任务驱动法在“复合材料学”教学中的实践与探索

杨玉雪 杨小慧 柳凯祥 龙梅

摘 要：本文旨在探讨新工科教育背景下，针对材料类专业学生在学习“复合材料学”课程过程中所遇到的问题，结合任务驱动教学法特点，提出将“任务驱动法教学”应用到“复合材料学”教学中，并在教学过程中进行了初步实践与探索，这一教学方法不仅有效地解决了传统教学中存在的问题，且在一定程度上激发了学生学习主动性，有助于提高学生创新能力。

关键词：任务驱动法；复合材料学；教学实践探索

在现代工程和科学领域，复合材料已成为不可或缺的一部分。它们以其卓越的性能和多种应用领域而著称，涵盖了从航空航天到汽车制造、医疗设备和建筑等各个领域。复合材料通常由两种或更多种材料的组合构成，通过精确的设计和制造，可以获得特定的性能，例如强度、轻量化和导电性。因此，复合材料的研究和应用已成为材料科学与工程领域的一个重要研究领域［1］。然而，复合材料的复杂性和跨学科性质对教育提出了挑战。传统的教学方法通常将材料科学、化学、物理和工程等不同领域的知识划分为独立的学科，这可能无法充分解释复合材料的性质和行为。学生需要深入了解复合材料的组成、结构与性能之间的复杂关系，以及如何应用这些知识解决实际问题。因此，如何更好地教授复合材料学成为一个重要的教育挑战。

在当今互联网技术迅猛发展的背景下，学生获取知识和查找问题答案的方式变得前所未有的便捷。传统的高等教育教学中，往往以教师为主导，而学生作为被动接受者，只能接受“填鸭式”的灌输知识［23］。这不仅导致课堂质量下降，教学效果不尽如人意，也无法满足新工科背景下社会对复合应用型人才的紧迫需求。传统教学模式的核心问题在于忽略了学生主观能动性的重要，在这种教学方式下，学生通常只能被动地接受知识的灌输，而缺乏积极参与和探究的机会。更为突出的问题是，学生从知识获取到实际应用的过程中存在时效性的延迟，未能及时将所学的知识运用到实际问题中，使创新思维以及发现和解决实际问题的能力有待提高［4］。现代社会对于培养具备实际技能和应用能力的人才提出了更高的要求，传统教育方式已经不能满足这些需求，教育领域需要不断探索更为互动和实践导向的教学方法，以更好地培养学生的创新能力、解决问题的能力和适应复杂挑战的能力。

任务驱动法教学将传统教学理念中主要侧重于知识传授的方式转变为更多注重问题解决和任务完成的多维互动式教育理念。这一转变将学习从被动的知识吸收转向积极的探究式学习，激发学生的学习兴趣和主动性。在这种教育模式下，每位学生都有机会根据自己对当前问题的理解，结合共有的知识和个人独特的经验，提出解决方案。这样，学习过程变得更加互動和个性化，促进了学生的全面发展［56］。因此，本文提出在新工科教育背景下将“任务驱动法教学”应用到“复合材料学”教学中，激发学生的主观能动性，培养学生创新能力、动手能力以及团队合作能力，重点培养学生独立分析问题并运用理论知识解决实际问题的能力。

一、任务驱动法的特点

任务驱动法有学生为中心、问题解决导向、批判性思维、团队合作等特点。

（一）学生为中心

任务驱动法将学生作为学习的核心，强调学生的主动性和自主性。在任务驱动法中，学生要从头到尾地参与任务的设计和执行，而不是被动接受知识的灌输。学生必须通过阅读文献、查找资料等方式，一步步找到解决问题的办法，这对于提高学生的学习兴趣和信心十分有效。

（二）问题解决导向

任务驱动法通常以现实世界的问题或情境为基础，学生需要面对这些问题并找到解决方案。这确保了所学知识的实际性和现实性，帮助学生将所学知识与实际问题相联系。同时问题往往涉及多个学科领域的知识，因此，学生在解决问题的过程中不仅仅是学习一个学科的知识，还需要将不同领域的知识进行整合和应用，这有助于培养学生的跨学科思维和综合能力。任务驱动法要求学生主动参与问题的解决过程，学生需要提出问题、搜集信息、分析数据、制定策略，然后评估和调整自己的解决方案，这激发了学生的主动学习和自主思考。

（三）批判性思维

在任务驱动法教学中，学生需要深入分析面临的问题，理解问题的本质和因果关系。这要求学生能够提出关键问题，确定相关因素，并辨认问题的复杂性。同时学生需要评估不同来源的信息，判断其可信度和相关性，要学会辨认虚假信息和偏见，以便从可靠的信息源中获取必要的数据和观点。此外学生需要提出有效的解决方案，并在多个可能的选项之间做出最佳选择。这需要学生能够综合考虑各种因素，包括成本、效益、可行性等。最后学生应该能够自我评估自己的思考过程和决策，识别潜在的偏见和错误，并寻求改进，这有助于学生不断提高批判性思维的质量。

（四）团队合作

任务驱动法教学经常设计为团队项目或合作任务，这些任务要求学生通过合作来解决问题。首先，在团队合作中最重要的是沟通，只有有效的沟通和交流才能保证任务的顺利完成，这有助于培养学生的沟通能力，包括倾听能力、表达观点的能力以及解决冲突的能力。其次，在合作中，学生需要协调各自的任务，合理分配工作量，并按计划完成工作，这锻炼了学生的组织和时间管理技能。最后，团队合作能使学生认识到同学彼此之间的依赖性，需要共同负责任务的成功，这有助于培养责任感和合作意识。

二、基于建构主义学习理论的任务驱动法在“复合材料学”案例教学中的应用

任务驱动教学使把教学任务融入具体的学习任务中，学生通过完成学习任务来逐步推动学习进程。任务驱动教学法的应用将教师主导的课堂转变为学生主导的课堂，这有助于激发学生的学习热情，培养学习的主观能动性，有助于提升学生的探索精神和求知欲望。将任务驱动教学法引入《复合材料》的教学实践中，目的在于改进现有的教学方式，激发学生学习主动性，有助于提高学生创新能力，适应新工科背景下社会对复合型理工科人才的需求。

（一）任务驱动教学中的学习目标

在整个的“复合材料学”的学习过程中，学习目标是随着课程进展不断变化的。课程开始阶段的学习目标是理解复合材料的定义和组成并识别复合材料的特性，这个阶段要求学生应该能够清晰地阐述复合材料的概念，理解不同类型的基础材料（如纤维、基体、填料）在复合材料中的作用，识别不同类型的复合材料的特性，包括但不限于强度、刚度、导热性、导电性、耐腐蚀性等，并理解这些特性与应用之间的关系。课程的中间阶段需要学生掌握复合材料的制备方法并分析复合材料的性能，复合材料的制备方法包括层叠、注塑、压制、预浸料等方法，复合材料的分析测试包括材料测试、性能评估、数据收集与分析等。课程最后阶段的学习目标是要求学生可以利用应用复合材料的知识解决实际问题，包括设计轻量化结构、改进材料性能或选择适当的材料用于特定应用，并能够提供合理的解释和理由。针对不同阶段的学习目标可以设计不同的小任务，比如在课程初始阶段提供一篇阅读材料，介绍复合材料的基本概念和组成。学生需要阅读并撰写一份摘要，解释复合材料的定义以及其由哪些组分构成。在课程最后阶段，提供一个实际工程案例，要求学生设计一个轻量化的复合材料结构，以满足特定的性能要求和成本约束。学生需要提供设计方案和理由，并分析可能的应用领域。

这些学习目标及任务涵盖了复合材料学的核心概念、基本原理以及实际应用，明确的学习目标有助于确保教学活动的有效性和学生的学习成果。

（二）任务驱动教学中的案例教学

任务案例交互旨在将任务驱动教学和案例教学相互结合，以提供多样化和深入的学习体验。这种方法鼓励学生将自己在课堂上学到的理论知识应用到具体的案例情境中，并从中获取实际的经验。下面展示“复合材料学”教学中的一个任务案例的例子。

案例题目：提高体育器材的性能和可持续性。

学习目标：了解复合材料在体育器材制造领域中的应用和优势；掌握不同类型复合材料的特性和适用性；能够设计和评估使用复合材料的体育器材。

案例情境：学生将扮演体育器材设计师的角色，受雇于一家体育器材制造公司。公司希望创新设计一款新型的体育器材，如网球拍、高尔夫球杆或自行車车架，以提高性能和耐用性。学生的任务是设计一种使用复合材料的体育器材，并解释其优势。

任务：（1）研究与分析：学生需要研究复合材料在体育器材领域中的历史和应用案例。学生应该了解不同类型复合材料的特性和性能。（2）器材设计：学生被要求设计一种新型的体育器材，其中至少70%的部分必须使用复合材料制造。学生需要考虑器材的结构、形状和用途。（3）材料选择：学生需要选择适合体育器材的复合材料类型，并解释他们的选择。学生应该考虑材料的强度、轻量化、振动吸收等因素。（4）性能评估：学生需要使用工程计算和实验测试来评估他们设计的体育器材的性能，包括弹性、耐用性、操控性等。（5）市场竞争分析：学生还应该进行市场竞争分析，比较他们设计的器材与现有产品的优势和竞争优势。（6）报告和展示：学生将撰写一份综合报告，解释设计选择、性能评估结果、市场竞争分析和建议，然后进行产品展示，演示产品设计和性能。

通过类似的案例，学生可深入了解复合材料在产品设计中的应用，培养设计和分析的能力，同时提高创新和市场竞争意识。

（三）任务驱动教学中的团队合作

在任务驱动教学中，团队合作是一项关键的要素，它有助于学生共同完成任务、分享知识和不同的观点，并提高学生相互沟通和解决问题的能力。

在教学过程中将学生分成小组，每个小组负责完成任务的一部分。这可以模拟现实世界中的团队工作环境，鼓励学生分工合作，充分发挥每个成员的专长。同时团队合作鼓励学生协作，分享思想和信息。学生需要有效沟通，以确保任务顺利完成，这有助于提高沟通和协作技能。在团队合作中，可能会出现不同意见或冲突，这提供了让学生提高处理和解决问题及提高解决冲突能力的机会。此外，团队合作还可以集思广益，共同寻找解决方案。学生可以通过团队合作汲取不同的观点和想法，从而促进创新和创造力。最重要的是团队成员可以相互学习，分享各自的专业知识和经验，这有助于拓宽学生的知识领域，使他们能够应对更广泛的问题。

通过团队合作，任务驱动教学可以更好地模拟现实世界中的工作环境，培养学生的综合素养，使学生具备在未来职业生涯中成功协作和解决问题所需的技能。这种协作经验也有助于学生更深入地理解课程内容，并将理论知识应用到实际情境中。

（四）任务驱动教学中的实验教学

将任务驱动教学法引入实验教学环节，以设计型实验部分替代传统的性能检测和复合材料制备实验。首先，向学生介绍有关实验的相关基础知识，然后告知实验题目和设计要求，将学生分成小组，学生在截止日期前自主完成知识的丰富、设计开发和设计展示。在实验课上，以小组为单位向教师演示和讲解他们的设计过程和设计方案。教师根据设计的难度和学生演示的情况进行提问，每组学生需要在规定的时间内推荐一名代表进行回答。这种方法将原本的验证性实验转变为更具综合性和创新性的探索型实验，鼓励学生更深入地理解和应用所学知识。通过这种教学方法，学生不仅培养了自学和团队协作的能力，还提高了实验技能和解决问题的能力，有助于更好地准备他们面对未来的工程和科学挑战。例如，温湿度响应型智能装置设计实验，在教师对温湿度智能响应材料的原理和致动效果进行简单介绍后，要求学生利用各种资源丰富温湿度响应材料的基本知识，包括常见的湿度响应型材料有哪些、响应型材料的结构与响应原理、现有常见的温湿度响应装置等。学生以组为单位，组员之间分享知识，可提高学习效率。在掌握基本知识和现有温湿度响应型智能装置情况后，学生开动大脑，发掘新的设计想法，并绘制设计图和撰写装置说明，组员之间通过讨论和不断论证，完成一个较为可行和有意义的温湿度响应型智能装置设计，并在课堂上展示小组的设计。最终，教师综合实验演示、答辩情况、实验报告及组间评分等给出小组实验环节成绩。

结语

任务驱动教学法在“复合材料学”教学中的应用不仅能提高学生学习效果，还可以激发学生的学习兴趣和内在动力，培养学生独立分析和解决问题的能力，使学生能更好地面对未来的机遇与挑战。

参考文献：

［1］杨小慧，曹岩，高华，等.研究导向型教学在复合材料学课程中的应用［J］.广州化工，2021，49（08）：171172.

［2］张捷，封俊红，隆峻，等.任务驱动教学法在《计算机应用基础》中的应用［J］.电脑知识与技术，2019，15（14）：6567，71.

［3］佘安明.任务驱动法在材料孔结构测试实验教学中的应用初探［J］.山西青年，2021（18）：3031.

［4］胡建鹏，姚利宏，李哲锋，等.任务驱动教学法在景观材料学教学中的应用初探［J］.安徽农业科学，2020，48（22）：269270+273.

［5］张扬，李亚，孙大勇，等.任务驱动教学法在高校《VB程序设计》中的应用［J］.电脑知识与技术，2020，16（16）：176177+180.

［6］叶馨芸.任务驱动法在《建筑环境设计方法学》教学中的实践与探索［J］.科技风，2022（16）：9193.

基金项目：2022年贵州省高等学校教学内容和课程体系改革项目：新工科背景下《复合材料学》课程的改革与探索；2022年贵州省普通本科高校“金课”（一流课程）：《复合材料学》

作者简介：杨玉雪（1992— ），女，侗族，贵州贵阳人，硕士研究生，助教，研究方向：地球化学。

*通讯作者：杨小慧（1990— ），女，汉族，贵州贵阳人，博士，副教授，主要从事生物质复合材料的研究。