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对OBE模式的“水力学”教学实践改革

作者:原创论文网 时间:2018-09-12 10:26 加入收藏

  摘要:水力学课程是环境工程专业的重要专业基础课之一, 传统教学中理论知识全部由教师板书讲授式教学, 学生处于被支配地位, 忽略学习产出。本文在一个完整的教学循环中实践基于OBE模式的水力学课程教学改革, 并根据课程评价进行反馈和调整, 启动一个不断完善的教学进程并持续运行, 提高学生自主性, 关注学生学习产出, 并对教学目标达成度进行了评价。

  关键词:环境工程专业; 教学改革; 水力学课程; 水力学;

  Abstract:The course of hydraulics is one of the important basic courses in the major of environmental engineering. In the traditional teaching, all the theoretical knowledge is taught by teachers and books. The students are in a dominant position and ignore the learning output. In this paper, the teaching reform of hydraulics course based on OBE mode is practiced in a complete teaching cycle, and the feedback and adjustment are carried out according to the evaluation of the curriculum. A continuous and continuous teaching process is started and continuous operation is started. The students' autonomy is improved, the students' learning output is concerned, and the achievement of teaching objectives is evaluated.

  Keyword:Environmental Engineering Major; teaching reform; Hydrodynamics;

  水力学课程是环境工程专业的重要专业基础课之一, 是公共课、专业基础课与专业工程技术课程间的桥梁。在以往的培养计划和教学大纲中, 课程内容理论知识全部由教师讲授式教学, 考核方式由结课考试和实验组成。这种“教师讲授、内容为本”的教学组织方式在实践中表现出了显著的优缺点。优点是教师能充分控制教学过程, 理论由教师加工后直接提供, 学生若能跟随好则能高效地接受知识, 也因此能在闭卷考试时取得好成绩。而其缺点也是非常显著的:第一, 学生处于被支配地位, 认为“老师对学习负责”, 缺乏主动性;第二, 教师关注点几乎全在授课内容, 忽略学生的学习产出。此外, 水力学理论较为抽象, 纯讲授易引起学生倦怠, 信息接受率和保持率低;而水力学知识体系逻辑性强, 不掌握前导概念往往导致后续知识无法衔接。久而久之, 部分学生跟不上进度, 恶性循环, 知识掌握程度差, 无法满足专业培养目标要求。
 

水力学

  1 教学改革思路

  在国家高等教育改革的大背景下, 培养具有实践能力和创新精神的高级工程技术人才成为工程教育的主要目标之一。水力学课程要求学生要掌握基本知识、相关应用, 以便今后在环境工程相关职业中能将水力设计计算的基本理论和方法学以致用。但是, 在教学过程中, 教师注意到了不少学生反映水力学课程基础概念多、公式推导复杂、理论不易理解, 是一门难学的课程。为了改善这一情况, 许多水力学课程进行了不同的教改研究。[1-5]为了提高学生对课程的学习兴趣、使其更好地掌握课程核心内容、获得必备的职业技术能力, 我们将水力学课程教学应由目前的“教师讲授、内容为本”的教学组织方式向的“学生为本、学习产出为导向”方式转变, 即基于OBE工程教育模式的水力学课程教学改革。

  OBE念即基于学习产出的教育模式 (Outcomes-based Education) , 其最大特点是把传统教学模式的内容为中心改为了以学生实际产出需要为导向。[6]基于OBE理念, 教学改革应贯穿课程教学活动的始终:在一个完整的教学循环中实践新的教学模式, 并根据课程评价进行反馈和调整, 旨在启动一个不断完善的课程教学进程, 并使之能持续运行, 如图1所示。

  图1 教改实施思路

  2 教学改革方式

  改革后的教学内容、教学组织形式、课程考核均以学生学习产出为核心, 改变课本目录形式的知识和能力要求, 对水力学课程的教学目标、教学环节等均应重新设计。

  2.1 教学目标的设定

  以往教学目标的表述为“掌握:水力学的基本概念、基本原理、基本方法和基本试验操作技能, 为后续课程学习奠定基础”, 过于笼统, 且仅强调了对知识的掌握, 未提出工程能力要求。基于OBE模式, 设定了以下5条教学目标。

  (1) 掌握水力学的基本概念、水静力学基本方程、流动形态、水流能量转化和能量损失的基本规律, 并能够对流体内部压应力规律、流体流动形态相关参数以及实际流体流动过程中的能量转化和能量损失问题进行数学表述、判断、建模或求解。

  (2) 掌握水流运动的元流分析法和总流分析法, 正确理解恒定总流的连续方程, 能量方程, 动量方程的物理意义, 能够用三大方程其分析实际流体的运动规律, 并在给定流动条件下联合运用求解水力荷载、过水能力、水头损失等实际工程问题。

  (3) 能够依据设计流量等水力要素, 综合考虑经济、健康、安全、法规以及环境等因素, 完成对本专业相关构筑单元及输水管网进行水力计算, 为学习后续课程 (“水处理工程”等) 以及独立开展工艺流程设计提供必备的计算和设计能力。

  (4) 掌握水力学中主要水力要素的常规测量方法和操作技能, 能够观察和分析水力现象、处理实验数据、获得有效结果, 并能够运用上述信息验证相关理论、总结正确结论。

  (5) 掌握用科技语言论述水力学相关的科学及工程问题的方法, 能够就环境工程中的水力学问题与业界同行及社会公众进行口头及书面的有效沟通和交流。

  新设立的教学目标定义了学生的学习产出, 即Outcomes, 强调了知识掌握与应用的关系, 以及通过知识应用所获得相应的工程能力。课程教学是为了保证学生在结课及毕业时能够达到上述预期目标, 因此, 教学组织、实施和评价均以此为依据。

  2.2 教学环节的设定

  为了培养学生的工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究和沟通能力, 将课程教学环节划分为四部分:课堂教学、讨论课、课程项目及实验。

  (1) 课堂教学旨在培养学生对水力学课程中工程知识的基本理解、问题分析和设计/开发解决方案能力, 围绕本课程的基本概念、公式及相关计算方法进行授课, 包括流体静力学、流体运动学、流体动力学、流动阻力与能量损失、有压管流和孔口、管嘴出流以及明渠流和闸孔出流及堰流。

  (2) 讨论课培养学生对水力学工程知识的理解以及沟通能力, 设置在流体静力学授课和流动阻力与能量损失授课结束后进行, 分别围绕水力学发展、分科、流体的主要物理性质、浮力、量纲分析、边界层及相关知识进行探讨。

  (3) 课程项目培养学生的问题分析、设计/开发解决方案以及沟通能力, 以复杂管网设计为内容, 结合有压管流授课教学的进程, 要求学生分组完成复杂管网的管径和通过流量设计、利用现代工具对环状管网平差设计等工作。

  (4) 实验培养学生的研究以及沟通能力, 针对本课程的基本原理和规律进行验证性实验, 包括粘度系数的测定、雷诺实验、流体动量定理实验。

  3 教改实践与教学运行分析

  在2016~2017学年秋季学期完成了环境工程专业的水力学教学改革和教学实践, 评估了学生对学习产出的达成度, 收集了学生对课程教学环节设置的调查问卷。

  教学目标达成度由各环节成绩计算。试卷对照教学目标进行分解, 分别对应目标1、2、3, 权重各为0.4、0.45、0.15。讨论环节对应的目标1和5的权重均为0.5。项目环节对应的目标2、3、5的权重分别为0.2、0.6和0.2。实验环节对应的目标4和5的权重为0.8和0.2。统计的各教学环节成绩见表1, 各教学目标达成度分别为83.4%、63.1%、76.7%、91.2%和93.8%, 说明均已达成;但目标2的达成度偏低, 说明部分学生对恒定总流的三大方程物理意义的正确理解及综合运用部分的学习产出相对于其它部分, 还需要加以巩固。
 

  表1 课程教学环节成绩与教学目标的对应关系及权重

  其中, 考试成绩呈正态分布:优秀14.28%, 良好42.86%, 中等34.29%, 及格8.57%, 也反映了部分学生能够灵活运用基本原理, 而不是对单一“知识点”的死记硬背, 但部分学生综合运用差, 试卷的区分度较好。

  此外, 设计了学生匿名问卷, 与学习产出达成度对比, 以评价学生对学习情况的自我认知。学生对5个教学目标达成度的自我评价分别为:77.6%, 71.5%, 64.1%, 71.2%, 55.6%, 除目标2外均低于课程考核评价中教师根据各环节考核的评分结果。这也说明, 课程学习产出达成度基于大纲评价, 关注学生对课程内容的掌握及达成情况, 而部分学生在问卷中更渴望学习内容对生活或专业的指导。由于在问卷调查时, 学生尚未学习水污染、大气污染控制等专业课程, 尚未进行课程设计, 还缺少对水力学知识内容与后续专业课程及日常现象的主动联系, 因此特别表现在第3及第5个目标达成度较低。在今后的教学环节中, 应当更注重向学生讲解水力学内容对后续课程内容支撑关系, 以案例形式说明相互联系。并且, 除了对正在进行水力学学习的学生达成度评价之外, 可以对上一级学生再次进行问卷调查, 了解学生在后续专业课程学习过程中, 是否对水力学的支撑作用有更深入的了解。

  并且, 82.86%的学生认为教改后的水力学课程能使其了解环境工程专业的知识体系, 侧面说明了项目的“回溯式设计”原则, 对专业的毕业要求矩阵中的指标点进行了支撑。

  4 结语

  基于OBE工程教育模式对水力学课程进行的教学改革, 以学生学习产出为核心, 对水力学课程的教学目标、教学环节、考核方式等均应重新进行设计, 在一个完整的教学循环中实践基于OBE教学模式的水力学课程教学改革, 并根据课程评价进行反馈和调整, 启动一个不断完善的课程教学进程, 提高学生的自主性, 关注学生学习产出, 并持续运行。

  参考文献
  [1]杨艳.Excel在《水力学》教学过程中的应用.长江工程职业技术学院学报, 2011.28 (3) :69-71.
  [2]裴国霞.水力学课程教学模式的改革与实践.内蒙古农业大学学报, 2000.3 (2) :39-41.
  [3]郑志宏, 李寻, 刘金辉, 等.“三合一”分层教学模式在水力学教学中的应用.高等建筑教育, 2007.3 (16) :79-81.
  [4]张新燕, 吕宏兴.PBL教学模式在水力学综合性实验教学中的应用探讨.长春工程学院学报, 2013.3 (14) :136-138.
  [5]张西平, 吴金华, 梁素韬, 等.工程实例教学法在水力学课程教学中的应用与实践.河北农业大学学报, 2014.16 (2) :94-97.
  [6]顾佩华, 胡文龙.基于“学习产出” (OBE) 的工程教育模式.高等工程教育研究, 2014 (1) :27-37.

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