基于工程教育认证和OBE 理念的课程教学创新——以“工程水文学”课程为例

王鹏全，苏志伟

（青海民族大学 土木与交通工程学院，青海西宁 810007）

2016 年我国工程教育正式加入《华盛顿协议》，实现了中国工程教育的国际互认，开启了推动工程教育改革的国家战略进程[1].工程教育专业认证的核心理念是成果导向，突出学生中心、产出导向和持续改进[2].成果导向教育（Outcome-Based Education，OBE）是全世界高等教育领域普遍认可的教育理念，强调以成果为导向，重视能力达成，并对学习效果进行科学评价.OBE 理念从利于学生毕业后几年内的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力为出发点反向设计教学目标、教学体系和评价方式，成果导向是国内高校认可的实现工程教育认证的有效途径[3－4].本文以“工程水文学”课程为例，借鉴OBE 工程教育培养模式，在“新工科”背景下强调以学生为中心，根据学生的毕业要求重构教学目标，重组教学内容、重塑教学模式、重建评价机制，提出课程教学创新改革措施，旨在提高课程教学质量，实现知识、能力、素质等教学目标的同步达成与提升.

1 课程特点与教学痛点

“工程水文学”是一门水利类专业基础课程，主要研究与工程规划设计、施工建设及运行管理有关的水文计算理论和方法.该课程具有以下两个特点[5-7]：

（1）课程知识关联性、综合性强.教学内容包括水文学基本知识、水文测验技术、水文学基本原理、水文统计、设计年径流和设计洪水计算等，交叉高等数学、线性代数、概率论与数理统计、水力学、自然地理学、测量学等学科.不同学科知识点之间相互关联，耦合性大，对基础学科的知识储备要求较高.

（2）课程内容广泛，概念抽象，实践性强.若过分强调理论学习，学生很难理解和内化，容易丧失学习信心.作为应用性课程，教学必须做到理论联系实际，既要讲清楚理论源头，又要从复杂的工程背景中归纳总结出典型问题，使抽象概念具体化、形象化.

教学痛点分析如表1.

表1 教学痛点分析

2 教学创新途径

2.1 教学理念

本课程教学创新贯穿“以学生为中心”，基于学习成果产出的OBE 理念，以综合能力培养和价值引领为核心，以行业需求和社会期望为导向，对照培养方案中与工程教育认证指标体系相适应的毕业要求，反向设计课程教学模式，注重立德树人、科教融合、素质教育和应用型人才培养目标的实现.通过建立“过程性评价+达标诊断评价+社会实践评价”三级评价机制，评价教学目标的达成度，通过PDCA质量动态管理形成持续改进，指导再教设计，从而构建形成知识、能力、素质一体化提升的课程体系.

在课程教学活动中，以学生为中心，教师为主导，注重学生提问（带着问题进课堂）、学生互动（分组、互助、合作）、学生作为（思、问、答、辩）和学生表现（知识、能力、行为、行动、成绩），构建动态课堂和学习共同体，调动学生的学习主观能动性.以“学生为中心”的课堂要注重培育民主、互动的课堂文化，生生间建立互助交流关系，师生间建立引导帮助关系，让学生成为课堂主体，从而发现、研究和解决问题.

2.2 教学目标

基于OBE 理念的反向设计，支撑培养方案中的培养目标与毕业要求指标，本文借鉴布鲁姆教学目标分类法，从知识、能力、素质三个维度设置课程教学目标，并在教学大纲中明确指出课程目标对毕业要求指标点的支撑权重关系，以便分析课程目标达成度.

（1）知识目标：学生应理解水文现象的基本知识，认识水文现象的一般规律，掌握水文测验的基本方法，掌握不同资料条件下水文分析和计算方法，为后续学习专业课以及毕业后解决涉水工程中的水文情势问题或从事相关科学研究打下基础.

（2）能力目标：学生应具备计算设计径流、设计洪水并编写设计说明书和绘制图表的一般能力，且能够运用最新的水文学知识，结合工程规范和标准解决水利水电工程规划设计、施工建设及运行管理中的复杂问题，形成分析问题、科学计算、实验测试和工程设计与决策的初步技能.

（3）素质目标：以工程水文学课程思政为主线，引导学生学习有关国家法规、规范标准，感受工程与社会、健康、安全、文化、道德及法律之间的交互关系，巩固专业思想，增强社会责任感和专业使命感，培养科学严谨、实事求是、理论联系实际的工作作风和工匠精神，自觉弘扬和宣传新时代水利精神.

2.3 教学内容

基于建构主义理论重构课程知识体系，重组教学内容，分割知识模块，科学取舍教学内容，遵循学生的认知规律，梳理与现代水文学、水资源学、新时代水利发展相适应的既源于教材又高于教材的教学内容.同时，注重“新工科”背景下多学科交叉融合，与生态学、自然地理学紧密切合.

按照“以学定教”的思路，实现从知识本位向能力本位转变，对教材内容进行裂变重构（图1），构建水文学基本知识、水文学基本原理和水文学工程应用三大模块，通过“找准难点—设计内容—精选案例—能力拓展”，通过课程实验、单元微设计、课程设计、工程实训四个模块引导学生参与生产项目、科研项目，实现所学知识的项目化训练、工程化实训，从而面向水利行业需求培养应用型人才.

图1 教学内容重构

2.4 教学模式与教学方法

2.4.1 教学模式与方法

为解决表1 中的教学痛点，有效促进教学目标达成，课程重点采用以下教学设计组合：（1）OBE 理念的反向教学设计（图2）；（2）线上线下混合式教学设计（图3）；（3）基于“框架式”归纳型教学设计；（4）“四个模块” 实践型教学设计；（5）德育和智育兼并的课程思政教学设计.采用的教学方法有讲授法、任务驱动法、讨论法、项目教学法、案例教学法、实践教学法、文献阅读法等.通过以上教学模式、教学设计与教学方法的交叉融合，形成“课前准备—课中互动—课后升华”的三位一体学习体系.通过课程教学，逐步培养学生具有应用水文学知识分析解决水利水电工程规划、设计、施工中有关复杂问题的初步能力.其次，通过融入课程思政，浸润式地培养学生的综合素养，包括科学素养、工匠精神、人文素质、社会责任、工程伦理以及独立思考、灵活创新、团队精神和职业道德.

图2 基于OBE 理念的反向教学设计模式

图3 线上线下混合式教学设计

2.4.2 线上线下混合式教学设计

重点植入与利用“MOOC+爱课程+学习通”的信息化智慧教学技术.

（1）课前教师整合中国大学MOOC、爱课程、学习通等媒体资源，线上分享教学资源，优化教学设计；学生异步学习、个性学习，问题记录、反馈预习情况.

（2）课中教师发布教学指令，组织讨论练习，聚焦重难点，引导教学，开展答疑，课堂翻转；学生参与互动、讨论、线上测试、线上学习，交流互动与互助.

（3）课后教师挖掘和记录教学数据，分析教学轨迹与问题，开展教学评价与互馈，分析学习目标达成度，优化改进教学设计；学生则注重教学效果反馈，知识拓展与创新.

教学过程中信息技术的融合体现在三个方面：

（1）课前教师整合与传送学习资源，推送课前学习任务；学生利用中国大学MOOC、爱课程、学习通等平台实现异步学习；平台形成学习轨迹，收集课前学情与问题反馈，帮助教师改进教学设计.

（2）课中开展线上线下混合式教学，教师利用学习通“一平三端”平台展示教学资源、融合线上和实体课堂讲解，组织开展线上测试、学生在线签到、讨论、分组任务等；学生参与讨论练习、课堂互动，突破学习重点难点；平台支持教学互动和资源共享，让手机成为学习工具，支持打造“学习共同体”.

（3）课后教师发布作业，指导拓展训练，在线辅导答疑，查看线上教学反馈数据记录，挖掘分析技术平台记录的教学轨迹，及时开展教学评价，持续优化和改进教学设计；学生提交课后任务，反馈课堂学习问题，跟踪学科前沿问题，通过WeChat、QQ等开展师生交流互动、在线答疑、主题讨论等；平台支持课程教学录播，分析学习状态数据，显示数据分析结果.

2.4.3 “框架式”归纳型教学设计

“框架式”归纳型教学设计可以将零散的知识单元整合衔接，从而使学生形成整体、全局的知识链路，抓住单元知识主线及其脉络，分清主次，引导学生归纳理解、掌握、归纳总结与巩固教学内容，解决知识混淆与知识遗忘问题.例如，推求设计洪水时根据资料条件不同，其求解方法也不相同，主要途径有利用实测流量资料通过水文统计推求设计洪水，利用暴雨资料通过产汇流计算推求设计洪水，或在无资料地区利用PUB 水文预测方法推求设计洪水等[9].涉及水文统计、流域产汇流计算、由流量资料推求设计洪水、由暴雨资料推求设计洪水等章节内容，知识应用方面既有密切联系又有差异之分.推求设计洪水的“框架式”归纳型教学示例见图4.

图4 基于“框架式”归纳型教学设计示例

2.4.4 “四个模块”实践型教学设计

“工程水文学”是将水文学的基本理论、基本方法应用于规划设计、施工建设、管理运营的各个阶段，是服务于工程建设、解决工程问题的实践性学科.“毕业要求”从实践的角度指出，工程专业的学生在毕业时要具备“能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程”“能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟”等实践技能[1].为支持工程教育认证的“毕业要求”指标点，该课程构建课程实验、单位微设计、课程设计、实践实训“四个模块”的实践型教学：

（1）课程实验包括降雨、蒸发、径流的观测，土壤下渗曲线绘制，水循环要素“空—天—地”多源数据采集与数据融合等.

（2）单位微设计包括基于DEM 和ARCGIS 的水系提取，水文适线软件估计水文统计参数，单位线法及瞬时单位线法推求设计洪水，产汇流计算及由暴雨资料推求设计洪水等.

（3）课程设计包括分布式水文模型及应用，河道内生态流量计算，设计年径流及设计洪水推求等.

（4）实践实训包括工程建设项目防洪评价报告编制、基于工程背景的水文设计等生产项目；气候变化和人类活动对水循环结构的影响，城市雨洪与山洪灾害治理等科研项目.

2.5 课程思政教学设计

“课程思政”兼顾德育和智育，是对教育基本理念和教育目标的回归，体现了价值理性与工具理性的统一，是国家教育现实需求的体现.按照“门门课程有思政，教师人人讲育人”的要求，为解决专业人才培养与思想政治工作“两张皮”问题，本文秉持“立德树人、以德施教”理念，坚持“三全育人”理念，将专业课教学与思政教育同向同行，自然生动地将显性教育和隐性教育相统一.结合专业培养方案和课程目标，主要培养3 个方面的素质[10]：

（1）热爱祖国，坚定“四个自信”，热爱中华水文化，厚植专业伦理，培养工匠精神和社会责任感.

（2）引导学生传承大禹精神、都江堰精神、九八抗洪精神等，彰显水利人“忠诚、干净、担当”的可贵品质，厚植水利行业“科学、求实、创新”的价值取向.

（3）能在跨学科多元文化背景下交流沟通，具有良好的团队协作精神、开拓创新精神和奉献精神.具体课程思政教学融入设计如表2 所示.

表2 课程思政教学融入设计

2.6 教学评价与改进

2.6.1 多元化教学评价

课程考核方式采用多元化过程性评价，综合过程化与累加式课程考核；线上考核与线下考核、有监督考核与无监督考核；学生自评、生生互评、教师评价.考核一级指标包括：过程性评价、达标诊断评价和社会实践评价.过程性评价二级指标包括：课堂考勤、课堂表现、学习态度、课后作业、线上学习累计分（学习通任务点、MOOC、爱课程）；达标性诊断评价二级指标包括章节测试和期末考试；社会实践评价二级指标主要包括：课程实验、单元微设计、课程设计、实践实训.

2.6.2 PDCA 循环改进与优化

通过课程目标的达成度分析以及该课程支持毕业要求指标点的达成度分析，反馈教学问题，指导教学问题靶向整改与持续改进.基于PDCA（计划Plan—执行Do—检查Check—处理Action）全面质量管理理论，动态调整、循环优化、持续改进，形成再教优化设计[11-12].

（1）规划阶段需分析学情，确定教学重难点，找准问题，确定合适的教学内容，制定教法学法、教学情境、教学活动等.

（2）执行阶段将规划阶段的各种教学设计方案落实到具体的教学实践过程中，开展实体课堂、线上课堂、第二课堂、实践实训等.

（3）检查阶段通过匿名问卷表、QQ 匿名聊天、评教活动、线上问卷、收小纸条、观看课堂实录、同行评价、学生评教、在线教学数据等方式获取教学反馈信息，应用考核评价方法对教学方案的实施效果进行考核、评价，以确认教学实施方案是否达到了预设目标.

（4）处理阶段总结教学得失与教学疑问，撰写教学反思，指导再教设计.教学反思要做到“思之有物”“思之有据”，重点反思教学行为是否促进教学目标实现；教学方法上是否表现出引导和帮助、沟通和合作；讲练方法上是否做到精讲和精练，并创造性地使用了教材；教学过程是否关注学生的个体差异，表现出分层和异步；课堂管理上是否表现为反馈与调控，是否存在“偶得”“共鸣”“出彩”和“偏差”.

总之，PDCA 循环质量管理是以课程目标和毕业要求指标点达成为目标，通过建立有效的质量监控和持续改进机制，形成“规划—初教—评价—反馈—改进—再教”闭环，不断推动课程质量实现动态持续改进与提升.

3 结束语

OBE 理念是工程教育专业认证实现的有效途径，备受高校新工科人才培养模式青睐.本文以“工程水文学”课程为例，对照“毕业要求”指标、社会需求、行业期望，反向设定工程水文学课程教学目标，以学生为中心构建课程教学理念，从线上线下混合式教学设计、“框架式”归纳型教学设计、“四个模块”实践实训教学设计、课程思政设计、多元化过程性教学评价及PDCA 循环优化改进等方面提出了该课程教学创新的途径，对提升课堂教学质量、提高应用型人才培养质量具有参考价值和实践指导意义.