基于OBE模式的“水力學”教學改革與實踐

孫奇娜 肖立春 盛義平

摘 要 水力學課程是環境工程專業的重要專業基礎課之一，傳統教學中理論知識全部由教師板書講授式教學，學生處于被支配地位，忽略學習產出。本文在一個完整的教學循環中實踐基于OBE模式的水力學課程教學改革，并根據課程評價進行反饋和調整，啟動一個不斷完善的教學進程并持續運行，提高學生自主性，關注學生學習產出，并對教學目標達成度進行了評價。

關鍵詞 環境工程專業 教學改革 水力學課程

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.05.017

Teaching Reform and Practice of "Hydrodynamics" Based on OBE Model

SUN Qina， XIAO Lichun， SHENG Yiping

（School of Environmental and Chemical Engineering， Yanshan University， Qinhuangdao， Hebei 066004）

Abstract The course of hydraulics is one of the important basic courses in the major of environmental engineering. In the traditional teaching， all the theoretical knowledge is taught by teachers and books. The students are in a dominant position and ignore the learning output. In this paper， the teaching reform of hydraulics course based on OBE mode is practiced in a complete teaching cycle， and the feedback and adjustment are carried out according to the evaluation of the curriculum. A continuous and continuous teaching process is started and continuous operation is started. The students' autonomy is improved， the students' learning output is concerned， and the achievement of teaching objectives is evaluated.

Keywords Environmental Engineering Major； teaching reform； Hydrodynamics

水力學課程是環境工程專業的重要專業基礎課之一，是公共課、專業基礎課與專業工程技術課程間的橋梁。在以往的培養計劃和教學大綱中，課程內容理論知識全部由教師講授式教學，考核方式由結課考試和實驗組成。這種“教師講授、內容為本”的教學組織方式在實踐中表現出了顯著的優缺點。優點是教師能充分控制教學過程，理論由教師加工后直接提供，學生若能跟隨好則能高效地接受知識，也因此能在閉卷考試時取得好成績。而其缺點也是非常顯著的：第一，學生處于被支配地位，認為“老師對學習負責”，缺乏主動性；第二，教師關注點幾乎全在授課內容，忽略學生的學習產出。此外，水力學理論較為抽象，純講授易引起學生倦怠，信息接受率和保持率低；而水力學知識體系邏輯性強，不掌握前導概念往往導致后續知識無法銜接。久而久之，部分學生跟不上進度，惡性循環，知識掌握程度差，無法滿足專業培養目標要求。

1 教學改革思路

在國家高等教育改革的大背景下，培養具有實踐能力和創新精神的高級工程技術人才成為工程教育的主要目標之一。水力學課程要求學生要掌握基本知識、相關應用，以便今后在環境工程相關職業中能將水力設計計算的基本理論和方法學以致用。但是，在教學過程中，教師注意到了不少學生反映水力學課程基礎概念多、公式推導復雜、理論不易理解，是一門難學的課程。為了改善這一情況，許多水力學課程進行了不同的教改研究。[1-5]為了提高學生對課程的學習興趣、使其更好地掌握課程核心內容、獲得必備的職業技術能力，我們將水力學課程教學應由目前的“教師講授、 內容為本”的教學組織方式向的“學生為本、學習產出為導向”方式轉變，即基于OBE工程教育模式的水力學課程教學改革。

OBE念即基于學習產出的教育模式（Outcomes-based Education），其最大特點是把傳統教學模式的內容為中心改為了以學生實際產出需要為導向。[6]基于OBE理念，教學改革應貫穿課程教學活動的始終：在一個完整的教學循環中實踐新的教學模式，并根據課程評價進行反饋和調整，旨在啟動一個不斷完善的課程教學進程，并使之能持續運行，如圖1所示。

2 教學改革方式

改革后的教學內容、教學組織形式、課程考核均以學生學習產出為核心，改變課本目錄形式的知識和能力要求，對水力學課程的教學目標、教學環節等均應重新設計。

2.1 教學目標的設定

以往教學目標的表述為“掌握：水力學的基本概念、基本原理、基本方法和基本試驗操作技能，為后續課程學習奠定基礎”，過于籠統，且僅強調了對知識的掌握，未提出工程能力要求?；贠BE模式，設定了以下5條教學目標。

（1）掌握水力學的基本概念、水靜力學基本方程、流動形態、水流能量轉化和能量損失的基本規律，并能夠對流體內部壓應力規律、流體流動形態相關參數以及實際流體流動過程中的能量轉化和能量損失問題進行數學表述、判斷、建?；蚯蠼?。

（2）掌握水流運動的元流分析法和總流分析法，正確理解恒定總流的連續方程，能量方程，動量方程的物理意義，能夠用三大方程其分析實際流體的運動規律，并在給定流動條件下聯合運用求解水力荷載、過水能力、水頭損失等實際工程問題。

（3）能夠依據設計流量等水力要素，綜合考慮經濟、健康、安全、法規以及環境等因素，完成對本專業相關構筑單元及輸水管網進行水力計算，為學習后續課程（“水處理工程”等）以及獨立開展工藝流程設計提供必備的計算和設計能力。

（4）掌握水力學中主要水力要素的常規測量方法和操作技能，能夠觀察和分析水力現象、處理實驗數據、獲得有效結果，并能夠運用上述信息驗證相關理論、總結正確結論。

（5）掌握用科技語言論述水力學相關的科學及工程問題的方法，能夠就環境工程中的水力學問題與業界同行及社會公眾進行口頭及書面的有效溝通和交流。

新設立的教學目標定義了學生的學習產出，即Outcomes，強調了知識掌握與應用的關系，以及通過知識應用所獲得相應的工程能力。課程教學是為了保證學生在結課及畢業時能夠達到上述預期目標，因此，教學組織、實施和評價均以此為依據。

2.2 教學環節的設定

為了培養學生的工程知識、問題分析、設計/開發解決方案、研究和溝通能力，將課程教學環節劃分為四部分：課堂教學、討論課、課程項目及實驗。

（1）課堂教學旨在培養學生對水力學課程中工程知識的基本理解、問題分析和設計/開發解決方案能力，圍繞本課程的基本概念、公式及相關計算方法進行授課，包括流體靜力學、流體運動學、流體動力學、流動阻力與能量損失、有壓管流和孔口、管嘴出流以及明渠流和閘孔出流及堰流。

（2）討論課培養學生對水力學工程知識的理解以及溝通能力，設置在流體靜力學授課和流動阻力與能量損失授課結束后進行，分別圍繞水力學發展、分科、流體的主要物理性質、浮力、量綱分析、邊界層及相關知識進行探討。

（3）課程項目培養學生的問題分析、設計/開發解決方案以及溝通能力，以復雜管網設計為內容，結合有壓管流授課教學的進程，要求學生分組完成復雜管網的管徑和通過流量設計、利用現代工具對環狀管網平差設計等工作。

（4）實驗培養學生的研究以及溝通能力，針對本課程的基本原理和規律進行驗證性實驗，包括粘度系數的測定、雷諾實驗、流體動量定理實驗。

3 教改實踐與教學運行分析

在2016～2017學年秋季學期完成了環境工程專業的水力學教學改革和教學實踐，評估了學生對學習產出的達成度，收集了學生對課程教學環節設置的調查問卷。

教學目標達成度由各環節成績計算。試卷對照教學目標進行分解，分別對應目標1、2、3，權重各為0.4、0.45、0.15。討論環節對應的目標1和5的權重均為0.5。項目環節對應的目標2、3、5的權重分別為0.2、0.6和0.2。實驗環節對應的目標4和5的權重為0.8和0.2。統計的各教學環節成績見表1，各教學目標達成度分別為83.4%、63.1%、76.7%、91.2%和93.8%，說明均已達成；但目標2的達成度偏低，說明部分學生對恒定總流的三大方程物理意義的正確理解及綜合運用部分的學習產出相對于其它部分，還需要加以鞏固。

其中，考試成績呈正態分布：優秀14.28%，良好42.86%，中等34.29%，及格8.57%，也反映了部分學生能夠靈活運用基本原理，而不是對單一“知識點”的死記硬背，但部分學生綜合運用差，試卷的區分度較好。

此外，設計了學生匿名問卷，與學習產出達成度對比，以評價學生對學習情況的自我認知。學生對5個教學目標達成度的自我評價分別為：77.6%，71.5%，64.1%，71.2%，55.6%，除目標2外均低于課程考核評價中教師根據各環節考核的評分結果。這也說明，課程學習產出達成度基于大綱評價，關注學生對課程內容的掌握及達成情況，而部分學生在問卷中更渴望學習內容對生活或專業的指導。由于在問卷調查時，學生尚未學習水污染、大氣污染控制等專業課程，尚未進行課程設計，還缺少對水力學知識內容與后續專業課程及日?，F象的主動聯系，因此特別表現在第3及第5個目標達成度較低。在今后的教學環節中，應當更注重向學生講解水力學內容對后續課程內容支撐關系，以案例形式說明相互聯系。并且，除了對正在進行水力學學習的學生達成度評價之外，可以對上一級學生再次進行問卷調查，了解學生在后續專業課程學習過程中，是否對水力學的支撐作用有更深入的了解。

并且，82.86%的學生認為教改后的水力學課程能使其了解環境工程專業的知識體系，側面說明了項目的“回溯式設計”原則，對專業的畢業要求矩陣中的指標點進行了支撐。

4 結語

基于OBE工程教育模式對水力學課程進行的教學改革，以學生學習產出為核心，對水力學課程的教學目標、教學環節、考核方式等均應重新進行設計，在一個完整的教學循環中實踐基于OBE教學模式的水力學課程教學改革，并根據課程評價進行反饋和調整，啟動一個不斷完善的課程教學進程，提高學生的自主性，關注學生學習產出，并持續運行。

參考文獻

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