摭谈数值分析实验课中的任务驱动教学

程攀 田园

在提倡优先发展教育，注重课程教学深化改革的背景下，加强数值分析实验课教学研究成为数值分析教学改革的必然趋势。基于此，本文在实践教学经验归纳与总结的基础上，对任务驱动教学及其在数值分析实验课中的应用进行了简要分析，以期加强对任务驱动教学的认知与理解，掌握任务驱动教学应用作用与问题，进行任务驱动教学模式的完善，为数值分析实验教学改革质量的提升提供有益指导。

“数值分析”是工科专业（包括水利工程专业、机械工程专业、电气自动化工程专业等）教学中的核心课程之一，其专业性、实验性较强。“数值分析实验课”作为数值分析课程教学中重要组成部分，侧重于学生数值分析知识与技能实践应用能力的培养与强化。但从实践教学情况来看，数值分析实验课教学仍存在诸多不足，实践教学与理论教学脱节、教学模式陈旧、教学方法单一等问题严重影响课程教学质量。基于此，以提升数值分析实验课教学质量为目标，尝试任务驱动教学法进行课程教学改革，以期在实践中有所收获与体会。

1 对“任务驱动教学”的基础认识

任务驱动教学法（Task-driven teaching method）是基于构建主义学习理论上（Constructivist Learning Theory，主张学习需以学生为中心，进行学生已有经验的调动，在已有知识与经验的基础上获取新知识，构建新经验;强调学生学习活动需与任务或问题进行有机结合，通过问题的探索调动学习兴趣，并在知识与技能内化与转移的过程中，实现新经验与已有经验的有效互动，以提升自身能力，促进自身优化发展。）形成的一种教与学相结合的教学方法，它要求教师与学生为一个目标或几个项目组织开展具有探讨性、开放性的教学与学习活动，使学生在问题分析、讨论、研究、处理中，调动已有知识，获取新知识，掌握已有知识与新知识之间的关系，并在教师指导下进行问题的有效处理与解决，帮助学生构建“探究+思考+分析+实践+解决”的学习体系。任务驱动教学法的有效应用，对提升学生自主学习能力、问题独立分析与处理能力具有积极影响，在实践性强的课程教学中存在应用优势。

基于对“任务驱动教学法”教学研究与教学实践经验总结发现，任务驱动教学法教学流程如下：

（1）教学分析：对教学内容以及学生实际情况具有充分了解，确定课程教学目标，构建与当前学生主题相符的学习情景，促进学习与现实情景的相结合、相统一。

（2）任务（问题）确定：使学生对学习任务具有充分了解，掌握任务目标与任务核心内容，了解任务难点，初步确定任务或问题解决方向，并通过相关资料查阅，制定与完善任务解决方案。

（3）自主与协作学习：任务实施的关键阶段，学生在自主探讨与分析中，实现已有知识与经验的调动，并对知识与经验产生新的认知，加深对当前任务或问题的理解，实现问题的有效解决。

（4）评价与修改：对任务完成过程与结果进行综合评价，掌握学习过程中存在的不足，并基于评价进行问题解决方案的进一步完善。

2 任务驱动教学在数值分析实验课中应用的必要性

“数值分析”作为工科专业课程教学中的必修课程，具有實践性强、理论内容深度深等特征。与此同时，在学科交叉融合发展趋势下，数值分析课程与其他工科专业课程之间关联性不断加深，提升数值分析课程教学质量，成为课程教学改革关注的重点，对丰富学生专业知识，提升学生问题分析与处理能力具有重要意义。而任务驱动教学法在数值分析实验课中的有效应用，为课程教学改革提供了创新路径，有利于课程教学质量与效率的提升。

首先，由任务驱动教学法内涵可知，任务驱动教学强调学生学习主体作用的发挥。教师利用问题与任务激发学生知识与技能学习兴趣，引导学生进行问题探究、思考与分析，从而增强学生主体地位，完成教师由主导者、设计者向引导者、指导者角色的转变，有利于学生自主学习能力的提升。

其次，任务驱动教学法的应用强调“因材而教、因时而教、因事而教”，并注重任务与问题应用的整体性、可行性、实践性、实用性、开放性、启发性。其中整体性原则有利于实现理论教学与实践教学的一体化发展;可行性、实践性与实用性原则，有利于促进知识与生活的连接，使课程教学更贴近学生实际，有利于加强学生对数值分析的认知与理解;开放性原则，有利于提升课程的教学交流质量，形成良好知识学习氛围，调动学生数值分析实验教学活动的积极参与性;启发性原则有利于引导学生进行思考与探究，使其更好应用数值分析知识解决实践问题，实现数学思维的有效培养。

此外，任务驱动教学法的应用，有利于传统教学手段与现代化教学手段的有机结合，实现数值分析课程教学途径的拓展，为课程教学增添活力。同时，任务驱动教学法的应用，有利于进行课程教学知识与能力的整合，满足教学内容多、但课时少、课程教学“少而精”要求，以提升课程课堂教学质量，促进学生个性化、全面化发展。

3 数值分析实验课中任务驱动教学的实践案例分析

在数值分析实验课教学中，实验任务的设计应具备典型性，且注重多种算法的包容，以满足学生个性化学习需求，便于学生比较权衡，使其在教师指导下，完后实验任务，实现综合发展。本文结合数值分析及实验教材内容，针对数值分析实验课任务驱动教学进行了如下设计与实践。

3.1 教学分析

数值分析作为工科类专业课程教学中的重要组成部分，虽然所应用的教材相同，学生所需掌握的基础知识理论与计算方法相同。但由于工科专业不同领域解决的问题不同，数值分析实验教学内容也应有所差别。因此，教师应用任务驱动教学法进行任务（问题）选取与设计之前，需对学生专业特征与数值分析知识需求具有充分了解，并根据不同专业特点，进行任务的有针对性选取与组织。例如土木工程的“悬索垂度与张力的计算”多应用于道路交通工程设计中。对此，遵循任务驱动教学法应用原则（包括整体性原则、可行性原则、实践性原则、实用性原则、开放性原则、启发性原则）设计数值分析实验课教学情景为：“高架悬索桥梁是公路工程建设与铁路工程建设中应用较为工艺技术，为保证技术应用的科学性与准确定，提升高架悬索桥梁建设施工质量，保障高架悬索桥梁施工安全，在设计过程中应做好各个支撑部件所承受张力计算工作”。

3.2 任务（问题）确定

当学生拿到数值分析实验课任务题目后，进行了联想与想象，实现已有知识与经验的调动，并充分发挥发散性思维能力，在小组讨论与分析中，提出高架悬索桥张力计算模型，给出众多计算方案。例如，一小组学生从公路高架悬索桥工程实践入手，对桥台、桥塔等进行了设计，并依据桥梁工程建设施工环境特征，包括地形特征、水文条件、自然气候等，提出“变型设计”思路。而变型设计中，悬索桥主索设计的张力计算存在一定复杂性，在实践过程中遇到的可能性较多，如“吊杆间距相对较大，所承担的负荷越大”、“利用自然地形可进行部分桥面系替代，实现单塔架或者是无塔架设计”、“设计的承重索跨度越小，则边跨越大”等。基于此，该小组在进行悬索桥梁各个支撑部件所承受张力计算时，需对悬索桥梁计算原理、活载内力等知识具有了解与掌握。待小组学生完成实验人物分析后，由组长组织组员进行相关资料查询，如高架悬索桥梁设计原理、悬索桥梁特征、悬索桥梁计算原理、悬索桥梁部件张力计算通用公式等，以明确小组所建模型计算实验基本思路与方向。在此过程中，为提升学生模型计算实验科学性与可行性，指导学生借鉴与查阅典型悬索桥设计方案，如“金门大桥”、江苏润扬长江大桥。

3.3 自主与协作学习

小组学生根据所构建的模型以及制定方案进行算法的确定，并组织开展上机实验。在此过程中，要求学生以书面报告的形式，将问题确定、分析与处理情况进行全面展示，形成任务档案。在此过程中，学生对知识有了更为深入的理解，且编程能力得到有效提升。同时，通过报告撰写，实现严谨科研态度与数据处理能力、科技论文写作能力的培养。此外，基于小组合作，学生合作意识、合作能力得到提升。

3.4 评价与修改

评价与修改是任务驱动教学的重要环节之一，对提升实验教学质量与效率存在积极影响。在此过程中，教师应充分发挥教学指导与引导作用。能够根据学生构建的模型与思路，进行有针对性、启发性的提示。例如，根据学生设计模型对学生应用的抛物线法、多项式求根函数计算方法等进行点评，指出计算方法在学生设计方案中应用的优势与不足，以便学生能够更好利用数值分析知识解决实践问题。与此同时，针对学生在任务中的表现，通过小组互评、组内自评、教师点评，给予学生综合评价，包括学生学习态度、学生设计方案、学生上机实验行为等，以便学生對自身学习情况具有更为全面与清晰的认知、了解。此外，针对修改，教师需引导学生围绕任务，对任务实施目标做深入分析，掌握任务所考察的主要内容，使其对所构建的模型进行进一步分析，去除模型不合理因素，提升模型在上机实验中运用的可行性，让模型计算更贴近理论知识。与此同时，在计算实验中，学生个体差异性决定了问题的多样性，对此教师应引导学生注重经验交流，在交流与沟通中，启发思维，获取灵感，实现对知识由感性认知到理性认知的转化。使其在实验学习中感知数值分析课程存在的乐趣，进行学生数值分析知识与技能学习兴趣的有效培养，掌握数值分析课程学习的重要性。

4 数值分析实验课中有效应用任务驱动教学的建议

在数值分析实验课教学过程中，任务驱动教学法的应用增强了课堂教学的不可预见性，即任务驱动教学法应用的开放性，打破传统教学模式对学生思维的禁锢，使学生在问题分析过程中，提出多种假设与设计方案，而部分假设与设计方案更是教师也无法预料得到的。这在一定程度上对教师教学能力提出了更高要求。因此，为实现任务驱动教学作用的充分发挥，应注重教师教学能力的提升，使其对任务驱动教学法具有更为准确的理解与掌握，能够有效促进理论教学与实践教学的有机结合，实现数值分析知识教学与学生专业实践的链接。与此同时，任务驱动教学法在应用过程中也存在一定局限性，如所需时间多，问题解决方案的设计易超出教学大纲要求，操作难度增大等。对此，在数值分析实验课教学中，应注重任务驱动教学法的不断创新与完善，促进任务驱动教学法与其他教学法的结合应用。

5 结论：

本文通过分析数值分析实验课中的任务驱动教学，发现任务驱动教学符合现代化教学理念，对提升数值分析实验课教学质量存在积极影响。因此，学校与教师应认知任务驱动教学内涵与作用，在实践教学工作中进行教学模式的不断创新与完善。

项目基金：重庆交通大学实验教改项目“《数值分析》实验创新的效果分析研究”（syj201638）;重庆市教委基金（CSTC2013JCYJA00017） ;重庆市科委基金（KJ1500517）;重庆市教育科学“十三五”规划课题“社会主义核心价值观融入电视剧叙事教学的路径研究”（2016-GX-118）。

（作者单位：重庆交通大学）