設(shè)計要求，將學(xué)生分成小組，學(xué)生在截止日期前自主完成知識的豐富、設(shè)計開發(fā)和設(shè)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(shè)計過程和設(shè)計方案。教師根據(jù)設(shè)計的難度和學(xué)生演示的情況進(jìn)行提問，每組學(xué)生需要在規(guī)定的時間內(nèi)推薦一名代表進(jìn)行回答。這種方法將原本的驗證性實驗轉(zhuǎn)變?yōu)楦呔C合性和創(chuàng)新性的探索型實驗，鼓勵學(xué)生更深入地理解和應(yīng)用所學(xué)知識。通過這種教學(xué)方法，學(xué)生不僅培養(yǎng)了自學(xué)和團(tuán)隊協(xié)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(zhǔn)備他們面對未來的工程和科學(xué)挑戰(zhàn)。例如，溫濕度響應(yīng)型智能裝置設(shè)計實驗，在教師對溫濕度智能響應(yīng)材料的原理和致動效果進(jìn)行簡單介紹后，要求學(xué)生利用各種資源豐富溫濕度響應(yīng)材料的基本知識，包括常見的濕度響應(yīng)型材料有哪些、響應(yīng)型材料的結(jié)構(gòu)與響應(yīng)原理、現(xiàn)有常見的溫濕度響應(yīng)裝置等。學(xué)生以組為單位，組員之間分享知識，可提高學(xué)習(xí)效率。在掌握基本知識和現(xiàn)有溫濕度響應(yīng)型智能裝置情況后，學(xué)生開動大腦，發(fā)掘新的設(shè)計想法，并繪制設(shè)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(yīng)型智能裝置設(shè)計，并在課堂上展示小組的設(shè)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(huán)節(jié)成績。

結(jié)語

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法在“復(fù)合材料學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用不僅能提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)在動力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力，使學(xué)生能更好地面對未來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

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基金項目：2022年貴州省高等學(xué)校教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革項目：新工科背景下《復(fù)合材料學(xué)》課程的改革與探索；2022年貴州省普通本科高?！敖鹫n”（一流課程）：《復(fù)合材料學(xué)》

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(xué)。

*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(zhì)復(fù)合材料的研究。