徐保利 代俊峰 劉曦瞳 張帥普 白凱華

摘要：為適應(yīng)我國高等院校工程教育改革，提高水文與水資源工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，以O(shè)BE教學(xué)理念為導(dǎo)向，對流域水文模型課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式和方法以及教學(xué)效果評價(jià)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，探索了以學(xué)生掌握知識(shí)和產(chǎn)出成果為目標(biāo)的教學(xué)模式，以期提高流域水文模型課程教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果，增強(qiáng)學(xué)生解決工程問題的能力。

關(guān)鍵詞：流域水文模型課程;OBE;教學(xué)模式

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-9324（2020）22-0234-03

一、引言

流域水文模型是研究水資源利用和評價(jià)、水環(huán)境治理、水土流失等水問題的重要工具，在人類活動(dòng)和氣候變化水文效應(yīng)的科學(xué)研究等方面得到了廣泛的應(yīng)用，對于研究和解決我國水資源工程問題發(fā)揮著重要作用。

流域水文模型的學(xué)習(xí)，需要對水文學(xué)原理有較深入的理解，需要一定的數(shù)學(xué)物理建模和計(jì)算機(jī)能力，而且該課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，要求學(xué)生具備解決實(shí)際工程問題的能力。由于流域水文模型課程難度大、要求高，學(xué)生缺乏積極性，存在“設(shè)而不修”“修而不習(xí)”“習(xí)而不會(huì)”的情況，教學(xué)效果不佳。為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)對學(xué)生解決實(shí)際工程問題能力的培養(yǎng)，提高流域水文模型課程的教學(xué)質(zhì)量，有必要進(jìn)一步探索教學(xué)模式。

OBE（Outcome-Based Education）是基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教學(xué)模式，以學(xué)生和學(xué)習(xí)成果為中心，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、學(xué)習(xí)能力和綜合能力的提升，以及學(xué)習(xí)成果評估和教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)[1]。我國采用OBE理念引領(lǐng)高等院校的工程教育改革[2，3]。流域水文模型課程具有較強(qiáng)的理論性和工程實(shí)踐性，而OBE在該課程上的應(yīng)用研究較少。為適應(yīng)行業(yè)發(fā)展變化，本文以O(shè)BE理念為指導(dǎo)，結(jié)合Seminar教學(xué)方法，以桂林理工大學(xué)流域水文模型課程教學(xué)為例，提出適合該課程的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的目標(biāo)，提升水文與水資源工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。

二、流域水文模型課程開設(shè)情況

流域水文模型是研究流域水文水資源問題的重要手段，也是水利工程及相關(guān)專業(yè)的核心課程。目前，武漢大學(xué)、河海大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、華北水利水電大學(xué)、河北工程大學(xué)、桂林理工大學(xué)、南昌工程學(xué)院等多所高等院校的水文與水資源工程專業(yè)，針對本科生開設(shè)了流域水文模型或相近的水文模型課程。不同高校開設(shè)的流域水文模型課程名稱各異，課程性質(zhì)和學(xué)時(shí)安排不盡相同，教材和側(cè)重點(diǎn)呈現(xiàn)多樣化。

三、課程教學(xué)目標(biāo)明確

教學(xué)目標(biāo)是關(guān)于教學(xué)將使學(xué)生發(fā)生何種變化的明確表述，是指在教學(xué)活動(dòng)中所期待得到的學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果[4]。流域水文模型課程教學(xué)目標(biāo)的確立，不僅要考慮水文水資源專業(yè)特點(diǎn)，還應(yīng)結(jié)合該專業(yè)的畢業(yè)要求、課程體系和學(xué)校地域特色。教師向?qū)W生教授專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，還應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力?，F(xiàn)有流域水文模型課程的教學(xué)目標(biāo)基本體現(xiàn)了水文模型理論和實(shí)踐并重的特點(diǎn)，但多著眼于水文基本理論和建模方法等知識(shí)目標(biāo)，未能體現(xiàn)學(xué)生能力培養(yǎng)的目標(biāo)。

桂林理工大學(xué)流域水文模型課程支撐的水文與水資源工程本科專業(yè)畢業(yè)要求是能夠利用相關(guān)專業(yè)知識(shí)和數(shù)學(xué)模型方法，綜合對比復(fù)雜工程問題的解決方案，并對其進(jìn)行優(yōu)選;能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)和工程科學(xué)的原理方法與計(jì)算模型對水文與水資源工程及其相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的影響因素進(jìn)行有效分析;能夠選擇和使用恰當(dāng)?shù)默F(xiàn)代工具和信息資源，對水文與水資源工程及其相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、計(jì)算、模擬和預(yù)測，并理解其優(yōu)缺點(diǎn)及局限性。針對畢業(yè)要求，該課程需要達(dá)到的知識(shí)目標(biāo)包括：①掌握流域水文模型的概念、類型及其在水問題中的作用;②理解并掌握水文學(xué)原理在數(shù)學(xué)、物理建模中的應(yīng)用;③理解1～2個(gè)水文模型軟件的架構(gòu)原理及功能，能夠?qū)崿F(xiàn)典型水文模型的操作運(yùn)行;④能夠初步使用水文模型模擬計(jì)算水文學(xué)要素，解決和分析水資源開發(fā)利用及其工程水文實(shí)際問題。能力目標(biāo)包括：①應(yīng)用水文水資源知識(shí)分析水問題的能力;②解決復(fù)雜工程問題的能力;③創(chuàng)新能力和批判性思維。課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法應(yīng)能滿足三個(gè)畢業(yè)要求，保障七個(gè)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)對教學(xué)效果和學(xué)習(xí)產(chǎn)出進(jìn)行考核和評價(jià)。

四、課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

現(xiàn)有流域水文模型課程教學(xué)多從基本概念、理論基礎(chǔ)、水文模型應(yīng)用和前沿問題研究等方面展開，內(nèi)容較為全面，有助于學(xué)生系統(tǒng)地理解和應(yīng)用水文模型。但教學(xué)內(nèi)容與水文學(xué)原理、水文預(yù)報(bào)、水文統(tǒng)計(jì)和地下水水文學(xué)等先修課程存在重復(fù)，教師上課、學(xué)生學(xué)習(xí)均不易抓住重點(diǎn)，難以體現(xiàn)課程區(qū)分度。開設(shè)該課程的高校，在實(shí)際教學(xué)中理論講授和實(shí)踐操作總學(xué)時(shí)一般不超過32學(xué)時(shí)，教學(xué)時(shí)間有限，學(xué)生難以有效掌握現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容，不利于教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

為實(shí)現(xiàn)該課程的教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容設(shè)置應(yīng)該遵循“簡”“精”“實(shí)”“新”的原則[5]，可將課程教學(xué)內(nèi)容分為以下四部分：一是“簡”述水資源利用現(xiàn)狀及問題，講授水文模型的基本概念和類型，介紹不同類型水文模型在水資源管理的應(yīng)用及其優(yōu)缺點(diǎn);二是“精”講水文學(xué)原理與水文模型建立的聯(lián)系，講授模型建模中的科學(xué)問題;三是選取在實(shí)際水問題和工程實(shí)踐中應(yīng)用較多的典型模型，講授其架構(gòu)原理、功能模塊及其運(yùn)行操作，結(jié)合工程水文“實(shí)”例，訓(xùn)練學(xué)生水文模擬和優(yōu)選模擬方案的能力;四是結(jié)合“新”的水問題和“新”技術(shù)，介紹水文模型建模、模擬研究的前沿問題。“簡”部分讓學(xué)生了解為什么使用水文模型;“精”“實(shí)”部分是該課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，使學(xué)生真正掌握水文模型的原理及操作運(yùn)行，具備解決工程問題的能力;“新”部分開闊了學(xué)生視野，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，加深了其對水文模型的認(rèn)識(shí)。

五、教學(xué)形式和方法的改進(jìn)

現(xiàn)在教學(xué)過程中普遍存在重理論、輕實(shí)踐的現(xiàn)象。課堂上教師灌輸式講授理論知識(shí)，學(xué)生被動(dòng)接受，主動(dòng)性和積極性不足;師生之間缺乏有效互動(dòng)和討論，難以及時(shí)反饋教學(xué)效果;水文模型研究對象比較抽象，學(xué)生難以建立理論和實(shí)踐的聯(lián)系;實(shí)踐操作學(xué)時(shí)短、內(nèi)容單一，課程學(xué)完后大部分學(xué)生不具備運(yùn)用水文模型解決工程問題的能力。

OBE教學(xué)理念以學(xué)生和學(xué)習(xí)成果為核心，實(shí)現(xiàn)這一理念需要結(jié)合多種教學(xué)方法和形式。該課程對學(xué)生素質(zhì)要求較高，因此課程容量宜小而精，可用小班研討教學(xué)。小班研討教學(xué)師生比例低，每位學(xué)生都能得到教師充分的指導(dǎo)，也能有參加課堂活動(dòng)的機(jī)會(huì)。小班研討教學(xué)環(huán)境寬松，學(xué)生也成為教學(xué)的主要參與者，師生能夠形成良性互動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極主動(dòng)性[6]。因此能夠?qū)崿F(xiàn)開設(shè)一門課程，教授一門知識(shí);來一個(gè)學(xué)生，會(huì)一項(xiàng)技能，切實(shí)保障學(xué)生學(xué)習(xí)效果和能力的提高。

課程授課中，采用課堂講授、Seminar討論和案例教學(xué)相結(jié)合的模式。針對某個(gè)水文模型，可以采用“理論簡介—實(shí)例操作—原理講授—工程實(shí)用”循環(huán)的方式學(xué)習(xí)。對于較為復(fù)雜的模型，如分布式模型，在整體介紹模型的功能后，根據(jù)不同水文過程將模型分解，分別講解和實(shí)例操作各模塊（“化整為零”）;理解和掌握各模塊的功能和原理后，逐漸建立各模塊之間的水文和數(shù)學(xué)聯(lián)系，再進(jìn)行整個(gè)模型的模擬計(jì)算，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工程問題實(shí)踐操作（“匯零為整”）。具體來說，教學(xué)內(nèi)容的理論部分可采用講授和Seminar討論相結(jié)合的方式，先由教師介紹基本理論，然后學(xué)生自主討論，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，激發(fā)課程學(xué)習(xí)興趣。在自主討論中，將班級劃分為多個(gè)小組，組內(nèi)自由發(fā)言、提問和討論。教師掌控課堂討論動(dòng)向，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多元化、批判性思考，并參與學(xué)生討論，回答學(xué)生問題，對討論情況進(jìn)行總結(jié)和評價(jià)。根據(jù)學(xué)生水文理論基礎(chǔ)和課程學(xué)習(xí)情況，實(shí)踐操作部分采用案例式教學(xué)，在重要知識(shí)點(diǎn)后增加工程實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生思考所學(xué)知識(shí)點(diǎn)與案例問題的聯(lián)系。在模型理論學(xué)習(xí)結(jié)束后，提前發(fā)布工程問題，學(xué)生分小組進(jìn)行建模和模擬運(yùn)行，最后在課堂上展示計(jì)算結(jié)果和解決方案。在此過程中，學(xué)生深度參與，充分發(fā)揮自身積極性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作作用，有助于達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、解決問題的能力。

六、教學(xué)評價(jià)與持續(xù)改進(jìn)

在傳統(tǒng)教學(xué)評價(jià)中，對學(xué)生成績評定依據(jù)主要包括平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)成績和期末成績，依據(jù)三者比例得到最終成績。依據(jù)OBE理念，以學(xué)生掌握的知識(shí)和能力為目標(biāo)對教學(xué)效果進(jìn)行評價(jià)。根據(jù)流域水文模型課程的特點(diǎn)，筆者在傳統(tǒng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化，擴(kuò)充內(nèi)容，調(diào)整成績比例，以學(xué)生表現(xiàn)、測驗(yàn)、作業(yè)、實(shí)踐報(bào)告和試卷等多種產(chǎn)出為依據(jù)，建立學(xué)生成績的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。具體評價(jià)方式和內(nèi)容介紹如下。

平時(shí)成績包括課堂表現(xiàn)和課后作業(yè)，總評成績折算成30分。課堂表現(xiàn)包括課堂紀(jì)律和出勤、發(fā)言與討論、隨堂測驗(yàn)、小組匯報(bào)等，以能否積極參與發(fā)言和討論、是否熟練掌握理論知識(shí)和軟件操作、能否理解并使用模型初步建模、小組匯報(bào)能否闡明團(tuán)隊(duì)觀點(diǎn)、團(tuán)隊(duì)合作情況為標(biāo)準(zhǔn)判斷學(xué)生能力的培養(yǎng)情況。課后作業(yè)以計(jì)算題和案例分析題為主，訓(xùn)練和考查學(xué)生理解基本知識(shí)及其聯(lián)系，培養(yǎng)將基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用于復(fù)雜工程問題的能力。評分依據(jù)為能否嚴(yán)格按照要求及時(shí)完成作業(yè)、基本概念是否清晰、能否將理論知識(shí)與工程問題聯(lián)系起來、能否提出問題解決方案、解決問題方案是否科學(xué)合理和具有創(chuàng)新性。

實(shí)踐操作環(huán)節(jié)包括上機(jī)實(shí)踐操作、針對工程問題或案例的建模分析、提出解決問題的工程方案、形成實(shí)踐報(bào)告書等內(nèi)容，該部分總評成績折算分?jǐn)?shù)為30分。該環(huán)節(jié)成績評分依據(jù)為實(shí)踐課的紀(jì)律和出勤、工程實(shí)例建模和計(jì)算過程完成度、計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和工程方案的合理性、實(shí)踐報(bào)告的科學(xué)性和規(guī)范性以及團(tuán)隊(duì)合作情況。

期末考試總評分成績折算成40分，期末考試試題中每項(xiàng)知識(shí)點(diǎn)與畢業(yè)要求和學(xué)生能力對應(yīng)，且包括一定分值的開放題和計(jì)算題，考查學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力、邏輯分析能力以及對水文模型前沿問題的認(rèn)識(shí)。

七、結(jié)束語

本文以O(shè)BE教學(xué)理念為導(dǎo)向，針對流域水文模型課程存在的問題，對該課程的教學(xué)模式進(jìn)行了探索。根據(jù)水文與水資源工程專業(yè)的畢業(yè)要求，明確了該課程的教學(xué)目標(biāo);以“簡”“精”“實(shí)”“新”的原則優(yōu)化了課程教學(xué)內(nèi)容及結(jié)構(gòu);在傳統(tǒng)的課堂講授的基礎(chǔ)上，結(jié)合Seminar討論和案例教學(xué)改進(jìn)了課程教學(xué)形式和方法;基于學(xué)生多種產(chǎn)出建立了課程教學(xué)效果學(xué)生產(chǎn)出評價(jià)方法，從而提出了以學(xué)生知識(shí)掌握和成果產(chǎn)出為目標(biāo)的教學(xué)模式，以期為流域水文模型課程未來的發(fā)展提供新的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧佩華，胡文龍，林鵬，包能勝，陸小華，熊光晶，陳嚴(yán).基于“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”（OBE）的工程教育模式—汕頭大學(xué)的實(shí)踐與探索[J].高等工程教育研究，2014，（01）：27-37.

[2]李志義.解析工程教育專業(yè)認(rèn)證的成果導(dǎo)向理念[J].中國高等教育，2014，（17）：7-10.

[3]孫愛晶，王春娟，吉利萍.基于OBE的課程教學(xué)質(zhì)量評價(jià)探索與實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2017，（11）：49-52.

[4]莫雷.教育心理學(xué)[M].北京：教育科學(xué)出版社，2007.

[5]張?zhí)m慧，馬榕.基于翻轉(zhuǎn)課堂的流域水文模型課程教學(xué)模式探索[J].科教導(dǎo)刊（中旬刊），2018，（10）：107-108.

[6]孫燕君，盧曉東.小班研討課教學(xué)：本科精英教育的核心元素—以北京大學(xué)為例[J].中國大學(xué)教學(xué)，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