OBE教育理念下的水庫調度與管理課程教學改革探索

陳俊鴻　張帥普　湯珊珊　徐勤學

［摘 要］針對西南地區水文特點和水資源利用等問題，結合一些地方高校辦學條件落后、生源基礎一般、產教融合不足的現狀，開展水文與水資源工程專業建設和應用型人才培養研究具有重要意義。文章基于OBE教育理念，從把握課程重點、補充國內外研究前沿、注重課程設計、提高計算機應用能力、加強思政建設等方面，提出了水庫調度與管理課程教學改革措施，明確了課程教學目標，促進了學生知識、能力和科學素養的協調發展，培養了學生解決前沿科學問題和實際工程問題的能力，也為課程的后續發展提供了新思路。

［關鍵詞］OBE教育理念；水庫調度與管理；實踐教學；教學改革

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）10-0108-03

隨著我國水利事業的不斷發展，水利高等教育的改革得到了大力支持。水利高等教育作為我國教育體系的重要組成部分和水利行業技術技能人才培養的主陣地，是水利事業改革發展的重要支撐[1]。廣西的水資源開發利用和水利工程建設管理存在水資源短缺、水資源可持續利用、水資源合理配置、水災害防治、水污染治理、水土流失防治、水生態環境功能恢復及保護等亟待研究和解決的問題。桂林理工大學是廣西最早開設水文與水資源工程專業的高等院校，為廣西社會經濟發展和水資源開發利用培養了大批水利類人才，并針對專業建設和人才培養過程中不斷出現的新問題，大力開展專業建設理論研究與實踐探索。同時，隨著產業結構轉型升級，區域社會經濟發展對水利類人才培養和產教融合協同育人模式提出了更高要求。因此，為了培養地方水利人才，提高同行業的認可度，地方高校的水利專業課程教學要求學生在掌握專業理論知識的基礎上，結合地方水利發展特色，注重培養自身的實踐創新能力和解決實際工程問題的能力。

水庫調度與管理是桂林理工大學水文與水資源工程專業的專業選修課程。課程緊密聯系我國新時代水利水電工程建設的戰略目標，并結合地方水資源利用的實際情況和學科發展趨勢，使學生掌握相關的技術工作和管理工作。其主要包括水資源綜合利用概述、水庫的主要參數選擇、興利調度、防洪調度、綜合利用調度、水庫運行調度管理和多目標優化調度等豐富而全面的理論知識。課程既強調了水利工程建設對社會經濟發展的支撐作用，更重視其對生態環境的影響。同時，課程具有較強的實踐性，對學生使用計算機程序設計解決實際工程應用問題有一定要求。由于水庫調度與管理課程涉及的知識面較廣、綜合性較強、難度較大，單純的理論教學可能導致學生產生畏難情緒，學習效果不佳，從而影響教學效果。因此，為提高該課程的教學質量，培養應用型創新人才，提高學生解決工程問題的能力，項目組對課程教學模式進行了科學合理、有特色的改革探索。

OBE（Outcome-Based Education）是基于學習產出的教育模式，亦稱能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育，于20世紀80年代在國外興起。其教育模式強調以學生和學習成果為中心，按需求培養人才，有助于課堂教學效果和學生學習能力的提升，同時可以幫助教師改進教學和管理方式，具有很強的目標導向性[2]。OBE教育理念內涵與我國現代化教育發展過程中的產教融合思想高度契合，在全方位銜接人才培養與產業需求、促進人才培養從數量增長到質量提升的轉變過程中發揮了重要作用[3]。為了進一步提高教學質量，培養高水平人才，更好地服務地方經濟建設，本文立足水文與水資源工程的專業背景，根據產教融合協同育人模式的要求，基于OBE教育理念，對水庫調度與管理課程的創新改革措施進行探討，以期為地方水利類專業人才培養提供參考。

一、水庫調度與管理課程的教學目標

該課程的教學目標是讓學生在掌握水文統計、工程水文學、運籌學、水利工程概論、水文預報等先修課程的基礎上，學習水庫調度的相關理論知識，包括水庫調度的基本概念與意義、水庫特性、興利調度、防洪調度、綜合利用調度、水能計算、水資源管理、水資源系統分析等。課程以水庫調節計算理論與方法為基礎，通過數理統計、多目標優化算法等方法，運用計算機技術和程序設計語言等手段，得到滿足調度目標的方案，其實踐性和應用性較強。因此，既要求學生能將以前所學的理論知識與計算機程序設計融會貫通，又要求教師結合教學、生產和科研介紹相關學科領域的研究前沿，激發學生自主探索問題的積極性，培養學生解決實際工程問題的能力。

通過本課程的學習，學生能夠掌握水庫調度的基礎理論，按來水蓄水和水文預報的實現水庫的調蓄能力、水庫承擔的不同任務，確定不同目標下的水庫調度方式與調度圖繪制。能夠掌握水庫調度運行調度方案的編制內容、要求和原則，了解水庫調度規程和工作制度，提高我國水庫大壩安全管理水平。能夠根據水資源可持續利用需求，明確水庫優化調度任務，結合實際工程問題，運用數學、自然科學、工程科學的語言工具表述水文與水資源工程及其相關領域復雜工程問題，針對具體的對象建立數學模型并求解。培養學生的科學精神和創新精神，培養學生踏實嚴謹、追求卓越的優秀品質，為學生畢業后從事水庫調度與水庫管理相關的科學技術研究積累專業知識[4]。

二、水庫調度與管理課程的教學改革措施

我國西部的部分高校存在辦學條件落后、生源基礎一般、產教融合不足等問題，因此，開展教育教學改革研究，培養專業人才，尤其是水庫調度與管理課程教學改革勢在必行。由于課程內容豐富，但總學時較少（48學時），教師要熟悉課程知識點，精心打磨教學內容，把握教學重點和難點，提高教學質量。本文基于OBE教育理念，以“精品課堂，實踐創新”為原則，就水庫調度與管理課程的教學改革進行了探討。

（一）把握重點難點，提升課堂效率

教學內容是課程教學的核心，要想提高教學質量，教師需要在教學前梳理好知識脈絡和結構，把握教材重點，精心安排課程教學內容，注重內容的系統性、完整性、科學性和實驗性。關鍵知識點講解要清楚、深入、透徹，并根據實際情況補充思考題和練習題，以期更好地滿足教學需要，便于學生學習和掌握。輔助性、補充性的非重點知識可一筆帶過，以最大限度地保證教學進度，提高課堂教學靈活性。

水庫調度與管理主要講授水庫調度與管理的內容與任務、水庫調度的基本知識以及水庫的興利調度、防洪調度、綜合利用調度、運行調度管理、優化調度等內容。在水庫的興利調度章節中應該介紹水庫特征參數的基本概念，但由于不同調節性能的水庫的調節計算方法不同，教師還需要講授水庫調節性能的判別和劃分。興利調度部分的重點是設計保證率和設計代表期的概念和選擇，通過圖解法了解水庫興利調度過程圖的基本原理，數理統計方法可加深學生的理解，因此，可通過實際算例講解來幫助學生理解復雜的計算過程。關于防洪調度，其常規調度方法是最早采用的方法，常見的形式包括調度圖和調度規則，產生庫容分配、蓄放水次序等方法，具有簡便直觀、可操作性強、易于推廣的優點，在水庫調度生產實踐中得到廣泛應用。因此，在教學過程中有必要對常規調度方法進行全面詳細的講解。雖然在課堂上以講授單一水庫和年調節水庫為主，但在實際工程應用中常常遇到水庫群的問題，因此，在課堂教學過程中要正確把握單一水庫與梯級水庫群、年調節水庫與多年調節水庫之間的關系，引申和補充多目標綜合水利樞紐的內容[5]。

（二）補充課外知識，開闊學生視野

隨著系統工程和數學規劃理論的興起，優化調度理論應運而生，為水庫防洪調度揭開了新的篇章。自20世紀50年代以來，采用優化技術進行水庫防洪調度逐漸成為研究熱點。經過不斷的探索和研究，相關成果已十分豐富，形成了一系列經典的防洪優化調度方法，其中以線性規劃、非線性規劃、動態規劃和大系統分解協調算法為典型代表。而隨著人工智能和啟發式計算技術的發展，出現了一批基于物理現象、仿生現象和人工智能的優化算法，為水庫調度問題的求解提供了新的思路，包括遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法、布谷鳥算法、擬態物理學算法和差分進化算法等。優化調度算法的更新和改進速度較快，但由于理論學時的限制，在教學過程中無法為學生全面介紹每一種優化算法。為了開闊學生的視野，在課堂上選取經典的動態規劃算法進行詳細講解，并布置課后習題，讓學生鞏固重難點部分內容。課后學生通過閱讀參考書籍、檢索文獻等學習其他優化調度方法，并以小組專題匯報的形式進行展示，其他學生可進行提問互動，教師再進行點評與補充。這種教學方法可以增加學生的課堂參與度，鍛煉學生的自我表達能力和團隊協作能力，開闊視野，增強求知和探索精神，為進一步學習打下基礎。

（三）增加實踐環節，引入課程設計

在水庫調度和水庫管理的科學研究工作中常常會遇到大量的計算，運用計算機程序設計語言編制計算程序可有效處理實際應用中繁重的計算任務，提高工作效率。因此，將課程設計引入水庫調度與管理課程的教學中，讓學生將理論知識應用于實踐，通過計算機程序設計解決工程中的實際問題，可起到鞏固學習成果的作用[6]。課程設計的主要任務是建立考慮保證率約束的水庫優化調度模型，明確目標函數和約束條件，給出模型求解的基本步驟，編制動態規劃法的計算機程序，給出全系列模型求解結果的入庫流量、出庫流量和庫水位過程線的圖形，并給出各時段的庫水位、入庫流量、發電流量、棄水流量、發電出力、發電量、耗水率等過程的數值表和圖形。考慮到每位學生對計算機程序設計語言類型的掌握程度不同，課程設計不統一要求計算機語言，但需要給出完整設計思路、具體過程和最終結果。為了讓每位學生獨立完成課程設計，發布任務時每位學生都準備了個性化條件，例如，根據學生學號的不同取不同的計算期初、末水位，不同的最小泄流量約束以及不同的計劃年份等，保證每位學生都得到不同的計算結果。這樣做既提高了學生的計算機編程能力，也能將理論與實踐結合，檢驗階段性學習成果[7]。

為了更好地了解水庫調度的規程與工作制度，桂林理工大學環境科學與工程學院與桂林市屬水庫管理處合作打造校企一體化實訓基地，聘請基地導師，整合社會資源。組織選課學生前往青獅潭水庫樞紐工程管理站進行參觀實習，充分挖掘實踐基地的能力訓練、產學研結合、職業素養培育等功能。在實踐過程中，幫助學生認識水利樞紐中的引水建筑物、擋水建筑物、泄水建筑物等，了解青獅潭水庫在防洪、灌溉、漓江補水等不同作用下的調度規則，親身感受水庫運行調度管理日常工作的內容和意義，鞏固課堂所學內容，增強學生對本課程的興趣，使學生對相關工作有更加清晰的認識。

（四）加強思政建設，弘揚水利精神

將水庫調度與管理課程理論教育與思想政治教育相結合，使學生具備良好的職業自豪感和社會責任感，更好地承擔建設和發展我國水利事業的重任[8]。在教學過程中，教師以都江堰、三峽水利樞紐、新安江水電站、小浪底工程、南水北調工程為例，展現了中國水利事業的發展歷程，講述了我國水利工程建設和治水過程的艱辛。通過對古今水利人的介紹和中央政策的解讀，強調水資源合理配置和可持續利用的重要性，培養學生的民族自豪感。古往今來，水利工程的建設和治水興水歷程艱苦卓絕。古有大禹同民眾一起治理水患，西門豹修建十二條渠道引黃河水灌溉農田，戰國時期李冰父子主持修建都江堰；今有鄭守仁院士攻克技術難關完成三峽水利樞紐工程設計工作，李國慶三十六載堅守一線守護溺水生命，楊貴率領林縣人民修成紅旗渠，這些事跡無不體現了水利工作者堅忍不拔、敬業奉獻的精神。通過本課程的學習，弘揚和傳遞新時代的水利精神及水資源可持續發展的，讓學生了解水資源的開發利用需要尊重自然的理念客觀規律和可持續發展原則，要通過創新的思路和方法實現水資源的可持續利用，促進流域水資源管理問題的解決，突出新時代治水的方針。

三、結語

本文基于OBE教育理念，針對水庫調度與管理課程教學中存在的諸多問題，對該課程的教學模式改革進行了初步探索，明確了將理論教學與實踐教學相結合的教學目標。在傳統課堂講授的基礎上，提出“把握重點難點，提升課堂效率；補充課外知識，開闊學生視野；增加實踐環節，引入課程設計；加強思政建設，弘揚水利精神”的課程教學改革措施，有利于培養學生的創新實踐能力和解決復雜工程實際問題的能力，為該課程的后續發展提供了新思路。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 吳娛.淺析我國水利高等教育的現狀與發展[J].高教論壇（中旬刊），2013（8）：15-16.

[2] 張帥普，湯珊珊，張紅霞，等.基于OBE-CDIO理念的水文與水資源工程人才培養改革探索與實踐[J].科教文匯（中旬刊），2020（12）：98-99.

[3] 徐保利，代俊峰，劉曦瞳，等.基于OBE理念的流域水文模型課程教學模式探索[J].教育教學論壇，2020（22）：234-236.

[4] 周婷，劉曉麗，朱梅.基于團隊學習模式的教學改革實踐及評價：以水利水能規劃課程為例[J].現代農業科技，2020（3）：259，261.

[5] 方國華，黃顯峰.《水資源規劃及利用》課程教學改革與實踐[J].綠色科技，2020（23）：196-198.

[6] 李繼清，吳月秋，紀昌明.工程認證背景下的課程實踐教學創新體系：以水庫優化調度課程為例[J].大學教育，2018（6）：40-43.

[7] 艾學山，高志云，莫明珠，等.水庫調洪計算課堂教學模式設計[J].教育教學論壇，2016（42）：165-166.

[8] 周青云，韓娜娜，李妍，等.水利工程專業課程思政教學改革初探：以“水利工程學”課程為例[J].天津農學院學報，2020（4）：102-104.

［責任編輯：李香蓮］