OBE理念在課程設計實踐教學過程中的探索與實踐

摘? ? 要：為適應新工科建設，OBE理念和過程管理已成為課程教學改革的核心。而課程設計作為一門實踐教學課程，缺少師生的溝通和交流，會導致設計質量下降，難以達到教學目標和要求。因此，在課程設計過程中，實現OBE理念和加強過程管理成為目前亟需解決的問題。結合“水質工程學I課程設計”網上教學和實踐教學經驗，從課程設計的各個環節入手，通過超星泛雅平臺等作為過程管理和師生交互平臺，規范了設計過程和設計質量，實現了OBE理念和過程管理。教學實踐表明，設計規范化和過程管理等改革與實踐措施可有效提高設計質量和教學效果，提高知識綜合運用能力和個人素質，顯著提高學生在設計過程中的獲得感和成就感。

關鍵詞：課程設計；實踐教學改革；OBE理念；過程管理；水質工程學 I

中圖分類號：G642.3? ? ? ? ? 文獻標識：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2024）01-0068-04

收稿日期：2023-01-10

作者簡介：馬玉新，黑龍江大學建筑工程學院副教授，博士

基金項目：教育部高等學校給排水科學與工程專業教學指導分委員會教學改革項目“水質工程學I教學資源庫建設”（GPS

JZW2022-08）；黑龍江省高等教育教學改革項目“基于OBE理念的課程設計教學模式研究和實踐——以水質工程學I課程設計為例”（SJGY20200530）；黑龍江大學課程思政建設項目“水質工程學I”（2022年）

隨著互聯網技術的發展、制造業和產業升級、工程項目和建設國際化以及國際化工程教育人才的日益短缺，高等工程教育改革和創新勢在必行。因此，國家積極推進新工科建設和“雙創”教育，旨在培養一批能力強、素質高的交叉復合型工程科技人才[1-2]。OBE（Outcomes-basedEducation）倡導“成果導向”“以學生為中心”“持續改進”三個基本理念，是目前國內外普遍推崇的一種新型教育模式[3-5]。OBE模式秉承系統設計的思想、全面質量管理和持續改進的理念，最初應用于大學教育、專業規劃和管理，后來逐步拓展到課程建設中。由于學科、課程類型及內容差異，OBE模式無固定模式的教學和評估方式、學業考核評價及評估方法，但都離不開這三個基

本理念[6-7]。OBE模式有助于培養學生綜合運用知

識的能力、持續學習能力、“雙創”能力及促進各方面素質的全面提升，是培養復合型卓越工程科技人才的重要模式之一。

“水質工程學I課程設計”是綜合運用所學知識完成一次指定的中小型凈水廠的設計。該課程設計需要完成凈水廠處理水量確定、處理工藝甄選、主要給水處理構筑物及其輔助設備設計計算、給水處理構筑物平面布置和高程設計、水廠平面圖、高程圖和一個單體構筑物工藝圖繪制說明書和計算書編制[8]。課程設計是課堂理論教學的繼續、深入和發展。課程設計實踐教學主要通過模擬實際設計過程，使學生在設計過程中綜合運用所學專業知識和技能，熟練掌握工程設計原理和方法，獨立承擔較為復雜擬水廠的設計工作，并為后續實際工作作相應鋪墊和技能訓練。借助課程設計過程，學生可全面了解一個水廠的主要設計過程和步驟，具備通過調查研究、查閱資料進行設計工藝方案選擇與比較、撰寫設計計算說明書及工程圖紙繪制的能力，能夠因地制宜地提供凈水廠的設計、處理，在設計過程中體現自主能動的創新意識，并通過設計過程具備一定的管理和決策能力。

通過對“水質工程學I課程設計”長期教學，結合云教學實踐以及以往面對面教學經驗，發現傳統的課程設計教學模式難以滿足新工科建設的理念和“雙創”型人才培養的需求，需要以OBE理念為指導，對課程設

計實踐教學環節進行改革。

一、“水質工程學I課程設計”傳統教學存在的問題

“水質工程學I課程設計”是一門給排水專業必修實踐課，設計任務是按任務書要求獨立完成一個凈水廠的設計，圖紙和設計要求達到初設水平。設計任務書包括設計題目、設計地區基礎資料、設計內容環節和具體要求、設計步驟、說明書撰寫要求、參考文獻等。指導書主要包括水廠及各設計單元的設計原則和要求、參數選擇及注意事項。在設計過程中通常會出現問題的環節如圖1所示。

（一）工藝流程選擇

對于給定水處理工藝流程和設計水量的設計，因無工藝比選的過程，會令學生缺失了在該方面的訓練。而對于給定水量或城區人口數量，學生自定工藝流程的設計，多會存在工藝流程選擇不合理的問題。

（二）說明書結構和內容

雖然指導教師在設計任務書或指導書里都規定了說明書結構組成和內容，但學生提交的說明書仍存在格式和結構不合規定、章節遺漏，文不對題等諸多問題。

（三）設計參數選擇和資料查閱

凈水廠設計由諸多相輔相成且互相影響的環節組成。整個過程涉及到的參數復雜且會出現由于室外給水設計標準（GB50013-2018）變化較大，而學生參考的示例或教材都存在因修訂滯后導致參數不準確的情況。另外，學生因設計時間緊張或態度松懈惰于查閱指導教師告知的新頒布施行的標準，出現設計參數選擇錯誤、設計計算不合理的問題。

二、“水質工程學I課程設計”教學改革與實踐創新

針對上述問題，筆者遵循OBE理念，對“水質工程學I課程設計”的教學文件、教學環節及過程管理等多方面進行改革和創新，將OBE理念實施到教學過程的各個環節，具體方案如圖2所示。通過該種方式，引導學生對所學知識查漏補缺，提高其發現問題、解決問題的能力，使其逐步進入凈水廠的各個設計環節，做到無漏項、少失誤，實現學生包括知識、素質和能力各方面“成果”高質量的獲得。

（一）合理規劃設計，實現過程規范化

“水質工程學I課程設計”要求學生根據資料完成一座中小型的城市凈水廠設計，包括工藝流程及構筑物選擇與比較，工藝流程確定，完成主要處理構筑物的設計計算和估算，水廠平面和高程布置方案確定，平面和高程布置圖繪制，制水成本估算，設計計算說明書編制。其重點是凈水廠水處理工藝本身的確定，以及水廠的總體平面布置和高程布置要求。此外，在水廠平面布置圖里還需要體現附屬設施如泵站、凈水廠廢水和污泥處理等內容。因此，教學大綱、任務書和指導書除了對必要的知識技能點如與水廠設計直接相關的工藝環節、設計計算說明書和必要圖紙繪制等進行規范與要求外，還要對附屬設施及水廠經濟核算等方面進行規范與要求。從學生角度來說，在設計過程中可全面了解凈水廠設計的思路和完整的流程，同時對前面所學的泵與泵站及其課程設計、水質工程學II（污水處理）、水工程經濟等專業知識進行復習、應用和鞏固，實現了“兩性一度”的要求，提高了學生對知識的綜合運用能力[9]。

課程設計的最終成果是設計計算說明書和圖紙。為了提高設計計算說明書和圖紙的質量，可根據水廠設計及運行實際工程需求提高課程設計的標準化和規范化，例如計算說明書的格式、排版以及圖紙的圖框、內容、比例、字體、標注等都要相應給出明晰的規范和要求，讓學生有規可依、有矩可循、有章可遵、有標可查。以設計計算說明書內容為例，應說明凈水廠凈水工藝及構筑物型式選擇原因和結果，各單元的設計依據及采用的相應標準和規范。

教師在設計開始前提供相關要求及評分標準。節點任務成績的平均值作為最終課程設計平時成績，修改后的設計計算說明書和圖紙成績作為期末成績；將平時成績和最終成績按一定的權重加和作為最終設計成績。

（二）正確教育引導，確保設計工藝選擇合理

“水質工程學I課程設計”的重點和難點是凈水處理工藝流程和處理單元各構筑物型式的選擇及各構筑物單元的設計計算部分。凈水廠凈水工藝可根據水源水質資料確定，一般包括混合、絮凝、沉淀、過濾、消毒等環節，處理構筑物的型式選擇要根據進水水質和技術經濟或類比同等類型水廠因地制宜、靈活確定。凈水廠各水處理單元的構筑物型式較多，導致學生選擇困難。因此，要充分考慮到各種池型的優缺點、應用范圍和使用條件，同時考慮當地地域、氣候特點、經濟發展條件和資源稟賦情況，通過技術經濟比較和類比同類水廠運行經驗確定合理的池型和工藝參數。由于課程設計時間短、任務重，須課程設計指導教師在工藝流程和構筑物選擇方面嚴格把關，確保最終設計成果的準確性和設計水廠的運行效果。由于室外給水設計標準（GB50013-2018）于2019年才開始實施，許多范例、教科書和設計手冊沒有及時更新，一些學生未對照新標準進行設計，導致參數選擇錯誤，各單元設計不合理，影響最終設計成果。因此，該部分也需指導教師密切關注該行業的發展，時時跟進標準更新動態，并及時在課程設計中進行通知和修訂。

（三）實現全過程管理和師生交互，及時糾正設計錯誤

如上所述，凈水工藝流程、構筑物及參數選擇均需教師的及時指導，避免出現設計臨近結束又重新返工的情況。同時也要避免出現說明書格式、章節存在遺漏及由于“重外語輕漢語”的教學模式和寫作能力差而導致如摘要、前言、結論等部分的內容表達不清、文不對題等現象。因此，設計計算說明書亦需指導教師嚴格把控質量，以防在最后提交環節和批閱時才發現問題而導致大批量學生后期返工，加大學生的工作量。指導教師應在學生完成每節點任務后及時批閱，積極與學生開展雙向互動、溝通和交流，從而達到提升學生各項能力的目的。因此，要加強實踐過程管理，及時了解學生實踐動態，及時指導糾錯，讓學生在不斷調整中學習。但如何實現過程管理，是亟需解決的難題。傳統做法是每天固定時間講授和輔導，師生互動有限，難以掌握學生設計的實際進展；學生進度不一致，無法進行統一檢查和指導。因此，需要向學生明確設計進度要求，并規定其及時提交設計進展。一種方案是按時提交設計進展報告，但教師批閱后返給學生需要一定時間，會影響后續設計，又因部分設計與后續設計相關，如存在錯誤，將會導致全部內容重新返工，而設計時間有限，因此該方案不能很好地適應課程設計時代發展進步。另一種方案是學生完成每一部分節點任務，主動找教師檢查設計。但因存在師生時間不一致、設計環節和內容多、學生多、多數學生主動性差強人意等問題，只有部分學生能收獲OBE理念教學的成果。教師在執行上述兩種方案時需要耗費大量精力和時間成本進行課程設計指導、評閱以及成績記錄，無法實現高效、高質、高產出的目標。因此，需要與時俱進，借助于最新的教育技術手段，靈活使用創新性或個性化教學方法和教學形式去實現課程實踐教學預定目標。

超星泛雅平臺是目前各高等院校普通采用的現代教學輔助手段，通過該平臺可以完成課程設計的過程線上高效管理及師生交互。針對該課程設計的特點，在超星平臺按照任務點的形式設置設計內容和要求，具體內容按順序為設計任務、前言、設計水量的確定和清水池的設計計算、工藝流程和構筑物的選擇及其設計計算（混合、絮凝、沉淀、過濾、加藥間和加氯間）、平面布置與高程布置、給水廠投資估算及制水成本計算、取水泵房和二泵站設計計算、廢水處理設計計算、結論和建議、摘要、參考文獻、致謝等，在每一步設定完成時，分列出設計的主要內容、主要設計參數和注意事項。學生每完成一設定的節點任務后提交，教師批閱并提出修改意見和成績，及時與學生互動。待任務完成后，可按照超星學習通里教師設定或資料里提供的模板組合出按照教師意見修改后的設計計算說明書，并聯同圖紙在超星學習通中的作業欄中進行提交，由教師批閱后，再根據超星學習通中“作業”功能欄提取的學生平時設計成績和作業成績確定最終課程設計成績。在每次集中輔導時，教師需要總結前面設計存在的共性問題和介紹后續設計過程，讓學生真正明白做什么、怎么做、為什么這么做，從而學會如何進行水廠設計，達到預期的教學實踐目的。另外，教師也可以根據學生的實際完成情況進行一對一線上輔導，解決個性問題。但該方案對教師也提出了較高要求：首先，凈水處理工藝環節多，需要教師對各工藝和參數了如指掌；其次，學生每人一題，集中或不定期提交，批閱工作量較大；最后，需要教師熟練應用各種教學輔助手段完成講授、答疑、批閱、與學生互動等各個環節。

（四）注重團隊合作，確保設計水平和質量

為了避免抄襲、剽竊等行為，保證課程設計的公平合理及其功效性，每個學生設計水廠的服務區人數或設計水量均不一致。每4～6個設計水量或服務區人數相近的學生可組成一個研討小組，平時討論解決課程設計過程中遇到的問題，最后提交終稿前以小組為單位開展答辯，指出對方存在的問題，并提出修改建議，答辯記錄可以作為平時成績的一部分。

課程設計的目的是綜合運用所學知識來解決工程設計問題，傳統的指導方法是以教師為主，不符合OBE理念，通過建立設計研討小組，教師指導為輔的方法，可實現以學生為中心，變被動學習為主動學習。通過小組學習和討論，可避免疏漏和錯誤，及時糾正設計過程中的失誤，提高了學生的學習自主性和能動性，達到鞏固所學知識，提高知識綜合運用能力和設計水平的目的。

隨著網絡技術的發展， 利用微信群和QQ群以及學習通教學平臺，可實現溝通和交流， 實現指導教師和學生、學生研討小組成員之間的互動交流，提高設計教學質量。

通過該模式可提高學生的團隊意識和團隊精神，以及對知識的綜合運用和辨識糾錯能力。

（五） 注重人才培養，實現持續改進

培養德才兼備的高素質、創新型、高素質優秀水務工程人才是課程的重要目標，因此要注重“兩性一度”，思政教育和畢業要求達成情況。

兩性一度是指高階性、創新性、挑戰度。水廠設計不僅僅是工藝本身，還需要利用以前所學的管網、泵站、制圖、廢水處理、水廠經濟等學科內容（高階性），需要綜合運用所學內容，工藝選擇需要考慮技術、經濟等多方面因素（挑戰度）。水處理技術及控制技術日新月異，需要關注相關學科發展，積極吸納高新技術，為生產生活服務（創新性）。通過學生學習和平臺交互，實現“兩性一度”。

給水廠設計的根本任務是建設技術先進、運行良好的水廠，為老百姓喝上安全放心水提供保障，注重培養學生的專業自豪感、家國情懷和使命擔當。為此，要考慮技術、經濟、運行和水的商品屬性等各方面，注重環境、經濟和社會可持續發展，為國家經濟和社會發展作好技術服務，注重培養學生的工程倫理觀、可持續發展及工匠精神。在設計過程中互幫、互助、互查，查閱手冊，集體決策，可鍛煉學生的團隊精神，培養其吃苦耐勞、精益求精的大國工匠精神，充分發揮思政示范作用。

“水質工程學I課程設計”互動平臺建設，以學生為中心，并不斷改進和優化，加強過程管理，使學生能獨立完成一個給水廠的設計，并綜合運用所學知識，實現了畢業要求指標點的達成。

三、“水質工程學I課程設計”教學改革與實踐的效果

通過以上四個方面的改進，課程設計效果得到了明顯改善，主要體現在以下幾個方面。

（一）課程設計實現了規范化，設計質量明顯提高

通過改進“水質工程學I課程設計”的教學與實踐，學生的設計成果均符合設計要求，設計參數選擇合理，實現了設計的規范化，達到了預期的設計質量和訓練目標。

（二）鞏固所學知識，提升學生綜合能力和專業素養

課程設計與教學內容差別大，需要學生綜合利用以前所學的其他課程基礎理論知識及依靠資料和文獻解決實際工程問題，從而培養學生具有綜合運用知識和資料，設計滿足特定工藝流程的能力。在設計過程中進行技術經濟性比較，確定最佳工藝技術方案，使其在設計環節中能夠大處著眼，全盤考慮社會、經濟、衛生、法律、安全以及環境等各種因素，尋求局部突破或創新。通過討論小組的活動培養學生團隊協作、互幫互助、解決問題的能力。設計時間短，工作量大，可鍛煉學生吃苦耐勞、堅韌不拔的精神。設計各部分內容的撰寫可鍛煉學生的專業和文化素質。學生在2周內完成一篇50～70頁的設計計算說明書和2張圖紙，提高了對設計的自信心、成就感和自我認同感，可提升其未來就業的自信心。

通過信息反饋，學生對這種交互教學模式滿意率達到95%以上，對交互平臺設計指導和設計要求更為滿意。通過設計，熟練掌握水廠的設計過程和環節的超過95%，對教學過程和成績評定滿意率達到100%。

（三）以學生為中心，通過反饋對教學和學習過程持續改進

OBE模式講究處處留痕，課程設計的任務書、學生每一步提交的設計內容及修改內容、教師的批閱意見都在超星泛雅平臺中有記錄。在不斷的批閱修改及師生交互中，課程設計不斷完善，真正體現了OBE理念，即以學生為中心，通過反饋對教學和學習過程持續改進。從人才培養角度來看，改革后的課程設計可讓學生獲取全面系統的知識，提升學生的綜合能力和素質，構建完善的工程設計框架體系，具備獨立從事工程設計的基本能力。

四、結論

面向新工科建設的理念和“雙創”型人才培養的高等工程學科，需要依照OBE理念對其課程及實踐環節改進和創新，提升教學質量和教學效果。筆者提出了以超星泛雅為交互平臺、OBE理念和過程管理為核心的課程設計新模式，從課程設計內容、格式、規范、組織及成果提交形式、師生交互和考核標準等方面進行了規范與創新設計，夯實學生專業基礎，提高學生綜合能力和專業素質。實踐證明，這些措施在保證課程設計質量和教學實踐效果方面，在提升學生綜合素質和能力方面及達到預期教學效果方面都取得了較好的效果。該課程設計改革在創新的同時可對新工科建設和OBE理念在其他課程中的應用具有借鑒和推廣意義，有助于學生有所學、有所專，綜合能力得到全面提升，使其能更好地服務社會。

參考文獻：

[1]? 林健.新工科人才培養質量通用標準研制[J].高等工程教

育研究，2020（3）.

[2]? 林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研

究，2017（2）.

[3]? 姜波.OBE：以結果為基礎的教育[J].外國教育研究，2003（3）.

[4]? 顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程

教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育

研究，2014（1）.

[5]? 林良盛，黃成忠.基于OBE理念的大學生社會實踐課程

化改進策略研究[J].教育教學論壇，2019（10）.

[6]? 韓艷紅，徐琪，張艷會.淺談OBE在人文地理野外實習教

學中的運用[J].地理教育，2020（6）.

[7]? 周忠學.基于OBE理念的生物工程專業實驗教學研究[J].

教育教學論壇，2018（34）.

[8]? 高等學校給水排水工程學科專業指導委員會.高等學校

給排水科學與工程本科指導性專業規范[M].北京：中國

建筑工業出版社，2012：24.

[9]? 馬玉新，趙文軍，賈學斌，等.課程設計規范化的探索與實

踐——以水質工程學I課程設計為例[J].中國現代教育

裝備，2022（7）.