基于OBE理念的流域水文模型课程教学模式探索

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　　摘要：为适应我国高等院校工程教育改革，提高水文与水资源工程专业学生的培养质量，以OBE教学理念为导向，对流域水文模型课程教学目标、教学内容、教学形式和方法以及教学效果评价进行了改进和优化，探索了以学生掌握知识和产出成果为目标的教学模式，以期提高流域水文模型课程教学质量和学习效果，增强学生解决工程问题的能力。
　　关键词：流域水文模型课程;OBE;教学模式
　　中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2020）22-0234-03
　　一、引言
　　流域水文模型是研究水资源利用和评价、水环境治理、水土流失等水问题的重要工具，在人类活动和气候变化水文效应的科学研究等方面得到了广泛的应用，对于研究和解决我国水资源工程问题发挥着重要作用。
　　流域水文模型的学习，需要对水文学原理有较深入的理解，需要一定的数学物理建模和计算机能力，而且该课程具有较强的实践性，要求学生具备解决实际工程问题的能力。由于流域水文模型课程难度大、要求高，学生缺乏积极性，存在“设而不修”“修而不习”“习而不会”的情况，教学效果不佳。为激发学生学习兴趣，加强对学生解决实际工程问题能力的培养，提高流域水文模型课程的教学质量，有必要进一步探索教学模式。
　　OBE（Outcome-Based Education）是基于学习产出的教学模式，以学生和学习成果为中心，关注学生的学习效果、学习能力和综合能力的提升，以及学习成果评估和教学的持续改进[1]。我国采用OBE理念引领高等院校的工程教育改革[2，3]。流域水文模型课程具有较强的理论性和工程实践性，而OBE在该课程上的应用研究较少。为适应行业发展变化，本文以OBE理念为指导，结合Seminar教学方法，以桂林理工大学流域水文模型课程教学为例，提出适合该课程的教学模式，实现提高学生解决复杂工程问题能力的目标，提升水文与水资源工程专业学生的培养质量。
　　二、流域水文模型课程开设情况
　　流域水文模型是研究流域水文水资源问题的重要手段，也是水利工程及相关专业的核心课程。目前，武汉大学、河海大学、中国地质大学（武汉）、东北农业大学、内蒙古农业大学、华北水利水电大学、河北工程大学、桂林理工大学、南昌工程学院等多所高等院校的水文与水资源工程专业，针对本科生开设了流域水文模型或相近的水文模型课程。不同高校开设的流域水文模型课程名称各异，课程性质和学时安排不尽相同，教材和侧重点呈现多样化。
　　三、课程教学目标明确
　　教学目标是关于教学将使学生发生何种变化的明确表述，是指在教学活动中所期待得到的学生的学习结果[4]。流域水文模型课程教学目标的确立，不仅要考虑水文水资源专业特点，还应结合该专业的毕业要求、课程体系和学校地域特色。教师向学生教授专业知识的同时，还应着重培养学生解决工程问题的能力。现有流域水文模型课程的教学目标基本体现了水文模型理论和实践并重的特点，但多着眼于水文基本理论和建模方法等知识目标，未能体现学生能力培养的目标。
　　桂林理工大学流域水文模型课程支撑的水文与水资源工程本科专业毕业要求是能够利用相关专业知识和数学模型方法，综合对比复杂工程问题的解决方案，并对其进行优选;能够应用数学和工程科学的原理方法与计算模型对水文与水资源工程及其相关领域复杂工程问题的影响因素进行有效分析;能夠选择和使用恰当的现代工具和信息资源，对水文与水资源工程及其相关领域的复杂工程问题进行分析、计算、模拟和预测，并理解其优缺点及局限性。针对毕业要求，该课程需要达到的知识目标包括：①掌握流域水文模型的概念、类型及其在水问题中的作用;②理解并掌握水文学原理在数学、物理建模中的应用;③理解1～2个水文模型软件的架构原理及功能，能够实现典型水文模型的操作运行;④能够初步使用水文模型模拟计算水文学要素，解决和分析水资源开发利用及其工程水文实际问题。能力目标包括：①应用水文水资源知识分析水问题的能力;②解决复杂工程问题的能力;③创新能力和批判性思维。课程教学内容、教学方法应能满足三个毕业要求，保障七个教学目标的实现，同时根据教学目标对教学效果和学习产出进行考核和评价。
　　四、课程教学内容的优化
　　现有流域水文模型课程教学多从基本概念、理论基础、水文模型应用和前沿问题研究等方面展开，内容较为全面，有助于学生系统地理解和应用水文模型。但教学内容与水文学原理、水文预报、水文统计和地下水水文学等先修课程存在重复，教师上课、学生学习均不易抓住重点，难以体现课程区分度。开设该课程的高校，在实际教学中理论讲授和实践操作总学时一般不超过32学时，教学时间有限，学生难以有效掌握现有教学内容，不利于教学目标的达成。
　　为实现该课程的教学目标，教学内容设置应该遵循“简”“精”“实”“新”的原则[5]，可将课程教学内容分为以下四部分：一是“简”述水资源利用现状及问题，讲授水文模型的基本概念和类型，介绍不同类型水文模型在水资源管理的应用及其优缺点;二是“精”讲水文学原理与水文模型建立的联系，讲授模型建模中的科学问题;三是选取在实际水问题和工程实践中应用较多的典型模型，讲授其架构原理、功能模块及其运行操作，结合工程水文“实”例，训练学生水文模拟和优选模拟方案的能力;四是结合“新”的水问题和“新”技术，介绍水文模型建模、模拟研究的前沿问题。“简”部分让学生了解为什么使用水文模型;“精”“实”部分是该课程的重点和难点，使学生真正掌握水文模型的原理及操作运行，具备解决工程问题的能力;“新”部分开阔了学生视野，启发学生的创新意识，加深了其对水文模型的认识。
　　五、教学形式和方法的改进
　　现在教学过程中普遍存在重理论、轻实践的现象。课堂上教师灌输式讲授理论知识，学生被动接受，主动性和积极性不足;师生之间缺乏有效互动和讨论，难以及时反馈教学效果;水文模型研究对象比较抽象，学生难以建立理论和实践的联系;实践操作学时短、内容单一，课程学完后大部分学生不具备运用水文模型解决工程问题的能力。 　　OBE教学理念以学生和学习成果为核心，实现这一理念需要结合多种教学方法和形式。该课程对学生素质要求较高，因此课程容量宜小而精，可用小班研讨教学。小班研讨教学师生比例低，每位学生都能得到教师充分的指导，也能有参加课堂活动的机会。小班研讨教学环境宽松，学生也成为教学的主要参与者，师生能够形成良性互动，充分调动学生积极主动性[6]。因此能够实现开设一门课程，教授一门知识;来一个学生，会一项技能，切实保障学生学习效果和能力的提高。
　　课程授课中，采用课堂讲授、Seminar讨论和案例教学相结合的模式。针对某个水文模型，可以采用“理论简介—实例操作—原理讲授—工程实用”循环的方式学习。对于较为复杂的模型，如分布式模型，在整体介绍模型的功能后，根据不同水文过程将模型分解，分别讲解和实例操作各模块（“化整为零”）;理解和掌握各模块的功能和原理后，逐渐建立各模块之间的水文和数学联系，再进行整个模型的模拟计算，进而实现工程问题实践操作（“汇零为整”）。具体来说，教学内容的理论部分可采用讲授和Seminar讨论相结合的方式，先由教师介绍基本理论，然后学生自主讨论，调动学生积极性，激发课程学习兴趣。在自主讨论中，将班级划分为多个小组，组内自由发言、提问和讨论。教师掌控课堂讨论动向，引导学生进行多元化、批判性思考，并参与学生讨论，回答学生问题，对讨论情况进行总结和评价。根据学生水文理论基础和课程学习情况，实践操作部分采用案例式教学，在重要知识点后增加工程实例，引导学生思考所学知识点与案例问题的联系。在模型理论学习结束后，提前发布工程问题，学生分小组进行建模和模拟运行，最后在课堂上展示计算结果和解决方案。在此过程中，学生深度参与，充分发挥自身积极性和团队协作作用，有助于达到学习目标，培养学生思考问题、解决问题的能力。
　　六、教学评价与持续改进
　　在传统教学评价中，对学生成绩评定依据主要包括平时成绩、实验成绩和期末成绩，依据三者比例得到最终成绩。依据OBE理念，以学生掌握的知识和能力为目标对教学效果进行评价。根据流域水文模型课程的特点，笔者在传统评价标准的基础上进一步细化，扩充内容，调整成绩比例，以学生表现、测验、作业、实践报告和试卷等多种产出为依据，建立学生成绩的评价标准。具体评价方式和内容介绍如下。
　　平时成绩包括课堂表现和课后作业，总评成绩折算成30分。课堂表现包括课堂纪律和出勤、发言与讨论、随堂测验、小组汇报等，以能否积极参与发言和讨论、是否熟练掌握理论知识和软件操作、能否理解并使用模型初步建模、小组汇报能否阐明团队观点、团队合作情况为标准判断学生能力的培养情况。课后作业以计算题和案例分析题为主，训练和考查学生理解基本知识及其联系，培养将基础知识应用于复杂工程问题的能力。评分依据为能否严格按照要求及时完成作业、基本概念是否清晰、能否将理论知识与工程问题联系起来、能否提出问题解决方案、解决问题方案是否科学合理和具有创新性。
　　实践操作环节包括上机实践操作、针对工程问题或案例的建模分析、提出解决问题的工程方案、形成实践报告书等内容，该部分总评成绩折算分数为30分。该环节成绩评分依据为实践课的纪律和出勤、工程实例建模和计算过程完成度、计算结果的准确性和工程方案的合理性、实践报告的科学性和规范性以及团队合作情况。
　　期末考试总评分成绩折算成40分，期末考试试题中每项知识点与毕业要求和学生能力对应，且包括一定分值的开放题和计算题，考查学生综合应用知识的能力、逻辑分析能力以及对水文模型前沿问题的认识。
　　七、结束语
　　本文以OBE教学理念为导向，针对流域水文模型课程存在的问题，对该课程的教学模式进行了探索。根据水文与水资源工程专业的毕业要求，明确了该课程的教学目标;以“简”“精”“实”“新”的原则优化了课程教学内容及结构;在传统的课堂讲授的基础上，结合Seminar讨论和案例教学改进了课程教学形式和方法;基于学生多种产出建立了课程教学效果学生产出评价方法，从而提出了以学生知识掌握和成果产出为目标的教学模式，以期为流域水文模型课程未来的发展提供新的思路。
　　参考文献：
　　[1]顾佩华，胡文龙，林鹏，包能胜，陆小华，熊光晶，陈严.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式—汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014，（01）：27-37.
　　[2]李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014，（17）：7-10.
　　[3]孫爱晶，王春娟，吉利萍.基于OBE的课程教学质量评价探索与实践[J].中国现代教育装备，2017，（11）：49-52.
　　[4]莫雷.教育心理学[M].北京：教育科学出版社，2007.
　　[5]张兰慧，马榕.基于翻转课堂的流域水文模型课程教学模式探索[J].科教导刊（中旬刊），2018，（10）：107-108.
　　[6]孙燕君，卢晓东.小班研讨课教学：本科精英教育的核心元素—以北京大学为例[J].中国大学教学，2012，（08）：16-19.
　　Exploring the Teaching Mode of the Course on Watershed Hydrological Model Based
　　on the Outcome-Based Education
　　XU Bao-li1， DAI Jun-feng1， LIU Xi-tong2， ZHANG Shuai-pu1， BAI Kai-hua1
　　（1. College of Environmental Science and Engineering， Guilin University of Technology， Guilin， Guangxi 541006， China;
　　2. College of Electronic Engineering， Guangxi Normal University， Guilin， Guangxi 541004， China）
　　Abstract： In order to adapt to the reform of engineering education in China's colleges and universities and to improve the quality of students majoring in hydrology and water resources engineering， the teaching mode of the Watershed Hydrological Model is explored guided by outcome-based education （OBE）. In the paper， the teaching objectives， teaching contents， teaching form and method， and evaluation of teaching effect are discussed and optimized， and the teaching mode aiming at acquiring knowledge and achieving outputs by students is also researched. The paper is to improve the teaching quality and learning effect of Watershed Hydrological Model and to enhance students' ability to solve engineering problems.
　　Key words： Watershed Hydrological Model; OBE; teaching mode
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