水電站任務驅動和項目導向整合教學模式探索與實踐

王慧明 鄭永朋 芒來

內蒙古農業大學水利與土木建筑工程學院 內蒙古呼和浩特 010018

在以教師為中心的傳統教學中，教師發揮主導作用的同時往往忽視了學生認知主體地位的體現，而且教師越主導，學生就越被動[1]。基于知識點驅動的傳統課堂教學模式，教師單向講授，容易使學生感覺理論學習枯燥、內容抽象，難于消化和理解，學生處于被動地位，主動參與教學的意識淡薄，學習興趣不濃厚，學習效果不理想。課程設計環節，由于理論知識及靈活運用能力的不足，學生很難將所學知識融會貫通并應用于具體的工程規劃設計。

水電站是水利水電工程專業的核心課，內容涉及面廣，實踐性強，要求教師傳授和學生學習要善于理論結合實際。隨著課程改革的不斷深入，水電站課程的學時減少。與此同時，新理論、新技術、新工藝不斷涌現。在這種情況下，有機地組織教學并保證教學內容的相對完整和不斷更新，進一步提高學生的工程應用能力，就需要打破傳統的教學方法和教學模式，不斷轉變教學觀念，充分利用信息技術手段，更新教學內容，注重課程體系的優化和改革。

一、任務驅動教學法和項目教學法理論

建構主義理論是當前國內外主流教學和學習理論之一。由于能夠為教學設計理論提供新的研究方法和依據[2]，特別是與當前高校專業認證的OBE理念相吻合，建構主義理論正在被越來越多的教師在教學設計中采用，成為許多高校深化教學改革的理論依據之一。建構主義理論的核心可以概括為：以學生為中心，強調學生對知識的主動探索、主動發現和對所學知識的主動建構，而不是像傳統教學那樣，只是把知識從教師的講授傳送到學生的筆記本上[3]。

基于建構主義理論的任務驅動教學法和項目教學法作為契合學生的認識過程和認知規律的教育教學方法，逐漸被教育領域運用。這兩種教學法都是以探索問題來引發和維持學生的學習興趣和動機[4]，將課堂理論與實踐進行了完美的結合，通過教師的引導讓學生通過主動學習，將書本上抽象的理論變成實際的應用，充分體現學生的主體地位。

任務驅動教學法是探究式教學模式中最常用的一種教學方法。教師根據教學要求提出有實際意義的、符合學生認知水平的“任務”，以完成一個個具體的“任務”為線索，把教學內容隱含在每個“任務”之中。學生在教師的指導下提出解決問題的思路和方法，完成相應的“任務”[5]。當學生完成一個個任務后也就建構了所學的新知識。

項目教學法也稱為項目導向教學法，是在教師指導下，學生自主完成一個完整的實踐性項目而進行的教學活動[6]。項目教學不再以知識點為線索，而是以項目實施的過程作為核心，以成果為驅動，通過學生的自主行動，以團隊合作的方式，開展探索創新工作。在此過程中充分激發學生的主動性、發掘學生的創造性、增強學生的協作性。

任務驅動教學法與項目教學法各有利弊。任務驅動教學法適合進行新知識和新技能的學習，任務的設置靈活多樣，可以針對某個知識點，也可以遵循固有的知識結構關系綜合性較強的有一定難度的單元或模塊。項目教學法則要求打破固有的知識結構，綜合運用已經學過的知識、技能、工具和方法，解決未曾遇到過的新問題。將二者結合起來進行課程教學，恰好符合了學生的認知規律，能夠充分發揮學生自身的主觀能動性和社會性活動在知識建構中的作用，可以切實提高課堂教學效果，滿足課程教學目標的要求。

二、任務驅動和項目導向整合模式的基本思路

基于建構主義和混合式學習理論，以學生為中心，以結果為導向，遵循學生學習能力培養的基本規律，水電站課程任務驅動和項目教學法整合模式的體系結構分為三層：基于理論教學的基礎層面、基于模塊的提高層面和基于課程設計的拓展層面。基礎層面和提高層面采用任務驅動教學法，拓展層面采用項目教學法。充分利用多媒體、雨課堂、慕課平臺等教學資源和手段，以培養學生綜合能力為出發點，提高學生學習的積極性，通過理論與實踐一體化教學，實現做中學、學中做、教學做一體化。

(一)基層層面

將教學內容根據知識點分解成若干學習任務，教學以任務驅動展開。以具體實例作為先導，進而提出問題，分解并布置任務，引導學生分析和解決問題，完成任務。在相對較短的時間內，較為有效地將理論教學和實踐教學統一起來。

(二)提高層面

通過基礎層面，學生初步建構了課程所需的知識體系。為了熟練應用新知識，形成有機聯系的知識體系，將教學內容根據課程特點和教學需要分解成若干個模塊，每一個模塊之后，設計較為綜合的任務。通過工程實際的啟發將學到的知識點有機串聯起來，充分調動學生的主動性和積極性。

(三)拓展層面

這一層面通過課程設計，以項目教學法實施。經過基礎層面和提高層面，學生已基本具備中小型水電站設計所需的基本知識。在拓展層面，要求學生分組完成綜合性的項目，解決之前從未遇到過的問題，具有較強的開放性，需要學生自己克服和處理。通過項目的實施有助于充分發掘學生的探索創新能力，同時也能夠有效提高學生的團隊合作意識。

三、任務驅動和項目導向整合模式的構建與實施

根據水電站課程的特點，按照專業認證的基本要求，基于典型項目和學習任務的課堂教學模式，實現“教、學、做”一體化教學設計。該模式由“理論教學”“模塊綜合”“課程設計”三個環節組成。

(一)理論教學環節

基于OBE理念，以培養目標和畢業要求達成為目標，強調學生基礎理論、基本知識和基本技能的培養，水電站課程的教學大綱進行了修訂，增加了水電站計算機監控系統知識介紹、同步發電機的基本工作原理、構造和交流繞組基礎知識、水輪機轉輪進出口速度三角形的計算和繪制等內容，補充和完善了廠房采光、照明、通風、采暖、空氣調節、技術供水、排水系統等內容。

依據課程教學大綱，將知識點分為核心和拓展兩個類別。核心知識點側重課堂教學，重點是構建課程知識體系，抓好學生易于混淆的環節。核心知識點的應用則作為學習任務，以作業和在線測試的形式完成。拓展知識點全部作為學習任務，需要學生自學教材、查閱相關文獻及書籍獨立完成，通過作業、自學筆記和在線測試考核學習效果。例如，在水輪機類型、構造及工作原理部分，完成混流式水輪機的結構和工作原理部分核心知識教學后，布置水輪機轉輪進出口速度三角形和水輪機基本方程計算題。自學混流式水輪機轉輪的止漏裝置、減壓裝置和補氣裝置拓展知識點并提交學習筆記和作業，完成在線測試以檢驗學習效果。水電站廠房輪廓尺寸部分，在講解完廠房長度、寬度和高度的確定方法核心知識點之后，作為學習任務在給定水輪機尺寸、蝸殼以及尾水管的型號和尺寸的情況下，初步擬定廠房的尺寸，以作業的形式完成。在講解完主廠房設備布置與設計部分之后，布置拓展知識點學習任務，完成一個廠房的采光、照明、通風、采暖和空調設計，教師指定學習資料，學生完成自學筆記、大作業和在線測試。

(二)模塊綜合環節

將水電站課程分為水輪機選型、發電機和輔助設備、廠房與輸水系統三大模塊，每一個模塊設置單元任務或開放型任務，以單元測驗、大作業或實驗報告的形式完成。

1.水輪機選型模塊

本模塊綜合了水輪機類型和構造、蝸殼和尾水管、水輪機的特性及選型三個子模塊。子模塊的學習任務分別對應水輪機模型認識實驗、蝸殼單線圖的繪制和混流式水輪機模型效率實驗，要求分組和獨立完成兩個實驗報告和一個大作業。混流式水輪機模型效率實驗需要學生小組協作完成，6～7人一組分組討論確定開度值系列，每位學生至少測量一個導葉開度下的數據，測定模型水輪機在各種工況下的運行效率，實驗完成后每位學生需根據本組所有開度下的數據繪制等開度線和等效率曲線，提交符合要求的實驗報告。

2.發電機和輔助設備模塊

本模塊涉及發電機、勵磁系統、主閥、調速系統、油氣水系統、技術供水系統、排水系統等，內容繁多，但教材講解偏于簡單。在理論教學環節拓展知識點學習任務布設要考慮任務的可操作性，補充資料，拓展相關知識，在此基礎上布置主要附屬設備選擇和雙層繞組展開圖繪制作業，配合水電站模型認識實驗報告完成學習任務，以提高知識的綜合應用能力，培養學生的系統性思維和創新設計能力。

3.廠房與輸水系統模塊

本模塊包括引水式地面廠房布置設計和調壓室兩個子模塊。廠房布置設計要完成臥式機組主廠房尺寸擬定和平、剖面圖的繪制作業和水電站廠房模型認識實驗報告。調壓室子模塊的學習任務以調壓室實驗報告的形式完成，學生分組討論確定管路組合狀態，分工協作，使用計算機系統完成每種組合的動態數據采集，分析調壓室結構、管道特性、負荷變化方式等因素對調壓室動態水力特性的影響，每位學生提交符合要求的實驗報告。

(三)課程設計環節

課程設計選擇能夠涵蓋教學大綱主要知識點的實際工程項目，采用項目教學法。有時項目教學法達不到預期的效果，其根本原因歸結于未能發揮團隊的協作精神，團隊的任務分工和管理不到位[7]。可以說，團隊協作是項目教學法的基礎和前提。教師要做好分組工作，根據學生的學習能力和性格特點，按照“組間同質、組內異質，優勢互補”的原則，將全班分組，每組4～5人，進行強弱有效組合和任務分工，賦予小組足夠的權責，充分發揮小組中每個成員的作用。為此在總成績中小組評分要占一定比例，各小組要綜合考慮小組成員在本設計中完成任務的多少和貢獻度自行評定成績，真正做到成績考核貫穿于整個設計過程。各小組完成設計任務后，學生對所學的知識點和完成的項目任務進行總結，以組為單位匯總項目設計成果，組內人員自我評價、組內互評，按小組提交設計成果，教師對各小組的設計成果進行綜合評價和考核，必要時可以開展組間互評。

結語

任務驅動和項目導向整合教學模式分基礎層面、提高層面和拓展層面，從“理論教學”“模塊綜合”“課程設計”三個環節，實現“教、學、做”一體化教學設計。基礎層面和提高層面采用任務驅動教學法，拓展層面采用項目教學法，探索基于典型項目和工作任務的教學模式，充分發揮學生的主觀能動性和團隊協作精神，著力提高學生知識綜合應用能力、系統性思維和創新設計能力。

在2018級水電站課程教學中應用任務驅動和項目導向整合模式，取得了良好的教學效果，有效解決了課時少與學習內容多之間的矛盾，拓展了學生學習的深度與廣度，調動了學生的學習積極性和主動性，學習效果得到了明顯的提升。與前兩年的傳統教學模式相比較，課程平均成績分別提高了2.5分和11.0分，課程設計平均成績分別提高了1.9分和5.3分，這也進一步說明了改革課程教學模式的必要性和可行性。