基于任务驱动的大学物理实验教学的研究与实践

王畅 陈佰树 朱文霞

摘 要：大学物理实验是高等院校理工科专业的一门重要的必修基础课程。针对大学物理实验课程的特点，分析了传统教学中存在的问题，难以达到开设大学物理实验课的目的。探讨了将任务驱动教学方法引入大学物理实验教学，给出了任务驱动教学法的实施流程。最后，在大学物理实验教学中，针对典型案例开展了任务驱动教学法的实践教学。

关键词：大学物理实验；任务驱动；案例教学法

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）16-0094-03

Abstract： University physics experiment is an important compulsory course for science and engineering majors in universities. According to the characteristics of university physics experiment courses， the existing problems in traditional teaching were analyzed， it was difficult to achieve the goal of university physics experiment courses because of these problems. This paper discussed the introduction of task-driven teaching method into college physics experiment teaching and presented the implementation process of task-driven teaching method. Finally， the teaching practice of task-driven teaching method was carried out in college physics experiments with specific cases.

Keywords： university physics experiment； task-driven teaching； case-based teaching

大学物理实验是高等院校理工科专业的一门重要的必修基础课程。它可以对学生进行科学实验和实验仪器的基本操作，是进入大学后教师对学生进行系统实验训练和实验仪器操作技能训练的开端[1]。因此，大学物理实验在培养学生严谨的科学态度、活跃的科学意识、动手操作能力和理论联系实际能力等方面的优势，是其他实验课程所不具有的。在传统大学物理实验教学中，教师都是先从实验目的、实验原理、实验步骤讲起，然后进行从头到尾示范演示，最后学生机械地按照教师示范步骤循序渐进，按部就班地进行实验，把测得的实验数据记在实验报告上。学生根本不用提前预习和思考实验仪器操作中的问题，只需上课时认真听老师的讲解和观察老师的操作即可顺利完成实验。这种僵化的实验教学模式导致学生过分依赖教师指导，在很大程度上抑制了学生的积极性和主动性，就更谈不上提高他们的动手能力和创新能力了，难以实现开设大学物理实验的教学目的，难以实现培养学生的实验操作技能和解决实际问题的教学宗旨。为解决上述问题，因此大学物理实验的教学改革一直作為高等院校大学物理实验教育工作的重点。本文针对大学物理实验课程，开展了任务驱动教学模式的实践教学，提出了实施教学的方案，最后提供某个任务项目完成的典型案例。研究证明，大学物理实验应用任务驱动教学法，不仅很好的完成了大学物理实验课的教学目的，而且对培养学生基本实验操作技能和解决实际问题的能力具有重要的理论意义和现实意义。

一、任务驱动教学方法的介绍

任务驱动教学方法是基于趣味性，在能够调动学生学习动机与好奇心的背景下，利用与教学内容紧密联系的任务，通过完成任务的过程获得知识与技能的一种教学方法[2]。任务、情景和教学目标是该教学法的基本三要素。该教学法的载体是任务，且任务一定与教学内容和要求紧密联系；教学目标是课堂教学中要求学生理解或掌握的知识和技能；情景是任务完成时的结果或作品。教学目标决定任务的设计和情景的设定，任务设计和情景的目的在于让学生更好地掌握教学内容[3]。任务驱动式教学方法提倡以通过完成任务解决问题为最终目的，调动学生的积极性、激发学生的学习兴趣，在学习形式上主张探究体验学习和团队合作学习。任务驱动式教学方法体现以学生为中心，学生是课程学习的参与者、知识的生产者，教师是过程引导者和结果评价者。

任务驱动教学法的教学过程主要由四个环节构成：知识点的分割——任务的设计——任务的实施——任务的评价。在教学设计过程中，教师们细心研究和讨论教学内容，把教学内容分解为若干个具体的教学知识点，把每个或几个知识点设计成任务。通过实施任务来激发学生进行自主学习，并通过完成任务和教师有价值的评价，使学生在学习过程中获得满足感和获得感，进而极大地调动了学生的学习动力和解决问题的潜力。在任务驱动教学法实施过程中，学生不再是简单被动地接受知识，而是非常积极地学习基础知识、并进行了知识回顾与积累，主动认真地对信息进行收集、整理、分享；对教师而言，则需要熟悉并细化整个大学物理实验知识与技能点，并时刻关注物理实验仪器的改进和发展，将物理研究所出现的新颖热门问题整合到教学过程中，所以需要我们教师要不断学习、不断总结，积极开展教学改革，以充分调动学生学习积极性和主动性[4]。

二、任务设计的要求

1. 在完成大学物理实验任务时，为了使学生能够明确目的及最后需要解决的问题，因此设计的任务，要求足够详细并且细致，尽量符合物理实验的特点，且最终在完成实验的实践中能够锻炼学生的独立分析和解决问题的能力。

2.承担任务驱动教学的教师应该具有较高的专业素质，充分了解教学目标和实验内容，能够按照教学目标去设置教学任务体系，安排教学项目。另外，教师能够合理的分解教学任务和教学环节，且对学生的认知能力充分了解，保证分解后的任务适合学生实践。

3. 在设计任务时，需要从分析和考虑教学对象的特点出发，了解大学物理实验及仪器设备的发展动态，设计出符合学科发展需要、具有可操作性的任务项目。

4. 在设计任务时也需要考虑到学生学习的特点和学生的能力水平。如果设置的任务过于困难，容易打击学生的信心。如果设置的任务过于简单，容易引起学生轻视的心理。应该设置具有探究性，只要学生努力就能实现的任务，以至于能够激发学生学习的兴趣。

三、任务驱动教学法的实施流程

我校的大学物理实验课共30个学时，设计15个教学任务，课程教学安排在大学的第四学期进行。在学习大学物理实验以前，学生们已经学习了大学物理学、高等数学、数学实验和C语言等基础课程。大学物理实验首先是基础性实验，主要是学习常用仪器的基本操作和数据处理等。然后在基础性实验的基础上，设计与实际相关的任务项目进行教学。

（一）设置教学任务

在课程教学实施之前，教师要深入各高校大学物理实验室进行走访调研，与优秀教师、实验教师一起组成课程开发小组，共同进行实验内容的重新构建。大体包括：制订实验内容、实验项目的设计与开发、典型任务的设计等。为了能够充分激发学生的兴趣，调动学生的积极性，需要基于实际问题来进行相关教学任务的设计。老师应该提前完成任务设计，一般提前3-5周发布任务，具体分配任务时可根据学生的情况略做调整。

（二）实施教学任务

发布教学项目时，教师应该讲清楚任务的目的、所需实验仪器设备和所需知识点。教师要积极引导学生思考与物理实验相关的实践问题，变被动接受为主动提出实施方案、主动完成任务。在完成任务过程中，引导学生通过学习小组，利用团队合作的力量实施任务。组成团队执行任务，并不是要降低个体的角色，而是要分工协作、各司其职，自主履行职责，共同完成任务，锻炼学生的团队协作能力。学生对所领到的任务首先在中国知网上进行相关文献的检索，参考相关的文献，提出小组对任务的解决方案。各小组在实验室中准备仪器、实验材料，运用已有知识对问题进行分析探讨，完成数据的测试和数据的整理。最后，对完成任务的各个细节进行总结，参考一些有价值的材料，制作工作汇报的课件。

（三）评价任务

任务驱动教学模式的主要环节之一就是任务评价。合理有价值的评价对学生学习的热情、自身的完善和自我反思等方面有着重要的作用。评价分为组内自评、组外互评和教师评价三种形式。组内自评是指小组成员在团队内部简单介绍一下自己完成所承担任务的过程和收获。自我评价对学生认识自己的不足和完善自己具有很大的帮助作用。为进一步提高能力，能够及时扩充自己的知识结构，做到查缺补漏。组外互评主要是为了加强各种学生之间互相学习，加强问题的理解。最后，教师评价采用过程性评价和结果性评价两种评价方法。这样的评价方法，比较客观，比较科学。例如过程性评价能够评价学生完成任务的整个过程和各个细节。结果性评价指的是任务项目完成后，教师对学生小组完成项目的结果进行评价，也是对学生实际学习效果的总结，有助于学生学习积极性的培养。

四、基于任务驱动的大学物理实验教学的具体案例

本部分以实验《牛奶掺水量的检测研究》（本实验为2学时）为例，给出基于任务驱动的大学物理实验教学实践的实施案例。这个实验是实验《液体表面张力系数测定》的扩展实验，授课地点是大学物理实验室。

（一）创设情境，激发兴趣

第一步，教师利用PPT课件给学生讲解，由于受到利益的诱惑，商贩们在牛奶中掺假的事件屡见不鲜，特别是牛奶中掺入了过量的水。那牛奶中是否掺入了过量的水，如何进行检测，自然成为急需迫切解决的问题。通过生活实际问题的引入，很大程度上调动了学生学习的兴趣和积极性，这为后面任务的完成奠定了坚实的基础。第二步，教师向学生说明，总任务和本次任务之间的关系，及其对整个实验课产生的作用。第三步，教师向学生讲解本次任务的目的和完成本次任务的意义，这样学生们就知道通过本次任务后应该掌握哪些知识和技能，以便学生进行自我检验和反思。

（二）布置任务

我们根据本实验的三个教学目标，向学生布置了三个不同层次的任务，供不同层次的学生学习，充分发挥学生的创造性。三个不同层次的任务分别是任务一：不同掺水量牛奶样品的配制；任务二：不同掺水量牛奶样品的特征量的测定；任务三：Origin软件的使用或者C语言的学习。

（三）完成任务

教师布置任务，学生们领到具体任务后，通过收集资料，分析讨论。遇到实在解决不了的问题时，可以请教老师。学生分组讨论和研究每个任务具体解决方案，如何分工协作等事项。对于任务一，牛奶样品的配制可以由个体独立完成；任务二，为了让学生们重点掌握某个物理量的测定方法，这是一个教师半开放性的任务，学生们可以在互联网上查找资料，找到该物理量的测定方法，鼓励学生使用多种方法例如表面张力系数的测定、比重计检测牛奶样品的相对密度和牛奶样品冰点法检测等，去完成任务。最后，任务三主要是要求学生学习一些科研中常用的软件，这对以后的研究工作是有益的。这一任务着力培养学生的自主学习和主动学习的能力。任务驱动教学法是一种双主教学方法，教师是学习的指导者、激励者、启发者，而学生是知识的生产者。在学习过程中，教师应该尽力引导学生在完成任务项目的过程中主动思考和探索，鼓励和帮助学生在一定的情况下寻找解决问题的方法。

（四）汇报任务成果

成果形式主要以PPT课件形势展示、汇报地点是创新实验室，配有多媒体设备。PPT内容包括项目简介（包括简要概述项目研究目的、意义、研究过程及取得成果）、项目研究过程（项目研究过程及思路、项目组成员分工、研究方法及步骤等）、项目成果（项目成员发表论文、制作实物、设计图纸、研究报告等）和参与项目取得的收获（对学生创新性思维、自主学习能力、实践能力、团队合作能力、创业能力和科研等能力及素质的培养起到積极的促进作用）等。

（五）任务的评价

改革前大学物理实验的考核主要通过操作考试形式完成，这种测试主要侧重学生对知识理解，不能完全评估学生的操作水平，所以不能全面合理地评价学生在整个实验课程学习效果。改革后的课程评价主要根据学生对项目任务实践操作情况，采用多形式、分阶段评价[5]，由过程考核50%+汇报考核20%+组内协作20%，综合表现10%来进行考核。过程考核重在考核学生对物理实验仪器操作掌握的程度，在每个实验任务过程中完成；结果考核在整个实验课程结束后进行，主要考核学生完成任务及团队协作能力。组内协作主要考核每个学习团队间的团结协作，共同解决问题的能力；综合表现包括对学生职业道德、工作态度、工作表现等方面。

五、结束语

任务驱动教学法应用于大学物理实验的教学实践的研究表明，应用任务驱动教学法的大学物理实验课的教学目的明确，结构合理和教学设计科学、操作方便、易于实施，并且这种方法能很大程度上调动学生学习的积极性，有效地激发学生的学习兴趣。学生能够顺利完成任务也说明，通过物理实验课的学习，他们既掌握了物理实验仪器的基本技能，基本实现了大学物理实验课的开设目的，另一方面也对开设大学物理实验课的其他院校提供了有益的借鉴。

参考文献：

[1]张占新，王汝政，王凤鸣.大学物理实验教学改革措施与实践[J].大学物理实验，2013（6）：108-110.

[2]郭绍青.任务驱动教学法的内涵[J].中国电化教育，2006（7）：57-59.

[3]吴德群.任务驱动式教学的基本内涵与实施条件——以《社会调查原理与方法》为例[J].百色学院学报，2016（2）：130-133.

[4]陈小春，陈志辉.任务驱动式教学法在旅行社管理学课程教学中的应用[J].大学教育，2018（4）：115-118.

[5]陈毛华，张晓玮，尹恩，等.《设施蔬菜栽培技术》课程教学的创新与实践[J].韶关学院学报，2016（4）：100-103.