徐保利 代俊峰 劉曦瞳 張帥普 白凱華

摘要：為適應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)學生的培養(yǎng)質(zhì)量，以OBE教學理念為導向，對流域水文模型課程教學目標、教學內(nèi)容、教學形式和方法以及教學效果評價進行了改進和優(yōu)化，探索了以學生掌握知識和產(chǎn)出成果為目標的教學模式，以期提高流域水文模型課程教學質(zhì)量和學習效果，增強學生解決工程問題的能力。

關鍵詞：流域水文模型課程;OBE;教學模式

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：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、水環(huán)境治理、水土流失等水問題的重要工具，在人類活動和氣候變化水文效應的科學研究等方面得到了廣泛的應用，對于研究和解決我國水資源工程問題發(fā)揮著重要作用。

流域水文模型的學習，需要對水文學原理有較深入的理解，需要一定的數(shù)學物理建模和計算機能力，而且該課程具有較強的實踐性，要求學生具備解決實際工程問題的能力。由于流域水文模型課程難度大、要求高，學生缺乏積極性，存在“設而不修”“修而不習”“習而不會”的情況，教學效果不佳。為激發(fā)學生學習興趣，加強對學生解決實際工程問題能力的培養(yǎng)，提高流域水文模型課程的教學質(zhì)量，有必要進一步探索教學模式。

OBE（Outcome-Based Education）是基于學習產(chǎn)出的教學模式，以學生和學習成果為中心，關注學生的學習效果、學習能力和綜合能力的提升，以及學習成果評估和教學的持續(xù)改進[1]。我國采用OBE理念引領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的理論性和工程實踐性，而OBE在該課程上的應用研究較少。為適應行業(yè)發(fā)展變化，本文以OBE理念為指導，結合Seminar教學方法，以桂林理工大學流域水文模型課程教學為例，提出適合該課程的教學模式，實現(xiàn)提高學生解決復雜工程問題能力的目標，提升水文與水資源工程專業(yè)學生的培養(yǎng)質(zhì)量。

二、流域水文模型課程開設情況

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專業(yè)的核心課程。目前，武漢大學、河海大學、中國地質(zhì)大學（武漢）、東北農(nóng)業(yè)大學、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學、華北水利水電大學、河北工程大學、桂林理工大學、南昌工程學院等多所高等院校的水文與水資源工程專業(yè)，針對本科生開設了流域水文模型或相近的水文模型課程。不同高校開設的流域水文模型課程名稱各異，課程性質(zhì)和學時安排不盡相同，教材和側重點呈現(xiàn)多樣化。

三、課程教學目標明確

教學目標是關于教學將使學生發(fā)生何種變化的明確表述，是指在教學活動中所期待得到的學生的學習結果[4]。流域水文模型課程教學目標的確立，不僅要考慮水文水資源專業(yè)特點，還應結合該專業(yè)的畢業(yè)要求、課程體系和學校地域特色。教師向學生教授專業(yè)知識的同時，還應著重培養(yǎng)學生解決工程問題的能力?，F(xiàn)有流域水文模型課程的教學目標基本體現(xiàn)了水文模型理論和實踐并重的特點，但多著眼于水文基本理論和建模方法等知識目標，未能體現(xiàn)學生能力培養(yǎng)的目標。

桂林理工大學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專業(yè)知識和數(shù)學模型方法，綜合對比復雜工程問題的解決方案，并對其進行優(yōu)選;能夠應用數(shù)學和工程科學的原理方法與計算模型對水文與水資源工程及其相關領域復雜工程問題的影響因素進行有效分析;能夠選擇和使用恰當?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領域的復雜工程問題進行分析、計算、模擬和預測，并理解其優(yōu)缺點及局限性。針對畢業(yè)要求，該課程需要達到的知識目標包括：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理解并掌握水文學原理在數(shù)學、物理建模中的應用;③理解1～2個水文模型軟件的架構原理及功能，能夠實現(xiàn)典型水文模型的操作運行;④能夠初步使用水文模型模擬計算水文學要素，解決和分析水資源開發(fā)利用及其工程水文實際問題。能力目標包括：①應用水文水資源知識分析水問題的能力;②解決復雜工程問題的能力;③創(chuàng)新能力和批判性思維。課程教學內(nèi)容、教學方法應能滿足三個畢業(yè)要求，保障七個教學目標的實現(xiàn)，同時根據(jù)教學目標對教學效果和學習產(chǎn)出進行考核和評價。

四、課程教學內(nèi)容的優(yōu)化

現(xiàn)有流域水文模型課程教學多從基本概念、理論基礎、水文模型應用和前沿問題研究等方面展開，內(nèi)容較為全面，有助于學生系統(tǒng)地理解和應用水文模型。但教學內(nèi)容與水文學原理、水文預報、水文統(tǒng)計和地下水水文學等先修課程存在重復，教師上課、學生學習均不易抓住重點，難以體現(xiàn)課程區(qū)分度。開設該課程的高校，在實際教學中理論講授和實踐操作總學時一般不超過32學時，教學時間有限，學生難以有效掌握現(xiàn)有教學內(nèi)容，不利于教學目標的達成。

為實現(xiàn)該課程的教學目標，教學內(nèi)容設置應該遵循“簡”“精”“實”“新”的原則[5]，可將課程教學內(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用及其優(yōu)缺點;二是“精”講水文學原理與水文模型建立的聯(lián)系，講授模型建模中的科學問題;三是選取在實際水問題和工程實踐中應用較多的典型模型，講授其架構原理、功能模塊及其運行操作，結合工程水文“實”例，訓練學生水文模擬和優(yōu)選模擬方案的能力;四是結合“新”的水問題和“新”技術，介紹水文模型建模、模擬研究的前沿問題?！昂啞辈糠肿寣W生了解為什么使用水文模型;“精”“實”部分是該課程的重點和難點，使學生真正掌握水文模型的原理及操作運行，具備解決工程問題的能力;“新”部分開闊了學生視野，啟發(fā)學生的創(chuàng)新意識，加深了其對水文模型的認識。

五、教學形式和方法的改進

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

OBE教學理念以學生和學習成果為核心，實現(xiàn)這一理念需要結合多種教學方法和形式。該課程對學生素質(zhì)要求較高，因此課程容量宜小而精，可用小班研討教學。小班研討教學師生比例低，每位學生都能得到教師充分的指導，也能有參加課堂活動的機會。小班研討教學環(huán)境寬松，學生也成為教學的主要參與者，師生能夠形成良性互動，充分調(diào)動學生積極主動性[6]。因此能夠實現(xiàn)開設一門課程，教授一門知識;來一個學生，會一項技能，切實保障學生學習效果和能力的提高。

課程授課中，采用課堂講授、Seminar討論和案例教學相結合的模式。針對某個水文模型，可以采用“理論簡介—實例操作—原理講授—工程實用”循環(huán)的方式學習。對于較為復雜的模型，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)學聯(lián)系，再進行整個模型的模擬計算，進而實現(xiàn)工程問題實踐操作（“匯零為整”）。具體來說，教學內(nèi)容的理論部分可采用講授和Seminar討論相結合的方式，先由教師介紹基本理論，然后學生自主討論，調(diào)動學生積極性，激發(fā)課程學習興趣。在自主討論中，將班級劃分為多個小組，組內(nèi)自由發(fā)言、提問和討論。教師掌控課堂討論動向，引導學生進行多元化、批判性思考，并參與學生討論，回答學生問題，對討論情況進行總結和評價。根據(jù)學生水文理論基礎和課程學習情況，實踐操作部分采用案例式教學，在重要知識點后增加工程實例，引導學生思考所學知識點與案例問題的聯(lián)系。在模型理論學習結束后，提前發(fā)布工程問題，學生分小組進行建模和模擬運行，最后在課堂上展示計算結果和解決方案。在此過程中，學生深度參與，充分發(fā)揮自身積極性和團隊協(xié)作作用，有助于達到學習目標，培養(yǎng)學生思考問題、解決問題的能力。

六、教學評價與持續(xù)改進

在傳統(tǒng)教學評價中，對學生成績評定依據(jù)主要包括平時成績、實驗成績和期末成績，依據(jù)三者比例得到最終成績。依據(jù)OBE理念，以學生掌握的知識和能力為目標對教學效果進行評價。根據(jù)流域水文模型課程的特點，筆者在傳統(tǒng)評價標準的基礎上進一步細化，擴充內(nèi)容，調(diào)整成績比例，以學生表現(xiàn)、測驗、作業(yè)、實踐報告和試卷等多種產(chǎn)出為依據(jù)，建立學生成績的評價標準。具體評價方式和內(nèi)容介紹如下。

平時成績包括課堂表現(xiàn)和課后作業(yè)，總評成績折算成30分。課堂表現(xiàn)包括課堂紀律和出勤、發(fā)言與討論、隨堂測驗、小組匯報等，以能否積極參與發(fā)言和討論、是否熟練掌握理論知識和軟件操作、能否理解并使用模型初步建模、小組匯報能否闡明團隊觀點、團隊合作情況為標準判斷學生能力的培養(yǎng)情況。課后作業(yè)以計算題和案例分析題為主，訓練和考查學生理解基本知識及其聯(lián)系，培養(yǎng)將基礎知識應用于復雜工程問題的能力。評分依據(jù)為能否嚴格按照要求及時完成作業(yè)、基本概念是否清晰、能否將理論知識與工程問題聯(lián)系起來、能否提出問題解決方案、解決問題方案是否科學合理和具有創(chuàng)新性。

實踐操作環(huán)節(jié)包括上機實踐操作、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、形成實踐報告書等內(nèi)容，該部分總評成績折算分數(shù)為30分。該環(huán)節(jié)成績評分依據(jù)為實踐課的紀律和出勤、工程實例建模和計算過程完成度、計算結果的準確性和工程方案的合理性、實踐報告的科學性和規(guī)范性以及團隊合作情況。

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

七、結束語

本文以OBE教學理念為導向，針對流域水文模型課程存在的問題，對該課程的教學模式進行了探索。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目標;以“簡”“精”“實”“新”的原則優(yōu)化了課程教學內(nèi)容及結構;在傳統(tǒng)的課堂講授的基礎上，結合Seminar討論和案例教學改進了課程教學形式和方法;基于學生多種產(chǎn)出建立了課程教學效果學生產(chǎn)出評價方法，從而提出了以學生知識掌握和成果產(chǎn)出為目標的教學模式，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：

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

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