摭谈数值分析实验课中的任务驱动教学.pdf

1、摭谈数值分析实验课中的任务驱动教学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

2、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

3、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

4、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

5、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，具有实践性强、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

6、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，任務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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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，以便学生对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

13、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

14、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，在数值分析实驗课教学中，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）