基于工程教育認證和OBE 理念的課程教學創新
——以“工程水文學”課程為例

王鵬全，蘇志偉

（青海民族大學 土木與交通工程學院，青海西寧 810007）

2016 年我國工程教育正式加入《華盛頓協議》，實現了中國工程教育的國際互認，開啟了推動工程教育改革的國家戰略進程[1].工程教育專業認證的核心理念是成果導向，突出學生中心、產出導向和持續改進[2].成果導向教育（Outcome-Based Education，OBE）是全世界高等教育領域普遍認可的教育理念，強調以成果為導向，重視能力達成，并對學習效果進行科學評價.OBE 理念從利于學生畢業后幾年內的工程實踐能力、工程設計能力和工程創新能力為出發點反向設計教學目標、教學體系和評價方式，成果導向是國內高校認可的實現工程教育認證的有效途徑[3－4].本文以“工程水文學”課程為例，借鑒OBE 工程教育培養模式，在“新工科”背景下強調以學生為中心，根據學生的畢業要求重構教學目標，重組教學內容、重塑教學模式、重建評價機制，提出課程教學創新改革措施，旨在提高課程教學質量，實現知識、能力、素質等教學目標的同步達成與提升.

1 課程特點與教學痛點

“工程水文學”是一門水利類專業基礎課程，主要研究與工程規劃設計、施工建設及運行管理有關的水文計算理論和方法.該課程具有以下兩個特點[5-7]：

（1）課程知識關聯性、綜合性強.教學內容包括水文學基本知識、水文測驗技術、水文學基本原理、水文統計、設計年徑流和設計洪水計算等，交叉高等數學、線性代數、概率論與數理統計、水力學、自然地理學、測量學等學科.不同學科知識點之間相互關聯，耦合性大，對基礎學科的知識儲備要求較高.

（2）課程內容廣泛，概念抽象，實踐性強.若過分強調理論學習，學生很難理解和內化，容易喪失學習信心.作為應用性課程，教學必須做到理論聯系實際，既要講清楚理論源頭，又要從復雜的工程背景中歸納總結出典型問題，使抽象概念具體化、形象化.

教學痛點分析如表1.

表1 教學痛點分析

2 教學創新途徑

2.1 教學理念

本課程教學創新貫穿“以學生為中心”，基于學習成果產出的OBE 理念，以綜合能力培養和價值引領為核心，以行業需求和社會期望為導向，對照培養方案中與工程教育認證指標體系相適應的畢業要求，反向設計課程教學模式，注重立德樹人、科教融合、素質教育和應用型人才培養目標的實現.通過建立“過程性評價+達標診斷評價+社會實踐評價”三級評價機制，評價教學目標的達成度，通過PDCA質量動態管理形成持續改進，指導再教設計，從而構建形成知識、能力、素質一體化提升的課程體系.

在課程教學活動中，以學生為中心，教師為主導，注重學生提問（帶著問題進課堂）、學生互動（分組、互助、合作）、學生作為（思、問、答、辯）和學生表現（知識、能力、行為、行動、成績），構建動態課堂和學習共同體，調動學生的學習主觀能動性.以“學生為中心”的課堂要注重培育民主、互動的課堂文化，生生間建立互助交流關系，師生間建立引導幫助關系，讓學生成為課堂主體，從而發現、研究和解決問題.

2.2 教學目標

基于OBE 理念的反向設計，支撐培養方案中的培養目標與畢業要求指標，本文借鑒布魯姆教學目標分類法，從知識、能力、素質三個維度設置課程教學目標，并在教學大綱中明確指出課程目標對畢業要求指標點的支撐權重關系，以便分析課程目標達成度.

（1）知識目標：學生應理解水文現象的基本知識，認識水文現象的一般規律，掌握水文測驗的基本方法，掌握不同資料條件下水文分析和計算方法，為后續學習專業課以及畢業后解決涉水工程中的水文情勢問題或從事相關科學研究打下基礎.

（2）能力目標：學生應具備計算設計徑流、設計洪水并編寫設計說明書和繪制圖表的一般能力，且能夠運用最新的水文學知識，結合工程規范和標準解決水利水電工程規劃設計、施工建設及運行管理中的復雜問題，形成分析問題、科學計算、實驗測試和工程設計與決策的初步技能.

（3）素質目標：以工程水文學課程思政為主線，引導學生學習有關國家法規、規范標準，感受工程與社會、健康、安全、文化、道德及法律之間的交互關系，鞏固專業思想，增強社會責任感和專業使命感，培養科學嚴謹、實事求是、理論聯系實際的工作作風和工匠精神，自覺弘揚和宣傳新時代水利精神.

2.3 教學內容

基于建構主義理論重構課程知識體系，重組教學內容，分割知識模塊，科學取舍教學內容，遵循學生的認知規律，梳理與現代水文學、水資源學、新時代水利發展相適應的既源于教材又高于教材的教學內容.同時，注重“新工科”背景下多學科交叉融合，與生態學、自然地理學緊密切合.

按照“以學定教”的思路，實現從知識本位向能力本位轉變，對教材內容進行裂變重構（圖1），構建水文學基本知識、水文學基本原理和水文學工程應用三大模塊，通過“找準難點—設計內容—精選案例—能力拓展”，通過課程實驗、單元微設計、課程設計、工程實訓四個模塊引導學生參與生產項目、科研項目，實現所學知識的項目化訓練、工程化實訓，從而面向水利行業需求培養應用型人才.

圖1 教學內容重構

2.4 教學模式與教學方法

2.4.1 教學模式與方法

為解決表1 中的教學痛點，有效促進教學目標達成，課程重點采用以下教學設計組合：（1）OBE 理念的反向教學設計（圖2）；（2）線上線下混合式教學設計（圖3）；（3）基于“框架式”歸納型教學設計；（4）“四個模塊” 實踐型教學設計；（5）德育和智育兼并的課程思政教學設計.采用的教學方法有講授法、任務驅動法、討論法、項目教學法、案例教學法、實踐教學法、文獻閱讀法等.通過以上教學模式、教學設計與教學方法的交叉融合，形成“課前準備—課中互動—課后升華”的三位一體學習體系.通過課程教學，逐步培養學生具有應用水文學知識分析解決水利水電工程規劃、設計、施工中有關復雜問題的初步能力.其次，通過融入課程思政，浸潤式地培養學生的綜合素養，包括科學素養、工匠精神、人文素質、社會責任、工程倫理以及獨立思考、靈活創新、團隊精神和職業道德.

圖2 基于OBE 理念的反向教學設計模式

圖3 線上線下混合式教學設計

2.4.2 線上線下混合式教學設計

重點植入與利用“MOOC+愛課程+學習通”的信息化智慧教學技術.

（1）課前教師整合中國大學MOOC、愛課程、學習通等媒體資源，線上分享教學資源，優化教學設計；學生異步學習、個性學習，問題記錄、反饋預習情況.

（2）課中教師發布教學指令，組織討論練習，聚焦重難點，引導教學，開展答疑，課堂翻轉；學生參與互動、討論、線上測試、線上學習，交流互動與互助.

（3）課后教師挖掘和記錄教學數據，分析教學軌跡與問題，開展教學評價與互饋，分析學習目標達成度，優化改進教學設計；學生則注重教學效果反饋，知識拓展與創新.

教學過程中信息技術的融合體現在三個方面：

（1）課前教師整合與傳送學習資源，推送課前學習任務；學生利用中國大學MOOC、愛課程、學習通等平臺實現異步學習；平臺形成學習軌跡，收集課前學情與問題反饋，幫助教師改進教學設計.

（2）課中開展線上線下混合式教學，教師利用學習通“一平三端”平臺展示教學資源、融合線上和實體課堂講解，組織開展線上測試、學生在線簽到、討論、分組任務等；學生參與討論練習、課堂互動，突破學習重點難點；平臺支持教學互動和資源共享，讓手機成為學習工具，支持打造“學習共同體”.

（3）課后教師發布作業，指導拓展訓練，在線輔導答疑，查看線上教學反饋數據記錄，挖掘分析技術平臺記錄的教學軌跡，及時開展教學評價，持續優化和改進教學設計；學生提交課后任務，反饋課堂學習問題，跟蹤學科前沿問題，通過WeChat、QQ等開展師生交流互動、在線答疑、主題討論等；平臺支持課程教學錄播，分析學習狀態數據，顯示數據分析結果.

2.4.3 “框架式”歸納型教學設計

“框架式”歸納型教學設計可以將零散的知識單元整合銜接，從而使學生形成整體、全局的知識鏈路，抓住單元知識主線及其脈絡，分清主次，引導學生歸納理解、掌握、歸納總結與鞏固教學內容，解決知識混淆與知識遺忘問題.例如，推求設計洪水時根據資料條件不同，其求解方法也不相同，主要途徑有利用實測流量資料通過水文統計推求設計洪水，利用暴雨資料通過產匯流計算推求設計洪水，或在無資料地區利用PUB 水文預測方法推求設計洪水等[9].涉及水文統計、流域產匯流計算、由流量資料推求設計洪水、由暴雨資料推求設計洪水等章節內容，知識應用方面既有密切聯系又有差異之分.推求設計洪水的“框架式”歸納型教學示例見圖4.

圖4 基于“框架式”歸納型教學設計示例

2.4.4 “四個模塊”實踐型教學設計

“工程水文學”是將水文學的基本理論、基本方法應用于規劃設計、施工建設、管理運營的各個階段，是服務于工程建設、解決工程問題的實踐性學科.“畢業要求”從實踐的角度指出，工程專業的學生在畢業時要具備“能夠設計針對復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的系統、單元（部件）或工藝流程”“能夠針對復雜工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬”等實踐技能[1].為支持工程教育認證的“畢業要求”指標點，該課程構建課程實驗、單位微設計、課程設計、實踐實訓“四個模塊”的實踐型教學：

（1）課程實驗包括降雨、蒸發、徑流的觀測，土壤下滲曲線繪制，水循環要素“空—天—地”多源數據采集與數據融合等.

（2）單位微設計包括基于DEM 和ARCGIS 的水系提取，水文適線軟件估計水文統計參數，單位線法及瞬時單位線法推求設計洪水，產匯流計算及由暴雨資料推求設計洪水等.

（3）課程設計包括分布式水文模型及應用，河道內生態流量計算，設計年徑流及設計洪水推求等.

（4）實踐實訓包括工程建設項目防洪評價報告編制、基于工程背景的水文設計等生產項目；氣候變化和人類活動對水循環結構的影響，城市雨洪與山洪災害治理等科研項目.

2.5 課程思政教學設計

“課程思政”兼顧德育和智育，是對教育基本理念和教育目標的回歸，體現了價值理性與工具理性的統一，是國家教育現實需求的體現.按照“門門課程有思政，教師人人講育人”的要求，為解決專業人才培養與思想政治工作“兩張皮”問題，本文秉持“立德樹人、以德施教”理念，堅持“三全育人”理念，將專業課教學與思政教育同向同行，自然生動地將顯性教育和隱性教育相統一.結合專業培養方案和課程目標，主要培養3 個方面的素質[10]：

（1）熱愛祖國，堅定“四個自信”，熱愛中華水文化，厚植專業倫理，培養工匠精神和社會責任感.

（2）引導學生傳承大禹精神、都江堰精神、九八抗洪精神等，彰顯水利人“忠誠、干凈、擔當”的可貴品質，厚植水利行業“科學、求實、創新”的價值取向.

（3）能在跨學科多元文化背景下交流溝通，具有良好的團隊協作精神、開拓創新精神和奉獻精神.具體課程思政教學融入設計如表2 所示.

表2 課程思政教學融入設計

2.6 教學評價與改進

2.6.1 多元化教學評價

課程考核方式采用多元化過程性評價，綜合過程化與累加式課程考核；線上考核與線下考核、有監督考核與無監督考核；學生自評、生生互評、教師評價.考核一級指標包括：過程性評價、達標診斷評價和社會實踐評價.過程性評價二級指標包括：課堂考勤、課堂表現、學習態度、課后作業、線上學習累計分（學習通任務點、MOOC、愛課程）；達標性診斷評價二級指標包括章節測試和期末考試；社會實踐評價二級指標主要包括：課程實驗、單元微設計、課程設計、實踐實訓.

2.6.2 PDCA 循環改進與優化

通過課程目標的達成度分析以及該課程支持畢業要求指標點的達成度分析，反饋教學問題，指導教學問題靶向整改與持續改進.基于PDCA（計劃Plan—執行Do—檢查Check—處理Action）全面質量管理理論，動態調整、循環優化、持續改進，形成再教優化設計[11-12].

（1）規劃階段需分析學情，確定教學重難點，找準問題，確定合適的教學內容，制定教法學法、教學情境、教學活動等.

（2）執行階段將規劃階段的各種教學設計方案落實到具體的教學實踐過程中，開展實體課堂、線上課堂、第二課堂、實踐實訓等.

（3）檢查階段通過匿名問卷表、QQ 匿名聊天、評教活動、線上問卷、收小紙條、觀看課堂實錄、同行評價、學生評教、在線教學數據等方式獲取教學反饋信息，應用考核評價方法對教學方案的實施效果進行考核、評價，以確認教學實施方案是否達到了預設目標.

（4）處理階段總結教學得失與教學疑問，撰寫教學反思，指導再教設計.教學反思要做到“思之有物”“思之有據”，重點反思教學行為是否促進教學目標實現；教學方法上是否表現出引導和幫助、溝通和合作；講練方法上是否做到精講和精練，并創造性地使用了教材；教學過程是否關注學生的個體差異，表現出分層和異步；課堂管理上是否表現為反饋與調控，是否存在“偶得”“共鳴”“出彩”和“偏差”.

總之，PDCA 循環質量管理是以課程目標和畢業要求指標點達成為目標，通過建立有效的質量監控和持續改進機制，形成“規劃—初教—評價—反饋—改進—再教”閉環，不斷推動課程質量實現動態持續改進與提升.

3 結束語

OBE 理念是工程教育專業認證實現的有效途徑，備受高校新工科人才培養模式青睞.本文以“工程水文學”課程為例，對照“畢業要求”指標、社會需求、行業期望，反向設定工程水文學課程教學目標，以學生為中心構建課程教學理念，從線上線下混合式教學設計、“框架式”歸納型教學設計、“四個模塊”實踐實訓教學設計、課程思政設計、多元化過程性教學評價及PDCA 循環優化改進等方面提出了該課程教學創新的途徑，對提升課堂教學質量、提高應用型人才培養質量具有參考價值和實踐指導意義.