OBE教育理念下的水库调度与管理课程教学改革探索

陈俊鸿　张帅普　汤珊珊　徐勤学

［摘 要］针对西南地区水文特点和水资源利用等问题，结合一些地方高校办学条件落后、生源基础一般、产教融合不足的现状，开展水文与水资源工程专业建设和应用型人才培养研究具有重要意义。文章基于OBE教育理念，从把握课程重点、补充国内外研究前沿、注重课程设计、提高计算机应用能力、加强思政建设等方面，提出了水库调度与管理课程教学改革措施，明确了课程教学目标，促进了学生知识、能力和科学素养的协调发展，培养了学生解决前沿科学问题和实际工程问题的能力，也为课程的后续发展提供了新思路。

［关键词］OBE教育理念；水库调度與管理；实践教学；教学改革

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2022）10-0108-03

随着我国水利事业的不断发展，水利高等教育的改革得到了大力支持。水利高等教育作为我国教育体系的重要组成部分和水利行业技术技能人才培养的主阵地，是水利事业改革发展的重要支撑[1]。广西的水资源开发利用和水利工程建设管理存在水资源短缺、水资源可持续利用、水资源合理配置、水灾害防治、水污染治理、水土流失防治、水生态环境功能恢复及保护等亟待研究和解决的问题。桂林理工大学是广西最早开设水文与水资源工程专业的高等院校，为广西社会经济发展和水资源开发利用培养了大批水利类人才，并针对专业建设和人才培养过程中不断出现的新问题，大力开展专业建设理论研究与实践探索。同时，随着产业结构转型升级，区域社会经济发展对水利类人才培养和产教融合协同育人模式提出了更高要求。因此，为了培养地方水利人才，提高同行业的认可度，地方高校的水利专业课程教学要求学生在掌握专业理论知识的基础上，结合地方水利发展特色，注重培养自身的实践创新能力和解决实际工程问题的能力。

水库调度与管理是桂林理工大学水文与水资源工程专业的专业选修课程。课程紧密联系我国新时代水利水电工程建设的战略目标，并结合地方水资源利用的实际情况和学科发展趋势，使学生掌握相关的技术工作和管理工作。其主要包括水资源综合利用概述、水库的主要参数选择、兴利调度、防洪调度、综合利用调度、水库运行调度管理和多目标优化调度等丰富而全面的理论知识。课程既强调了水利工程建设对社会经济发展的支撑作用，更重视其对生态环境的影响。同时，课程具有较强的实践性，对学生使用计算机程序设计解决实际工程应用问题有一定要求。由于水库调度与管理课程涉及的知识面较广、综合性较强、难度较大，单纯的理论教学可能导致学生产生畏难情绪，学习效果不佳，从而影响教学效果。因此，为提高该课程的教学质量，培养应用型创新人才，提高学生解决工程问题的能力，项目组对课程教学模式进行了科学合理、有特色的改革探索。

OBE（Outcome-Based Education）是基于学习产出的教育模式，亦称能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育，于20世纪80年代在国外兴起。其教育模式强调以学生和学习成果为中心，按需求培养人才，有助于课堂教学效果和学生学习能力的提升，同时可以帮助教师改进教学和管理方式，具有很强的目标导向性[2]。OBE教育理念内涵与我国现代化教育发展过程中的产教融合思想高度契合，在全方位衔接人才培养与产业需求、促进人才培养从数量增长到质量提升的转变过程中发挥了重要作用[3]。为了进一步提高教学质量，培养高水平人才，更好地服务地方经济建设，本文立足水文与水资源工程的专业背景，根据产教融合协同育人模式的要求，基于OBE教育理念，对水库调度与管理课程的创新改革措施进行探讨，以期为地方水利类专业人才培养提供参考。

一、水库调度与管理课程的教学目标

该课程的教学目标是让学生在掌握水文统计、工程水文学、运筹学、水利工程概论、水文预报等先修课程的基础上，学习水库调度的相关理论知识，包括水库调度的基本概念与意义、水库特性、兴利调度、防洪调度、综合利用调度、水能计算、水资源管理、水资源系统分析等。课程以水库调节计算理论与方法为基础，通过数理统计、多目标优化算法等方法，运用计算机技术和程序设计语言等手段，得到满足调度目标的方案，其实践性和应用性较强。因此，既要求学生能将以前所学的理论知识与计算机程序设计融会贯通，又要求教师结合教学、生产和科研介绍相关学科领域的研究前沿，激发学生自主探索问题的积极性，培养学生解决实际工程问题的能力。

通过本课程的学习，学生能够掌握水库调度的基础理论，按来水蓄水和水文预报的实现水库的调蓄能力、水库承担的不同任务，确定不同目标下的水库调度方式与调度图绘制。能够掌握水库调度运行调度方案的编制内容、要求和原则，了解水库调度规程和工作制度，提高我国水库大坝安全管理水平。能够根据水资源可持续利用需求，明确水库优化调度任务，结合实际工程问题，运用数学、自然科学、工程科学的语言工具表述水文与水资源工程及其相关领域复杂工程问题，针对具体的对象建立数学模型并求解。培养学生的科学精神和创新精神，培养学生踏实严谨、追求卓越的优秀品质，为学生毕业后从事水库调度与水库管理相关的科学技术研究积累专业知识[4]。

二、水库调度与管理课程的教学改革措施

我国西部的部分高校存在办学条件落后、生源基础一般、产教融合不足等问题，因此，开展教育教学改革研究，培养专业人才，尤其是水库调度与管理课程教学改革势在必行。由于课程内容丰富，但总学时较少（48学时），教师要熟悉课程知识点，精心打磨教学内容，把握教学重点和难点，提高教学质量。本文基于OBE教育理念，以“精品课堂，实践创新”为原则，就水库调度与管理课程的教学改革进行了探讨。

（一）把握重点难点，提升课堂效率

教学内容是课程教学的核心，要想提高教学质量，教师需要在教学前梳理好知识脉络和结构，把握教材重点，精心安排课程教学内容，注重内容的系统性、完整性、科学性和实验性。关键知识点讲解要清楚、深入、透彻，并根据实际情况补充思考题和练习题，以期更好地满足教学需要，便于学生学习和掌握。辅助性、补充性的非重点知识可一笔带过，以最大限度地保证教学进度，提高课堂教学灵活性。

水库调度与管理主要讲授水库调度与管理的内容与任务、水库调度的基本知识以及水库的兴利调度、防洪调度、综合利用调度、运行调度管理、优化调度等内容。在水库的兴利调度章节中应该介绍水库特征参数的基本概念，但由于不同调节性能的水库的调节计算方法不同，教师还需要讲授水库调节性能的判别和划分。兴利调度部分的重点是设计保证率和设计代表期的概念和选择，通过图解法了解水库兴利调度过程图的基本原理，数理统计方法可加深学生的理解，因此，可通过实际算例讲解来帮助学生理解复杂的计算过程。关于防洪调度，其常规调度方法是最早采用的方法，常见的形式包括调度图和调度规则，产生库容分配、蓄放水次序等方法，具有简便直观、可操作性强、易于推广的优点，在水库调度生产实践中得到廣泛应用。因此，在教学过程中有必要对常规调度方法进行全面详细的讲解。虽然在课堂上以讲授单一水库和年调节水库为主，但在实际工程应用中常常遇到水库群的问题，因此，在课堂教学过程中要正确把握单一水库与梯级水库群、年调节水库与多年调节水库之间的关系，引申和补充多目标综合水利枢纽的内容[5]。

（二）补充课外知识，开阔学生视野

随着系统工程和数学规划理论的兴起，优化调度理论应运而生，为水库防洪调度揭开了新的篇章。自20世纪50年代以来，采用优化技术进行水库防洪调度逐渐成为研究热点。经过不断的探索和研究，相关成果已十分丰富，形成了一系列经典的防洪优化调度方法，其中以线性规划、非线性规划、动态规划和大系统分解协调算法为典型代表。而随着人工智能和启发式计算技术的发展，出现了一批基于物理现象、仿生现象和人工智能的优化算法，为水库调度问题的求解提供了新的思路，包括遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、布谷鸟算法、拟态物理学算法和差分进化算法等。优化调度算法的更新和改进速度较快，但由于理论学时的限制，在教学过程中无法为学生全面介绍每一种优化算法。为了开阔学生的视野，在课堂上选取经典的动态规划算法进行详细讲解，并布置课后习题，让学生巩固重难点部分内容。课后学生通过阅读参考书籍、检索文献等学习其他优化调度方法，并以小组专题汇报的形式进行展示，其他学生可进行提问互动，教师再进行点评与补充。这种教学方法可以增加学生的课堂参与度，锻炼学生的自我表达能力和团队协作能力，开阔视野，增强求知和探索精神，为进一步学习打下基础。

（三）增加实践环节，引入课程设计

在水库调度和水库管理的科学研究工作中常常会遇到大量的计算，运用计算机程序设计语言编制计算程序可有效处理实际应用中繁重的计算任务，提高工作效率。因此，将课程设计引入水库调度与管理课程的教学中，让学生将理论知识应用于实践，通过计算机程序设计解决工程中的实际问题，可起到巩固学习成果的作用[6]。课程设计的主要任务是建立考虑保证率约束的水库优化调度模型，明确目标函数和约束条件，给出模型求解的基本步骤，编制动态规划法的计算机程序，给出全系列模型求解结果的入库流量、出库流量和库水位过程线的图形，并给出各时段的库水位、入库流量、发电流量、弃水流量、发电出力、发电量、耗水率等过程的数值表和图形。考虑到每位学生对计算机程序设计语言类型的掌握程度不同，课程设计不统一要求计算机语言，但需要给出完整设计思路、具体过程和最终结果。为了让每位学生独立完成课程设计，发布任务时每位学生都准备了个性化条件，例如，根据学生学号的不同取不同的计算期初、末水位，不同的最小泄流量约束以及不同的计划年份等，保证每位学生都得到不同的计算结果。这样做既提高了学生的计算机编程能力，也能将理论与实践结合，检验阶段性学习成果[7]。

为了更好地了解水库调度的规程与工作制度，桂林理工大学环境科学与工程学院与桂林市属水库管理处合作打造校企一体化实训基地，聘请基地导师，整合社会资源。组织选课学生前往青狮潭水库枢纽工程管理站进行参观实习，充分挖掘实践基地的能力训练、产学研结合、职业素养培育等功能。在实践过程中，帮助学生认识水利枢纽中的引水建筑物、挡水建筑物、泄水建筑物等，了解青狮潭水库在防洪、灌溉、漓江补水等不同作用下的调度规则，亲身感受水库运行调度管理日常工作的内容和意义，巩固课堂所学内容，增强学生对本课程的兴趣，使学生对相关工作有更加清晰的认识。

（四）加强思政建设，弘扬水利精神

将水库调度与管理课程理论教育与思想政治教育相结合，使学生具备良好的职业自豪感和社会责任感，更好地承担建设和发展我国水利事业的重任[8]。在教学过程中，教师以都江堰、三峡水利枢纽、新安江水电站、小浪底工程、南水北调工程为例，展现了中国水利事业的发展历程，讲述了我国水利工程建设和治水过程的艰辛。通过对古今水利人的介绍和中央政策的解读，强调水资源合理配置和可持续利用的重要性，培养学生的民族自豪感。古往今来，水利工程的建设和治水兴水历程艰苦卓绝。古有大禹同民众一起治理水患，西门豹修建十二条渠道引黄河水灌溉农田，战国时期李冰父子主持修建都江堰；今有郑守仁院士攻克技术难关完成三峡水利枢纽工程设计工作，李国庆三十六载坚守一线守护溺水生命，杨贵率领林县人民修成红旗渠，这些事迹无不体现了水利工作者坚忍不拔、敬业奉献的精神。通过本课程的学习，弘扬和传递新时代的水利精神及水资源可持续发展的，让学生了解水资源的开发利用需要尊重自然的理念客观规律和可持续发展原则，要通过创新的思路和方法实现水资源的可持续利用，促进流域水资源管理问题的解决，突出新时代治水的方针。

三、结语

本文基于OBE教育理念，针对水库调度与管理课程教学中存在的诸多问题，对该课程的教学模式改革进行了初步探索，明确了将理论教学与实践教学相结合的教学目标。在传统课堂讲授的基础上，提出“把握重点难点，提升课堂效率；补充课外知识，开阔学生视野；增加实践环节，引入课程设计；加强思政建设，弘扬水利精神”的课程教学改革措施，有利于培养学生的创新实践能力和解决复杂工程实际问题的能力，为该课程的后续发展提供了新思路。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 吴娱.浅析我国水利高等教育的现状与发展[J].高教论坛（中旬刊），2013（8）：15-16.

[2] 张帅普，汤珊珊，张红霞，等.基于OBE-CDIO理念的水文与水资源工程人才培养改革探索与实践[J].科教文汇（中旬刊），2020（12）：98-99.

[3] 徐保利，代俊峰，刘曦瞳，等.基于OBE理念的流域水文模型课程教学模式探索[J].教育教学论坛，2020（22）：234-236.

[4] 周婷，刘晓丽，朱梅.基于团队学习模式的教学改革实践及评价：以水利水能规划课程为例[J].现代农业科技，2020（3）：259，261.

[5] 方国华，黄显峰.《水资源规划及利用》课程教学改革与实践[J].绿色科技，2020（23）：196-198.

[6] 李继清，吴月秋，纪昌明.工程认证背景下的课程实践教学创新体系：以水库优化调度课程为例[J].大学教育，2018（6）：40-43.

[7] 艾学山，高志云，莫明珠，等.水库调洪计算课堂教学模式设计[J].教育教学论坛，2016（42）：165-166.

[8] 周青云，韩娜娜，李妍，等.水利工程专业课程思政教学改革初探：以“水利工程学”课程为例[J].天津农学院学报，2020（4）：102-104.

［责任编辑：李香莲］