OBE理念在课程设计实践教学过程中的探索与实践

2024-01-17马玉新

黑龙江教育·高校研究与评估 2024年1期

摘要：为适应新工科建设，OBE理念和过程管理已成为课程教学改革的核心。而课程设计作为一门实践教学课程，缺少师生的沟通和交流，会导致设计质量下降，难以达到教学目标和要求。因此，在课程设计过程中，实现OBE理念和加强过程管理成为目前亟需解决的问题。结合“水质工程学I课程设计”网上教学和实践教学经验，从课程设计的各个环节入手，通过超星泛雅平台等作为过程管理和师生交互平台，规范了设计过程和设计质量，实现了OBE理念和过程管理。教学实践表明，设计规范化和过程管理等改革与实践措施可有效提高设计质量和教学效果，提高知识综合运用能力和个人素质，显著提高学生在设计过程中的获得感和成就感。

关键词：课程设计；实践教学改革；OBE理念；过程管理；水质工程学 I

中图分类号：G642.3 文献标识：A 文章编号：1002-4107（2024）01-0068-04

收稿日期：2023-01-10

作者简介：马玉新，黑龙江大学建筑工程学院副教授，博士

基金项目：教育部高等学校给排水科学与工程专业教学指导分委员会教学改革项目“水质工程学I教学资源库建设”（GPS

JZW2022-08）；黑龙江省高等教育教学改革项目“基于OBE理念的课程设计教学模式研究和实践——以水质工程学I课程设计为例”（SJGY20200530）；黑龙江大学课程思政建设项目“水质工程学I”（2022年）

随着互联网技术的发展、制造业和产业升级、工程项目和建设国际化以及国际化工程教育人才的日益短缺，高等工程教育改革和创新势在必行。因此，国家积极推进新工科建设和“双创”教育，旨在培养一批能力强、素质高的交叉复合型工程科技人才[1-2]。OBE（Outcomes-basedEducation）倡导“成果导向”“以学生为中心”“持续改进”三个基本理念，是目前国内外普遍推崇的一种新型教育模式[3-5]。OBE模式秉承系统设计的思想、全面质量管理和持续改进的理念，最初应用于大学教育、专业规划和管理，后来逐步拓展到课程建设中。由于学科、课程类型及内容差异，OBE模式无固定模式的教学和评估方式、学业考核评价及评估方法，但都离不开这三个基

本理念[6-7]。OBE模式有助于培养学生综合运用知

识的能力、持续学习能力、“双创”能力及促进各方面素质的全面提升，是培养复合型卓越工程科技人才的重要模式之一。

“水质工程学I课程设计”是综合运用所学知识完成一次指定的中小型净水厂的设计。该课程设计需要完成净水厂处理水量确定、处理工艺甄选、主要给水处理构筑物及其辅助设备设计计算、给水处理构筑物平面布置和高程设计、水厂平面图、高程图和一个单体构筑物工艺图绘制说明书和计算书编制[8]。课程设计是课堂理论教学的继续、深入和发展。课程设计实践教学主要通过模拟实际设计过程，使学生在设计过程中綜合运用所学专业知识和技能，熟练掌握工程设计原理和方法，独立承担较为复杂拟水厂的设计工作，并为后续实际工作作相应铺垫和技能训练。借助课程设计过程，学生可全面了解一个水厂的主要设计过程和步骤，具备通过调查研究、查阅资料进行设计工艺方案选择与比较、撰写设计计算说明书及工程图纸绘制的能力，能够因地制宜地提供净水厂的设计、处理，在设计过程中体现自主能动的创新意识，并通过设计过程具备一定的管理和决策能力。

通过对“水质工程学I课程设计”长期教学，结合云教学实践以及以往面对面教学经验，发现传统的课程设计教学模式难以满足新工科建设的理念和“双创”型人才培养的需求，需要以OBE理念为指导，对课程设

计实践教学环节进行改革。

一、“水质工程学I课程设计”传统教学存在的问题

“水质工程学I课程设计”是一门给排水专业必修实践课，设计任务是按任务书要求独立完成一个净水厂的设计，图纸和设计要求达到初设水平。设计任务书包括设计题目、设计地区基础资料、设计内容环节和具体要求、设计步骤、说明书撰写要求、参考文献等。指导书主要包括水厂及各设计单元的设计原则和要求、参数选择及注意事项。在设计过程中通常会出现问题的环节如图1所示。

（一）工艺流程选择

对于给定水处理工艺流程和设计水量的设计，因无工艺比选的过程，会令学生缺失了在该方面的训练。而对于给定水量或城区人口数量，学生自定工艺流程的设计，多会存在工艺流程选择不合理的问题。

（二）说明书结构和内容

虽然指导教师在设计任务书或指导书里都规定了说明书结构组成和内容，但学生提交的说明书仍存在格式和结构不合规定、章节遗漏，文不对题等诸多问题。

（三）设计参数选择和资料查阅

净水厂设计由诸多相辅相成且互相影响的环节组成。整个过程涉及到的参数复杂且会出现由于室外给水设计标准（GB50013-2018）变化较大，而学生参考的示例或教材都存在因修订滞后导致参数不准确的情况。另外，学生因设计时间紧张或态度松懈惰于查阅指导教师告知的新颁布施行的标准，出现设计参数选择错误、设计计算不合理的问题。

二、“水质工程学I课程设计”教学改革与实践创新

针对上述问题，笔者遵循OBE理念，对“水质工程学I课程设计”的教学文件、教学环节及过程管理等多方面进行改革和创新，将OBE理念实施到教学过程的各个环节，具体方案如图2所示。通过该种方式，引导学生对所学知识查漏补缺，提高其发现问题、解决问题的能力，使其逐步进入净水厂的各个设计环节，做到无漏项、少失误，实现学生包括知识、素质和能力各方面“成果”高质量的获得。

（一）合理规划设计，实现过程规范化

“水质工程学I课程设计”要求学生根据资料完成一座中小型的城市净水厂设计，包括工艺流程及构筑物选择与比较，工艺流程确定，完成主要处理构筑物的设计计算和估算，水厂平面和高程布置方案确定，平面和高程布置图绘制，制水成本估算，设计计算说明书编制。其重点是净水厂水处理工艺本身的确定，以及水厂的总体平面布置和高程布置要求。此外，在水厂平面布置图里还需要体现附属设施如泵站、净水厂废水和污泥处理等内容。因此，教学大纲、任务书和指导书除了对必要的知识技能点如与水厂设计直接相关的工艺环节、设计计算说明书和必要图纸绘制等进行规范与要求外，还要对附属设施及水厂经济核算等方面进行规范与要求。从学生角度来说，在设计过程中可全面了解净水厂设计的思路和完整的流程，同时对前面所学的泵与泵站及其课程设计、水质工程学II（污水处理）、水工程经济等专业知识进行复习、应用和巩固，实现了“两性一度”的要求，提高了学生对知识的综合运用能力[9]。

课程设计的最终成果是设计计算说明书和图纸。为了提高设计计算说明书和图纸的质量，可根据水厂设计及运行实际工程需求提高课程设计的标准化和规范化，例如计算说明书的格式、排版以及图纸的图框、内容、比例、字体、标注等都要相应给出明晰的规范和要求，让学生有规可依、有矩可循、有章可遵、有标可查。以设计计算说明书内容为例，应说明净水厂净水工艺及构筑物型式选择原因和结果，各单元的设计依据及采用的相应标准和规范。

教师在设计开始前提供相关要求及评分标准。节点任务成绩的平均值作为最终课程设计平时成绩，修改后的设计计算说明书和图纸成绩作为期末成绩；将平时成绩和最终成绩按一定的权重加和作为最终设计成绩。

（二）正确教育引导，确保设计工艺选择合理

“水质工程学I课程设计”的重点和难点是净水处理工艺流程和处理单元各构筑物型式的选择及各构筑物单元的设计计算部分。净水厂净水工艺可根据水源水质资料确定，一般包括混合、絮凝、沉淀、过滤、消毒等环节，处理构筑物的型式选择要根据进水水质和技术经济或类比同等类型水厂因地制宜、灵活确定。净水厂各水处理单元的构筑物型式较多，导致学生选择困难。因此，要充分考虑到各种池型的优缺点、应用范圍和使用条件，同时考虑当地地域、气候特点、经济发展条件和资源禀赋情况，通过技术经济比较和类比同类水厂运行经验确定合理的池型和工艺参数。由于课程设计时间短、任务重，须课程设计指导教师在工艺流程和构筑物选择方面严格把关，确保最终设计成果的准确性和设计水厂的运行效果。由于室外给水设计标准（GB50013-2018）于2019年才开始实施，许多范例、教科书和设计手册没有及时更新，一些学生未对照新标准进行设计，导致参数选择错误，各单元设计不合理，影响最终设计成果。因此，该部分也需指导教师密切关注该行业的发展，时时跟进标准更新动态，并及时在课程设计中进行通知和修订。

（三）实现全过程管理和师生交互，及时纠正设计错误

如上所述，净水工艺流程、构筑物及参数选择均需教师的及时指导，避免出现设计临近结束又重新返工的情况。同时也要避免出现说明书格式、章节存在遗漏及由于“重外语轻汉语”的教学模式和写作能力差而导致如摘要、前言、结论等部分的内容表达不清、文不对题等现象。因此，设计计算说明书亦需指导教师严格把控质量，以防在最后提交环节和批阅时才发现问题而导致大批量学生后期返工，加大学生的工作量。指导教师应在学生完成每节点任务后及时批阅，积极与学生开展双向互动、沟通和交流，从而达到提升学生各项能力的目的。因此，要加强实践过程管理，及时了解学生实践动态，及时指导纠错，让学生在不断调整中学习。但如何实现过程管理，是亟需解决的难题。传统做法是每天固定时间讲授和辅导，师生互动有限，难以掌握学生设计的实际进展；学生进度不一致，无法进行统一检查和指导。因此，需要向学生明确设计进度要求，并规定其及时提交设计进展。一种方案是按时提交设计进展报告，但教师批阅后返给学生需要一定时间，会影响后续设计，又因部分设计与后续设计相关，如存在错误，将会导致全部内容重新返工，而设计时间有限，因此该方案不能很好地适应课程设计时代发展进步。另一种方案是学生完成每一部分节点任务，主动找教师检查设计。但因存在师生时间不一致、设计环节和内容多、学生多、多数学生主动性差强人意等问题，只有部分学生能收获OBE理念教学的成果。教师在执行上述两种方案时需要耗费大量精力和时间成本进行课程设计指导、评阅以及成绩记录，无法实现高效、高质、高产出的目标。因此，需要与时俱进，借助于最新的教育技术手段，灵活使用创新性或个性化教学方法和教学形式去实现课程实践教学预定目标。

超星泛雅平台是目前各高等院校普通采用的现代教学辅助手段，通过该平台可以完成课程设计的过程线上高效管理及师生交互。针对该课程设计的特点，在超星平台按照任务点的形式设置设计内容和要求，具体内容按顺序为设计任务、前言、设计水量的确定和清水池的设计计算、工艺流程和构筑物的选择及其设计计算（混合、絮凝、沉淀、过滤、加药间和加氯间）、平面布置与高程布置、给水厂投资估算及制水成本计算、取水泵房和二泵站设计计算、废水处理设计计算、结论和建议、摘要、参考文献、致谢等，在每一步设定完成时，分列出设计的主要内容、主要设计参数和注意事项。学生每完成一设定的节点任务后提交，教师批阅并提出修改意见和成绩，及时与学生互动。待任务完成后，可按照超星学习通里教师设定或资料里提供的模板组合出按照教师意见修改后的设计计算说明书，并联同图纸在超星学习通中的作业栏中进行提交，由教师批阅后，再根据超星学习通中“作业”功能栏提取的学生平时设计成绩和作业成绩确定最终课程设计成绩。在每次集中辅导时，教师需要总结前面设计存在的共性问题和介绍后续设计过程，让学生真正明白做什么、怎么做、为什么这么做，从而学会如何进行水厂设计，达到预期的教学实践目的。另外，教师也可以根据学生的实际完成情况进行一对一线上辅导，解决个性问题。但该方案对教师也提出了较高要求：首先，净水处理工艺环节多，需要教师对各工艺和参数了如指掌；其次，学生每人一题，集中或不定期提交，批阅工作量较大；最后，需要教师熟练应用各种教学辅助手段完成讲授、答疑、批阅、与学生互动等各个环节。

（四）注重团队合作，确保设计水平和质量

为了避免抄袭、剽窃等行为，保证课程设计的公平合理及其功效性，每个学生设计水厂的服务区人数或设计水量均不一致。每4～6个设计水量或服务区人数相近的学生可组成一个研讨小组，平时讨论解决课程设计过程中遇到的问题，最后提交终稿前以小组为单位开展答辩，指出对方存在的问题，并提出修改建议，答辩记录可以作为平时成绩的一部分。

课程设计的目的是综合运用所学知识来解决工程设计问题，传统的指导方法是以教师为主，不符合OBE理念，通过建立设计研讨小组，教师指导为辅的方法，可实现以学生为中心，变被动学习为主动学习。通过小组学习和讨论，可避免疏漏和错误，及时纠正设计过程中的失误，提高了学生的学习自主性和能动性，达到巩固所学知识，提高知识综合运用能力和设计水平的目的。

随着网络技术的发展，利用微信群和QQ群以及学习通教学平台，可实现沟通和交流，实现指导教师和学生、学生研讨小组成员之间的互动交流，提高设计教学质量。

通过该模式可提高学生的团队意识和团队精神，以及对知识的综合运用和辨识纠错能力。

（五）注重人才培养，实现持续改进

培养德才兼备的高素质、创新型、高素质优秀水务工程人才是课程的重要目标，因此要注重“两性一度”，思政教育和毕业要求达成情况。

两性一度是指高阶性、创新性、挑战度。水厂设计不仅仅是工艺本身，还需要利用以前所学的管网、泵站、制图、废水处理、水厂经济等学科内容（高阶性），需要综合运用所学内容，工艺选择需要考虑技术、经济等多方面因素（挑战度）。水处理技术及控制技术日新月异，需要关注相关学科发展，积极吸纳高新技术，为生产生活服务（创新性）。通过学生学习和平台交互，实现“两性一度”。

给水厂设计的根本任务是建设技术先进、运行良好的水厂，为老百姓喝上安全放心水提供保障，注重培养学生的专业自豪感、家国情怀和使命担当。为此，要考虑技术、经济、运行和水的商品属性等各方面，注重环境、经济和社会可持续发展，为国家经济和社会发展作好技术服务，注重培养学生的工程伦理观、可持续发展及工匠精神。在设计过程中互帮、互助、互查，查阅手册，集体决策，可锻炼学生的团队精神，培养其吃苦耐劳、精益求精的大国工匠精神，充分发挥思政示范作用。

“水质工程学I课程设计”互动平台建设，以学生为中心，并不断改进和优化，加强过程管理，使学生能独立完成一个给水厂的设计，并综合运用所学知识，实现了毕业要求指标点的达成。

三、“水质工程学I课程设计”教学改革与实踐的效果

通过以上四个方面的改进，课程设计效果得到了明显改善，主要体现在以下几个方面。

（一）课程设计实现了规范化，设计质量明显提高

通过改进“水质工程学I课程设计”的教学与实践，学生的设计成果均符合设计要求，设计参数选择合理，实现了设计的规范化，达到了预期的设计质量和训练目标。

（二）巩固所学知识，提升学生综合能力和专业素养

课程设计与教学内容差别大，需要学生综合利用以前所学的其他课程基础理论知识及依靠资料和文献解决实际工程问题，从而培养学生具有综合运用知识和资料，设计满足特定工艺流程的能力。在设计过程中进行技术经济性比较，确定最佳工艺技术方案，使其在设计环节中能够大处着眼，全盘考虑社会、经济、卫生、法律、安全以及环境等各种因素，寻求局部突破或创新。通过讨论小组的活动培养学生团队协作、互帮互助、解决问题的能力。设计时间短，工作量大，可锻炼学生吃苦耐劳、坚韧不拔的精神。设计各部分内容的撰写可锻炼学生的专业和文化素质。学生在2周内完成一篇50～70页的设计计算说明书和2张图纸，提高了对设计的自信心、成就感和自我认同感，可提升其未来就业的自信心。

通过信息反馈，学生对这种交互教学模式满意率达到95%以上，对交互平台设计指导和设计要求更为满意。通过设计，熟练掌握水厂的设计过程和环节的超过95%，对教学过程和成绩评定满意率达到100%。

（三）以学生为中心，通过反馈对教学和学习过程持续改进

OBE模式讲究处处留痕，课程设计的任务书、学生每一步提交的设计内容及修改内容、教师的批阅意见都在超星泛雅平台中有记录。在不断的批阅修改及师生交互中，课程设计不断完善，真正体现了OBE理念，即以学生为中心，通过反馈对教学和学习过程持续改进。从人才培养角度来看，改革后的课程设计可让学生获取全面系统的知识，提升学生的综合能力和素质，构建完善的工程设计框架体系，具备独立从事工程设计的基本能力。

四、结论

面向新工科建设的理念和“双创”型人才培养的高等工程学科，需要依照OBE理念对其课程及实践环节改进和创新，提升教学质量和教学效果。笔者提出了以超星泛雅为交互平台、OBE理念和过程管理为核心的课程设计新模式，从课程设计内容、格式、规范、组织及成果提交形式、师生交互和考核标准等方面进行了规范与创新设计，夯实学生专业基础，提高学生综合能力和专业素质。实践证明，这些措施在保证课程设计质量和教学实践效果方面，在提升学生综合素质和能力方面及达到预期教学效果方面都取得了较好的效果。该课程设计改革在创新的同时可对新工科建设和OBE理念在其他课程中的应用具有借鉴和推广意义，有助于学生有所学、有所专，综合能力得到全面提升，使其能更好地服务社会。

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