高彥婷，張 芮，張彥洪，王玉才

(甘肅農業(yè)大學 水利水電工程學院,甘肅 蘭州 730070)

工程教育認證核心OBE(Outcome based-Education)是一種強調頂峰成果與反向設計理念的教育模式[1]。自2016年中國正式加入《華盛頓協議》成員國以來，“學生中心、成果導向、持續(xù)改進”的理念伴隨著中國工程專業(yè)認證的發(fā)展成為影響高校發(fā)展與改革的重要理念[2-3]，探索構建“以培養(yǎng)目標為導向，以課程體系為支撐，以畢業(yè)要求為目標的達成度評價體系”成為當今高校落實工程教育認證的主流方向[4-5]。與此同時，信息技術與現代教學相融合的飛速發(fā)展，給高等教育的生態(tài)環(huán)境帶來了革命性變革：教育系統各要素領域被拓展，課堂教學時空邊界被打破，教師教學能力被賦予新的內涵，教學資源建設被提出新的要求[6]。教育部在《面向21世紀教育振興行動計劃》中強調：“利用信息技術推進教育發(fā)展，大力提高教育技術手段的現代化水平和教育信息化程度。”[7]，線上線下混合聯動教學模式已然成為高等學校教育發(fā)展的大趨勢[8]。

水力學是水利類相關專業(yè)必修的專業(yè)基礎課，主要研究以水為代表的液體在宏觀機械運動狀態(tài)下的力學規(guī)律及其在工程實踐中的應用，通過水力計算，為水利工程及其他涉水工程的規(guī)劃、設計、施工和管理提供服務。課程理論性強，內容由靜態(tài)到動態(tài)，由受力分析到能量轉化，涉及知識面廣，概念抽象易混淆，公式推導多且計算問題復雜[9]。隨著課時量的壓縮，教與學均面臨巨大挑戰(zhàn)。傳統教學以理論講解為主，雖也輔以多媒體PPT外加部分動畫演示，但仍偏重理論，難以激發(fā)學生學習興趣；實驗多為驗證性和演示型，缺乏創(chuàng)新，不能調動學生的積極性和主觀能動性；課程考核過于側重教材內容的考察，不利于學生動手能力和解決實際問題能力的培養(yǎng)，難以滿足工程教育專業(yè)認證對課程支撐的要求。針對“水力學”課程現狀及存在問題，基于OBE教育理念，采用閉環(huán)設計模式，利用信息現代化技術手段構建線上線下聯動教學新型課堂模式，以期調動學生的積極性和主動性，提高課堂教學質量，促進“水力學”課程教學改革的發(fā)展和進步。

1 基于OBE理念的線上線下聯動教學新模式構建

傳統工程教育的“正向”設計思路為：課程體系→畢業(yè)要求→培養(yǎng)目標→需求(內部和外部)。該模式下“需求”是教育的結果而非目標，所以一般只能滿足內部需求，對于國家、社會和用人單位等外部需求只是被動“適應”，而難以達到主動“滿足”。OBE成果導向的工程教育是反向設計(需求決定培養(yǎng)目標，培養(yǎng)目標決定畢業(yè)要求，畢業(yè)要求決定課程體系)、正向實施[10]，此時，“需求”既是起點又是終點，有效地保證了教育目標與其結果的高度一致性。筆者依據“培養(yǎng)目標以需求為導向，畢業(yè)要求以培養(yǎng)目標為導向，課程體系和教學以畢業(yè)要求為導向，資源配置以支撐畢業(yè)要求和培養(yǎng)目標的達成為導向”的反向設計思路，進行“水力學”線上線下聯動教學課程建設設計。

1.1 明確課程教學目標

認真研習一流農業(yè)院校農業(yè)水利工程專業(yè)的辦學模式，多方學習已通過認證的農業(yè)水利工程專業(yè)的辦學經驗，結合甘肅農業(yè)大學該專業(yè)的現狀及其特色，通過走訪調研各級水利相關用人單位，統計分析畢業(yè)校友問卷調查結果，綜合考慮同行專家及行業(yè)的反饋信息，在甘肅農業(yè)大學2020年確定該專業(yè)“復合型高級工程技術專業(yè)人才”培養(yǎng)目標及課程體系的基礎上，優(yōu)化了“水力學”教學大綱，將“水力學”課程教學目標設定為旨在夯實農業(yè)水利工程中水流力學知識的理論基礎及其應用能力。通過課程的學習學生必須掌握水力學基本概念、基本理論及其基本技能，構建完整的水力學知識結構體系；能在農業(yè)水利工程規(guī)劃、設計階段建立并優(yōu)選力學分析計算模型；能夠應用水力學基本原理及方法對各力學模型及實際工程問題進行不同方案的求解計算，比選并確定出最佳解決方案；掌握水流運動要素的實驗量測技能，具備觀察水流現象，分析、處理實驗數據和編寫實驗報告的能力，并能將實驗結果與理論或模型進行比較，確定有效參數。通過該門課程的學習，能夠為后續(xù)專業(yè)課程的學習、畢業(yè)設計乃至畢業(yè)后從事相關工作奠定扎實的理論基礎。

1.2 整合課程教學內容

圖1 水力學課程內容“兩模塊、三方程、四應用”框架結構圖

“水力學”課程內容按其特性分為基礎理論(基礎水力學)和理論的應用(工程水力學)兩部分，12章，共計56學時(理論48，實驗8)。以學生能力培養(yǎng)為目標，將課程內容做了如下整合：(1)避免與后續(xù)專業(yè)課程內容重復，弱化滲流和有壓管流中非恒定流相關內容，刪除較陳舊的內容(如“流網”)，強化“水靜力學”“水動力學”及“水流阻力和水頭損失”等基礎理論部分教學，為后續(xù)工程應用的學習夯實基礎。(2)精簡水躍、臨界水深等繁瑣公式的推導，側重公式應用及求解思路的講解。(3)減少驗證性實驗學時，增加綜合性、設計性實驗在實踐課時中的比例。(4)打破“水力學”傳統的章節(jié)結構，將教學內容梳理為208個知識點。在厘清各知識點間邏輯關系及難易程度的基礎上，將知識點分為適宜教師講授類、學生自學類。對適宜學生自學類知識點安排為線上自學，并借助思維導圖對講解類知識點的銜接進行頂層設計和重構，通過線下線上聯動講授完成教學。(5)便于學生課程知識框架及知識點的梳理，構建“水力學”教學內容“兩模塊、三方程、四應用”框架結構(圖1)，將知識點模塊化，為實現線上線下聯動教學奠定基礎。

講述基本原理的模塊Ⅰ(基礎水力學)是本課程的基礎，也是模塊Ⅱ(工程水力學)學習及應用的保障[11]。其中水靜力學是水動力學的基礎，水動力學中“三方程”是本課程核心內容的重中之重，水力學分析計算最終均歸結于基本方程的應用；模塊Ⅱ中水流流動形態(tài)千變，邊界迥異，但流動(四應用)均遵循基本原理(三方程)，只要厘清流動特點及邊界條件，問題便迎刃而解[12]。線上線下聯動教學模式中，對于理論性較強的內容(如“三方程”)采用以線下講授為主、線上自學輔助的方式，旨在夯實基礎；實踐性較強的內容(如“四應用”)及實驗環(huán)節(jié)，知識輸入面廣，又需較強的動手能力，采用線上導學與線下實踐教學相結合的方式進行；對于內容簡單、知識點雜的內容，采用以線上教學為主的方式，通過自主開放式學習，查閱相關資料，拓展知識深度和廣度，并結合線下討論，提高學生思辨能力。

1.3 充實線上教學資源，動態(tài)調整線下教學重心

“水力學”線上教學依托“甘肅農業(yè)大學在線教育綜合平臺”來實現。聯動教學的核心在于通過發(fā)揮教師引導、啟發(fā)、監(jiān)控教學過程的主導作用，激發(fā)學生作為學習過程主體的主動性、創(chuàng)造性。因此，線上線下聯動教學需注重“學生自學、問題反饋，教師引導、答疑解惑”互動功能模塊的設計。

水力學線上教學資源包括五大模塊：課程基本信息(課程介紹、教學大綱、教師信息、教學日歷、考核辦法、學習方法指導)、單元學習(知識點導學、ppt課件、教學視頻、知識點測試、課后作業(yè)、單元測試、答疑討論區(qū))、實驗(實驗指導、實驗視頻)、進階挑戰(zhàn)(在線學習資源、經典案例分析、課后習題指導、典型例題參考)、優(yōu)秀作業(yè)展區(qū)。

線上教學主要通過單元學習模塊來實現。導學介紹每堂課要學習的知識點、重難點及學習要求，使學生清楚每個知識點應達到的學習標準。教學內容以上傳的ppt課件或pdf文檔以及針對每節(jié)課程關鍵知識點錄制的微視頻或網絡優(yōu)秀視頻為主。課前學生通過這三部分資源自主預習，并就討論區(qū)話題參與討論或依據要求在討論區(qū)內發(fā)表評論。鼓勵學生用筆記的方式幫助記憶并標記理解困難的知識點上傳平臺，通過知識點測試檢驗自學效果。教師及時對在線預習效果反饋數據進行分析，確保線下課堂互動有的放矢，精準施教。課后以線上提交作業(yè)和單元測試的形式階段性的鞏固學習內容，檢驗課堂效果。根據OBE“持續(xù)改進”的要求，線上、線下均為動態(tài)模式，線上資源更新主要為下輪教學做準備，線下教學重心針對線上反饋問題及時調整，這就要求教師提前做好線下課堂教學的多種預案并及時分析線上學習數據，將持續(xù)改進融入即時的教學過程，而不局限于一輪完整教學過程結束的反思之后。

實驗模塊主要提供基本實驗操作視頻及注意事項以及實驗模擬平臺鏈接，為學生開展創(chuàng)新設計性實驗做鋪墊。進階挑戰(zhàn)模塊為學生提供大量案例分析及例題計算等輔助學習資源，包括上傳的文本資料和互聯網相關視頻資料，配以游戲進階模式的測試，激發(fā)學習興趣的同時拓展其知識面，有助于學生應用理論解決實際工程問題能力的培養(yǎng)。優(yōu)秀作業(yè)展區(qū)用以展示優(yōu)秀筆記、作業(yè)、設計、案例分析等，鼓勵學生積極主動參與到課程學習中。多模塊設置避免了因線上教學環(huán)境和形式單一而造成的學生厭學，旨在引導學生建立自主學習拓展知識廣度及深度的成就感，挖掘其主動學習的潛在助推力。

1.4 優(yōu)選教學方法，精心設計教學過程

線下課堂教學中，對于純公式推導(如歐拉平衡微分方程)適宜傳統板書教學。學生跟隨教師思路，逐步理解形成思考及記憶過程，有助于學生邏輯推理能力的提高。但這種“老師+黑板”的沉悶型教學形式持續(xù)時間最好不要超過學生注意力集中的平均時間，且需要較為活躍的氛圍來銜接。筆者選擇“板書+討論”的模式，推導方程后分析得到“質量力和等壓面正交”的結論，即可引入實例1：置于靜止小車中的一杯水(絕對平衡狀態(tài))等壓面是什么樣的？學生以小組形式展開討論并選代表上臺講解，隨即引入實例2：該小車勻加速直線運動時杯中水(相對平衡狀態(tài))的等壓面又是什么樣的？將書面問題“生活化”，引導學生主動去思考，變被動接收為主動探索、變填鴨式課堂為互動型課堂。

針對抽象的概念，如均勻流與恒定流，恒定/非恒定流中流線、跡線的概念及區(qū)別等,選擇“板書+多媒體動畫及實際水流流動演示”,通過立體感較強的音頻、視頻或真實水流流動等感官刺激來加深學生對文字描述的理解。對于較難理解又涉及公式推導的基本概念,如靜水壓強及其分布規(guī)律、作用于平面/曲面上的靜水總壓力等，選擇“板書+多媒體+實驗”的方式，先傳統板書進行公式推導,后借助多媒體輔以實際案例(結合平板閘門、擋水壩面的設計講解靜水壓強及其分布規(guī)律，通過弧形閘門的受力分析講解作用于曲面上的靜水總壓力)解釋概念的內涵及其外延,示范公式應用及求解過程，安排學生理論課后提交線上作業(yè)。在對公式有一定思考認識的基礎上及時開展實踐教學,通過實驗設計、操作及報告編寫等環(huán)節(jié),鞏固對概念的理解，鍛煉其理論聯系實際、應用專業(yè)知識分析解決實際問題的能力，這對于實現本專業(yè)培養(yǎng)目標、契合畢業(yè)要求均具有重要的現實意義。

同時，充分發(fā)揮水利學科的思政優(yōu)勢，將思政融入教學全過程。我國不乏具有歷史代表性的水利工程，諸如設計科學、建造精巧的古運河靈渠，世界最長、年代最久、造就富庶“天府之國”的無壩引水工程都江堰等；擁有當代世界性宏偉的水利工程，諸如世界最大的三峽水利樞紐，建成后將重構我國水資源新格局的南水北調工程等。通過線上影像視頻資源分享、小組討論、問卷調查等各種活動增強學生的文化自信心和自豪感。線下課堂將實際水利工程中涉及的水利科學前沿領域的內容整合成恰當的教學知識點，激發(fā)學生水力學課程學習興趣的同時，進行專業(yè)榮譽感和職業(yè)使命感教育，強化民族精神和愛國主義教育，引導學生正確世界觀、人生觀和價值觀的形成，使學生在掌握專業(yè)知識的同時，全面提高思想道德素養(yǎng)。

1.5 “兩維度三環(huán)節(jié)多元化”課程考核模式及“四位一體”課程目標達成評價體系

為切實發(fā)揮“指揮棒”的作用，構建“兩維度(線上+線下)三環(huán)節(jié)(過程性考核+期末考試+實驗)多元化”的課程考核模式。即：“水力學”課程考核成績由過程性考核環(huán)節(jié)(50%)、期末考試環(huán)節(jié)(40%)、實驗環(huán)節(jié)(10%)組成。過程性考核成績由考勤、課堂討論、課后作業(yè)、課程筆記、在線學習時長、在線測試、單元測試、中期測試等多元化方式體現。其中中期測試以小論文、制作小的水力或水工模型、設計改良實驗裝置等創(chuàng)新活動進行考核；實驗環(huán)節(jié)成績包括實驗方案設計、實驗操作、實驗報告撰寫等多項成績。該模式既注重學生參與度和動手操作能力的考察，又重視學生思考、實踐、創(chuàng)新能力和學習態(tài)度的評價，考核結果科學地反映了教學過程的有效性和合理性，而教學效果是否達到課程教學目標需要則由課程目標達成情況(課程綜合評價)來評價。

基于OBE“產出導向、持續(xù)改進”的原則，從“人才培養(yǎng)目標—畢業(yè)要求—課程目標”之間的頂層關系設計入手，構建課程目標教學督導評價、教師自我評價、學生評價和考核成績評價的“四位一體”評價體系。通過開展校、院、系同行專家及一線任課教師訪談咨詢，在校學生和畢業(yè)生問卷調查等活動，綜合確定了各評價主體評價值的權重系數，得出“水力學”課程綜合評價=課程考核成績評價×50%+教學督導評價×10%+學生評價×20%+教師自評×20%。依據課程目標評價結果，反向診斷教學組織過程和考核環(huán)節(jié)中存在的不足，對癥下藥，實現了不斷提升和持續(xù)改進的目標。

2 線上線下聯動教學效果評價

“四位一體”評價體系中，課程綜合評價的閾值設定為0.7，當實際評價值大于0.7時，達成度滿足要求?！八W”課程目標達成評價按行政班級分別計算，平行班級中取最小值作為最終評價值。近兩年來“水力學”課程達成度評價結果見表1?？梢钥闯觯己顺煽?7級農水1班在教學目標1和3上分別為69.0%、68.4%，2班在教學目標2上僅為59.5%，均低于閾值，預期目標未達成。追蹤到過程性考核環(huán)節(jié)，發(fā)現1班同學的課后作業(yè)、知識點測試及單元測試的成績均不高，但是小組討論、在線學習時長、學習資源的涉獵程度及筆記記錄均較好，這說明不是學習主動性差，而是部分學生太浮躁，眼高手低，導致對基礎知識的掌握不夠扎實。2班級課程案例分析及知識點應用部分的測試參與度較低，導致理論應用于實踐的測試環(huán)節(jié)成績(教學目標2)較低。鑒于此，后續(xù)教學過程中在分析學生個體差異的基礎上，有針對性地強化課前提問及課后答疑、基礎知識點理論測試及應用習題互評等互動環(huán)節(jié)的考評，盡可能地做到因人施教。從18級評價結果來看，課程綜合評價結果(均高于17級)穩(wěn)步提升，說明改進方案對癥。但18級2班教學目標2、3(分別為66.1%和69.2%)均低于閾值，逆推教學過程發(fā)現，該班學生存在兩極化，一小撥同學學習態(tài)度不積極，主動性較差，尤其在需要體現團結合作精神的測試點上如小組討論、實驗等環(huán)節(jié)上拉低了班級整體均值。后續(xù)教學過程中應注意學習小組劃分時需避免理解較慢或積極性欠缺的同學扎堆，盡可能做到以快帶慢，發(fā)揮大環(huán)境影響個體的積極作用。總體來看，教學目標4的達成度均較好，說明理論教學與課程實驗實踐環(huán)節(jié)相結合，融入案例的分析與講解，鼓勵學生動手創(chuàng)新的教學組織方式有利于調動學生積極主動性，教學效果良好，應繼續(xù)保持并持續(xù)優(yōu)化。

表1 “水力學”課程目標達成度近兩年評價結果(%)

3 結束語

基于OBE成果導向理念，以滿足社會需求的復合型高級工程技術專業(yè)人才培養(yǎng)為出發(fā)點，充分利用現代化科技手段，對“水力學”課程進行反向設計，創(chuàng)新線上線下聯動教學模式，實現“課前—課中—課后”與“預習—授課—效果反饋-及時調整”的高度結合，推動“知識課堂向能力課堂轉變”，極大地激發(fā)學生自主學習水力學的興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐和解決實際問題的能力，改變歷來學生“談水力學色變”的窘境，進而促進水力學課程教學的改革和發(fā)展。但水力學課程聯動教學改革也存在著如優(yōu)質教學資源匱乏、教學情境有待優(yōu)化等諸多問題，需要在今后的教學中不斷完善和優(yōu)化。