工程教育認證背景下工程水文學課程教學改革與實踐

武瑋 桑國慶 潘維艷 劉玉玉

（濟南大學水利與環境學院，山東 濟南 250022）

0 引言

工程教育是我國高等教育的重要組成部分，自2013年6月我國工程教育順利加入《華盛頓協議》，標志著我國工程教育逐漸實現與國際接軌。工程教育認證秉承以學生為中心、以產出為導向和持續改進的三大核心理念[1]，要求學生畢業后具備完整的專業理論知識和實踐操作能力，能夠應用所學理論知識和現代化工具解決復雜工程問題，確保培育出的人才具有較高的專業能力與核心競爭力[2]。在此背景下，對新時期高等教育提出了新的挑戰，以教師為中心，“填鴨式”“滿堂灌”的傳統教學模式難以滿足工程教育的要求，教學改革和創新勢在必行。

工程水文學是濟南大學水利與環境學院水文與水資源工程專業的一門專業選修課，筆者自2016年開始進行該課程授課，從傳統知識授課到結合實際案例，再到融合信息技術于課堂教學，課程教學改革與創新不斷得到實踐，本文結合多年教學經驗，從痛點分析、教學理念、教學組織和教學評價等方面對課程教學改革創新與實踐進行深入探討，以提高教育教學質量，并為一流課程申報打下一定的基礎。

1 工程水文學課程教學痛點分析

本課程以理論知識與實踐應用相結合為原則，以學生發展為中心，培養學生應用水文學知識于水利工程建設的能力。課程開設于水文與水資源工程專業大四上學期，此時正值學生考研準備時期，且課程相關內容在水文學原理、水文統計、水文預報、水文水利計算等課程中均有涉及，學生普遍學習興趣不高，主動性較差，學生難以理解章節知識點與學科知識體系之間關系，對于知識點的實踐應用較為欠缺。通過多年的課程教學工作實踐與反思，總結該課程主要存在以下三個痛點問題。

（1）傳統課程教學以教師為主體，單純的“填鴨式”“滿堂灌”的教學方式難以吸引“零零后”大學生群體的注意力，學生參與較少，學習興趣不高，進而導致學習效果不好。傳統教學理念難以滿足新時代大學生成長需求是第一大痛點問題，亟須更新教學理念。

（2）工程水文學主要集中于“測”“報”“算”三大傳統內容，在信息化飛速發展的今天，在新時期治水理念催生下，教學內容不夠新穎，學科前沿知識欠缺，難以適應新時代水利發展需求是第二大痛點問題。

（3）學生學習僅停留在表面知識，不太注重章節知識點與學科知識體系之間的關系，對于知識點在水利工程建設與管理中的應用理解不夠，理論知識學習停留在“半空”中，無法做到真正的“落地”，是本課程的第三大痛點問題。

2 更新教育理念，加強教學組織

結合以上痛點問題，本課程亟須進行改革。改革重點是更新教學理念，打破原有課程框架，對課程教學內容進行重構與設計，加強教學過程組織，具體從以下三個方面進行。

2.1 改變傳統觀念，更新教育理念

秉承OBE成果導向教育理念（Outcome Based Edu cation），強調以學生為中心，從5個方面分別解決學生學什么，為什么學，怎么學，是否達到學習成果，以及如何進行改進的問題。從關注教師教了什么轉變為學生學到什么，強調學生掌握知識后在水利工程建設與管理中進行應用，使學生真正地參與到課堂中，激發學生學習興趣，提高課堂參與度，從而使學生真正做到學有所獲。工程水文學知識將服務于水利工程建設與管理，明確水利人身上的擔當與使命是指引學生在水利之路上前行的燈塔。因此，專業知識教授的同時，滲透思政教育理念，將新時代水利精神、工匠精神貫穿專業教育中，例如，水文測驗部分，通過介紹舍生忘死進行海上測驗的邊春華，幫助學生明確水文工作對社會的重要性，以及水文人身上的擔當和使命，實現專業教育與思政教育同向同行。本課程教育理念如圖1所示。

圖1 基于OBE的教育理念

2.2 加強教學設計，優化教學內容

將學術前沿和水利發展需求與傳統水文學知識有機融合，實現課堂教學知識接軌水利發展需求，追蹤學術前沿，從而保證教學內容的高階性和創新性。打破傳統課程體系，將課程教學內容重塑為三大模塊，分別是一大基本原理、兩大基礎理論和三大核心工作。其中一大基本原理主要講授傳統水文循環原理，但在氣候變化背景下，天然水文循環將如何變化是目前較為關注的前沿問題。結合中國氣候變化藍皮書、相關參考文獻等，設置蒸發悖論、青藏高原環境與氣候變化、水文模型等主題，鼓勵學生自主查閱文獻，教師講授當前的研究熱點，以幫助學生追蹤學術前沿，把握科研動態。兩大基礎理論主要講述流域產匯流和數理統計理論，該部分要求學生重點掌握理論知識，并能熟練應用技術方法，鼓勵學生自主查閱文獻，對傳統知識與方法進行大膽質疑與挑戰，例如，我國水文變量是否真正符合P-III型分布。三大核心工作是重點內容，水文測驗引入水文現代化等社會發展需求，引導學生理解空間信息技術對傳統水文觀測技術的推動與挑戰；水文預報和水文分析計算主要結合工程案例分析講授設計年徑流計算、設計洪水和水文預報，例如，關于長江三峽設計標準的若干爭議問題，以此為案例，引入防洪標準、設計洪水等教學內容，教師講解后，學生分組用所學知識點去正確解釋這些爭議問題，從而實現應用理論知識進行水文分析與計算。

2.3 建設課程資源，豐富教學案例

結合教學團隊科研成果，分別建立多媒體素材庫、文本資料庫、網絡課程庫、文獻資料庫、軟件資料庫和工程案例庫。多媒體素材庫主要包括實時新聞視頻、水利圖片等，可以用于知識點導入和教學內容的視覺展示，例如，2020年9月7日主題為科技助力防汛減災的焦點訪談視頻可幫助學生理解水文現代化；文本資料庫主要包括工程水文學題庫、部分流域水文資料、山東省水文圖集等，網絡課程庫以國家精品在線開放課程為主，文獻資料庫主要以CNKI等數據庫為主，軟件資料包括配線軟件、ArcGIS、水文模型等，工程案例庫包括山洪預警、洪水風險圖制作、幸福河建設、水文信息化建設、防洪影響評價等報告及數據。

2.4 加強教學組織，改進教學方法

教學內容主要參照BOPPPS教學模式[3]進行組織實施，主要從以下6個方面進行，分別是內容導入、課程目標、前測、參與式學習、后測和總結。第一，通過工程實例、經典視頻、新聞時事等引入每節課的課程內容，從而吸引學生的關注力，提高學生對課程內容的學習興趣；第二，從知識、能力和態度三方面明確課程目標；第三，借助雨中的[4]進行課前答題了解學生的學習基礎，根據學生的實際情況，適當調整教學過程；第四，采用互動式教學，通過師生互動、生生互動、小組討論、啟發式教學，提高學生參與度；第五，借助雨課堂對本次課程內容進行答題，了解學生的掌握情況；第六，是總結，采用思維導圖、歸納總結、對比分析幫助學生整合課程內容，引導學生反思內容，引出下節課內容，例如針對產匯流理論，可以利用相關軟件繪制思維導圖，可加深學生的理解，提高學生的邏輯思維能力（見圖2），設計年徑流和設計洪水計算內容存在一定的相似度，可以采用三層結構框圖[5]進行歸納總結，如圖3所示，幫助學生理解內容的異同，從而增加內容的對比性。

圖2 流域產匯流理論思維導圖

圖3 設計年徑流計算、設計洪水計算等框圖

對于不同的教學內容，采用的教學方法各有不同，主要有以下幾種方法。第一是PBL教學模式，即問題導向式的教學方法。第一步，拋出問題，即以特大洪水不做處理，設計洪峰流量將如何變化為例；第二步，學生分組進行軟件實踐操作，從而得出結論，由此可以看出，特大洪水的處理對于設計值推求乃至水利工程規模的確定具有重要作用，因此在工程管理中應保持科學嚴謹求實的態度。第二是案例教學法，比如關于長江三峽設計標準的若干爭議問題，以此為案例，引入本節課學習內容，即防洪標準、設計洪水的概念，教師講解后，學生分組用所學知識點去正確解釋這些爭議問題。除此之外，任務驅動式教學方法、討論教學法[6]等也是常用的教學方法，在此不做詳細介紹。

3 完善教學評價，實現持續改進

教學評價包括過程性評價和總結性評價，分別占40%和60%，過程性評價從課前、課中和課后分別進行，涉及學習全過程，課前主要根據學習預習情況進行評價，課中主要根據考勤、雨課堂答題情況和課堂討論等，課后主要是課后作業和課后討論的表現；各部分占比分別為考勤成績為10%，課堂表現為15%，平時作業為15%；總結性評價采用期末考試評價，從學生對知識的記憶、理解、應用及自我探索等方面進行考察。

為評價學生學習成果，根據學生過程性和總結性評價結果采用加權平均法計算學生成果達成度，學生自評則以調查問卷形式進行，兩種方法綜合評價，根據評價結果，了解學生達成度較差的教學內容，從而提出本次教學中存在的問題并提出改進措施，后續將在教學內容調整、教學過程組織等方面進行相應調整，以實現課程教學的持續改進。

4 結語

工程水文學以服務于水利工程建設管理為目標，強調以學生為中心，融合水文原理、方法和應用知識于一體，傳統與現代水文知識相輔相成，以期使該課程具有“高階性、創新性和挑戰度”，同時融入新時代水利精神，達到知識、能力和科學素養目標同向同行。本課程秉承OBE教育理念，重塑教學內容，從接軌水利發展需求和追蹤學術前沿等方面更新教學內容。結合團隊科研成果，完善課程案例庫，同時加強自我學習，提高教學設計與組織的能力。但課程教學改革是一個長期、持續改進、不斷發展的過程，如何將水利現代信息技術與傳統水文知識點進行有機融合，形成適合水利發展前沿的課程體系是本課程需要進一步解決的問題。另外，雖然課程通過工程案例和習題練習雙管齊下，激勵學生思考問題，但學生學習主動性依舊不高，課堂上如何提高學生的主動性也是需要進一步解決的問題。后續需要不斷學習探索，因材施教，更新教學內容，靈活運用多種教學方法，加強教學設計和組織，以全面提升教學質量。