孫奇娜 肖立春 盛義平

摘 要 水力學(xué)課程是環(huán)境工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一，傳統(tǒng)教學(xué)中理論知識全部由教師板書講授式教學(xué)，學(xué)生處于被支配地位，忽略學(xué)習(xí)產(chǎn)出。本文在一個完整的教學(xué)循環(huán)中實踐基于OBE模式的水力學(xué)課程教學(xué)改革，并根據(jù)課程評價進行反饋和調(diào)整，啟動一個不斷完善的教學(xué)進程并持續(xù)運行，提高學(xué)生自主性，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出，并對教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度進行了評價。

關(guān)鍵詞 環(huán)境工程專業(yè) 教學(xué)改革 水力學(xué)課程

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)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(xué)課程是環(huán)境工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是公共課、專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)工程技術(shù)課程間的橋梁。在以往的培養(yǎng)計劃和教學(xué)大綱中，課程內(nèi)容理論知識全部由教師講授式教學(xué)，考核方式由結(jié)課考試和實驗組成。這種“教師講授、內(nèi)容為本”的教學(xué)組織方式在實踐中表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)缺點。優(yōu)點是教師能充分控制教學(xué)過程，理論由教師加工后直接提供，學(xué)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(xué)生處于被支配地位，認(rèn)為“老師對學(xué)習(xí)負(fù)責(zé)”，缺乏主動性；第二，教師關(guān)注點幾乎全在授課內(nèi)容，忽略學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出。此外，水力學(xué)理論較為抽象，純講授易引起學(xué)生倦怠，信息接受率和保持率低；而水力學(xué)知識體系邏輯性強，不掌握前導(dǎo)概念往往導(dǎo)致后續(xù)知識無法銜接。久而久之，部分學(xué)生跟不上進度，惡性循環(huán)，知識掌握程度差，無法滿足專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要求。

1 教學(xué)改革思路

在國家高等教育改革的大背景下，培養(yǎng)具有實踐能力和創(chuàng)新精神的高級工程技術(shù)人才成為工程教育的主要目標(biāo)之一。水力學(xué)課程要求學(xué)生要掌握基本知識、相關(guān)應(yīng)用，以便今后在環(huán)境工程相關(guān)職業(yè)中能將水力設(shè)計計算的基本理論和方法學(xué)以致用。但是，在教學(xué)過程中，教師注意到了不少學(xué)生反映水力學(xué)課程基礎(chǔ)概念多、公式推導(dǎo)復(fù)雜、理論不易理解，是一門難學(xué)的課程。為了改善這一情況，許多水力學(xué)課程進行了不同的教改研究。[1-5]為了提高學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣、使其更好地掌握課程核心內(nèi)容、獲得必備的職業(yè)技術(shù)能力，我們將水力學(xué)課程教學(xué)應(yīng)由目前的“教師講授、 內(nèi)容為本”的教學(xué)組織方式向的“學(xué)生為本、學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向”方式轉(zhuǎn)變，即基于OBE工程教育模式的水力學(xué)課程教學(xué)改革。

OBE念即基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式（Outcomes-based Education），其最大特點是把傳統(tǒng)教學(xué)模式的內(nèi)容為中心改為了以學(xué)生實際產(chǎn)出需要為導(dǎo)向。[6]基于OBE理念，教學(xué)改革應(yīng)貫穿課程教學(xué)活動的始終：在一個完整的教學(xué)循環(huán)中實踐新的教學(xué)模式，并根據(jù)課程評價進行反饋和調(diào)整，旨在啟動一個不斷完善的課程教學(xué)進程，并使之能持續(xù)運行，如圖1所示。

2 教學(xué)改革方式

改革后的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織形式、課程考核均以學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出為核心，改變課本目錄形式的知識和能力要求，對水力學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)環(huán)節(jié)等均應(yīng)重新設(shè)計。

2.1 教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定

以往教學(xué)目標(biāo)的表述為“掌握：水力學(xué)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(xù)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)”，過于籠統(tǒng)，且僅強調(diào)了對知識的掌握，未提出工程能力要求?；贠BE模式，設(shè)定了以下5條教學(xué)目標(biāo)。

（1）掌握水力學(xué)的基本概念、水靜力學(xué)基本方程、流動形態(tài)、水流能量轉(zhuǎn)化和能量損失的基本規(guī)律，并能夠?qū)α黧w內(nèi)部壓應(yīng)力規(guī)律、流體流動形態(tài)相關(guān)參數(shù)以及實際流體流動過程中的能量轉(zhuǎn)化和能量損失問題進行數(shù)學(xué)表述、判斷、建?；蚯蠼狻?/p>

（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(xù)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(guī)律，并在給定流動條件下聯(lián)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(jù)設(shè)計流量等水力要素，綜合考慮經(jīng)濟、健康、安全、法規(guī)以及環(huán)境等因素，完成對本專業(yè)相關(guān)構(gòu)筑單元及輸水管網(wǎng)進行水力計算，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程（“水處理工程”等）以及獨立開展工藝流程設(shè)計提供必備的計算和設(shè)計能力。

（4）掌握水力學(xué)中主要水力要素的常規(guī)測量方法和操作技能，能夠觀察和分析水力現(xiàn)象、處理實驗數(shù)據(jù)、獲得有效結(jié)果，并能夠運用上述信息驗證相關(guān)理論、總結(jié)正確結(jié)論。

（5）掌握用科技語言論述水力學(xué)相關(guān)的科學(xué)及工程問題的方法，能夠就環(huán)境工程中的水力學(xué)問題與業(yè)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(shè)立的教學(xué)目標(biāo)定義了學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出，即Outcomes，強調(diào)了知識掌握與應(yīng)用的關(guān)系，以及通過知識應(yīng)用所獲得相應(yīng)的工程能力。課程教學(xué)是為了保證學(xué)生在結(jié)課及畢業(yè)時能夠達(dá)到上述預(yù)期目標(biāo)，因此，教學(xué)組織、實施和評價均以此為依據(jù)。

2.2 教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)定

為了培養(yǎng)學(xué)生的工程知識、問題分析、設(shè)計/開發(fā)解決方案、研究和溝通能力，將課程教學(xué)環(huán)節(jié)劃分為四部分：課堂教學(xué)、討論課、課程項目及實驗。

（1）課堂教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生對水力學(xué)課程中工程知識的基本理解、問題分析和設(shè)計/開發(fā)解決方案能力，圍繞本課程的基本概念、公式及相關(guān)計算方法進行授課，包括流體靜力學(xué)、流體運動學(xué)、流體動力學(xué)、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(yǎng)學(xué)生對水力學(xué)工程知識的理解以及溝通能力，設(shè)置在流體靜力學(xué)授課和流動阻力與能量損失授課結(jié)束后進行，分別圍繞水力學(xué)發(fā)展、分科、流體的主要物理性質(zhì)、浮力、量綱分析、邊界層及相關(guān)知識進行探討。

（3）課程項目培養(yǎng)學(xué)生的問題分析、設(shè)計/開發(fā)解決方案以及溝通能力，以復(fù)雜管網(wǎng)設(shè)計為內(nèi)容，結(jié)合有壓管流授課教學(xué)的進程，要求學(xué)生分組完成復(fù)雜管網(wǎng)的管徑和通過流量設(shè)計、利用現(xiàn)代工具對環(huán)狀管網(wǎng)平差設(shè)計等工作。

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

3 教改實踐與教學(xué)運行分析

在2016～2017學(xué)年秋季學(xué)期完成了環(huán)境工程專業(yè)的水力學(xué)教學(xué)改革和教學(xué)實踐，評估了學(xué)生對學(xué)習(xí)產(chǎn)出的達(dá)成度，收集了學(xué)生對課程教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置的調(diào)查問卷。

教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度由各環(huán)節(jié)成績計算。試卷對照教學(xué)目標(biāo)進行分解，分別對應(yīng)目標(biāo)1、2、3，權(quán)重各為0.4、0.45、0.15。討論環(huán)節(jié)對應(yīng)的目標(biāo)1和5的權(quán)重均為0.5。項目環(huán)節(jié)對應(yīng)的目標(biāo)2、3、5的權(quán)重分別為0.2、0.6和0.2。實驗環(huán)節(jié)對應(yīng)的目標(biāo)4和5的權(quán)重為0.8和0.2。統(tǒng)計的各教學(xué)環(huán)節(jié)成績見表1，各教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度分別為83.4%、63.1%、76.7%、91.2%和93.8%，說明均已達(dá)成；但目標(biāo)2的達(dá)成度偏低，說明部分學(xué)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(xué)習(xí)產(chǎn)出相對于其它部分，還需要加以鞏固。

其中，考試成績呈正態(tài)分布：優(yōu)秀14.28%，良好42.86%，中等34.29%，及格8.57%，也反映了部分學(xué)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(xué)生綜合運用差，試卷的區(qū)分度較好。

此外，設(shè)計了學(xué)生匿名問卷，與學(xué)習(xí)產(chǎn)出達(dá)成度對比，以評價學(xué)生對學(xué)習(xí)情況的自我認(rèn)知。學(xué)生對5個教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度的自我評價分別為：77.6%，71.5%，64.1%，71.2%，55.6%，除目標(biāo)2外均低于課程考核評價中教師根據(jù)各環(huán)節(jié)考核的評分結(jié)果。這也說明，課程學(xué)習(xí)產(chǎn)出達(dá)成度基于大綱評價，關(guān)注學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握及達(dá)成情況，而部分學(xué)生在問卷中更渴望學(xué)習(xí)內(nèi)容對生活或?qū)I(yè)的指導(dǎo)。由于在問卷調(diào)查時，學(xué)生尚未學(xué)習(xí)水污染、大氣污染控制等專業(yè)課程，尚未進行課程設(shè)計，還缺少對水力學(xué)知識內(nèi)容與后續(xù)專業(yè)課程及日?，F(xiàn)象的主動聯(lián)系，因此特別表現(xiàn)在第3及第5個目標(biāo)達(dá)成度較低。在今后的教學(xué)環(huán)節(jié)中，應(yīng)當(dāng)更注重向?qū)W生講解水力學(xué)內(nèi)容對后續(xù)課程內(nèi)容支撐關(guān)系，以案例形式說明相互聯(lián)系。并且，除了對正在進行水力學(xué)學(xué)習(xí)的學(xué)生達(dá)成度評價之外，可以對上一級學(xué)生再次進行問卷調(diào)查，了解學(xué)生在后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)過程中，是否對水力學(xué)的支撐作用有更深入的了解。

并且，82.86%的學(xué)生認(rèn)為教改后的水力學(xué)課程能使其了解環(huán)境工程專業(yè)的知識體系，側(cè)面說明了項目的“回溯式設(shè)計”原則，對專業(yè)的畢業(yè)要求矩陣中的指標(biāo)點進行了支撐。

4 結(jié)語

基于OBE工程教育模式對水力學(xué)課程進行的教學(xué)改革，以學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出為核心，對水力學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)環(huán)節(jié)、考核方式等均應(yīng)重新進行設(shè)計，在一個完整的教學(xué)循環(huán)中實踐基于OBE教學(xué)模式的水力學(xué)課程教學(xué)改革，并根據(jù)課程評價進行反饋和調(diào)整，啟動一個不斷完善的課程教學(xué)進程，提高學(xué)生的自主性，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出，并持續(xù)運行。

參考文獻

[1] 楊艷.Excel在《水力學(xué)》教學(xué)過程中的應(yīng)用.長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011.28（3）：69-71.

[2] 裴國霞.水力學(xué)課程教學(xué)模式的改革與實踐.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000.3（2）：39-41.

[3] 鄭志宏，李尋，劉金輝，等.“三合一”分層教學(xué)模式在水力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用.高等建筑教育，2007.3（16）：79-81.

[4] 張新燕，呂宏興.PBL教學(xué)模式在水力學(xué)綜合性實驗教學(xué)中的應(yīng)用探討.長春工程學(xué)院學(xué)報，2013.3（14）：136-138.

[5] 張西平，吳金華，梁素韜，等.工程實例教學(xué)法在水力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用與實踐.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014.16（2）：94-97.

[6] 顧佩華，胡文龍.基于“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”（OBE）的工程教育模式.高等工程教育研究，2014（1）：27-37.