基于OBE理念的水電站在線開放課程建設與教學研究

基金項目：湖南省高等學校教學改革研究課題“水利類專業核心課程全媒體交互式云教材開發與應用研究”（HNJG-20230365）

作者簡介：張登祥（1971-），男，漢族，湖南長沙人，工學博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為水工結構設計理論。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.22.021

摘 要：以OBE理念為指導，以成果為導向，以學生為中心，采用逆向設計、正向實施的方法，開展水電站課程在線開放課程建設理論與實踐探索。根據水電站課程復雜性、實踐性強的特點，提出線上與線下融合、課內知識與課外拓展融合、過程性評價與結果性評價相融合，構建“三融合”新型教學模式，并針對在線開放課程的建設與發展提出具體的實施方案。

關鍵詞：OBE理念；水電站課程；在線開放；課程建設；教學模式

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）22-0088-05

Abstract： Based on the OBE concept as guidance， the results-oriented， student-centered principle， adopting reverse design and positive implementation methods， this paper explores the theory and practice of constructing an online open course for the course Hydropower Station. Based on the complexity and strong practicality of the course Hydropower Station， a new teaching model of "three integrations" is proposed， which integrates online and offline， in class knowledge and extracurricular expansion， process evaluation and outcome evaluation. Specific implementation plans are proposed for the construction and development of online open courses.

Keywords： OBE concept; Hydropower Station; online open courses; course construction; teaching model

水電站課程是水利水電工程專業的核心課程，以其復雜性、實踐性強為特點，對畢業要求和培養目標的達成具有重要影響。目前，該課程教學中存在如下突出問題[1-2]：①教學模式不合理。教學模式偏重于傳統課堂教學，以教師為中心的傳統課堂教學忽視了學生的主體地位，學生的學習積極性得不到充分調動，教學目標和要求難以實現。②理論與實踐脫節。水電站課程以綜合性和實踐性強為特色，傳統教學模式對學生動手能力和創新能力的培養不利。③評估制度不合理。傳統的考核評價辦法主要是結果評價，考核方式重結果、輕過程，學生的綜合表現不能體現在教學過程中。因此，引進先進的教學理念，使教學內容和教學活動的設計符合社會需求和課程目標要求，注重學生素質和能力的培養，尤其對提高學生的思維和創新能力，以及針對當前水電站課程教學中存在的問題，具有十分重要的意義。

近年來，互聯網技術對教育的影響越來越明顯。國務院于2015年出臺的《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》指出，要順應世界“互聯網+”的發展潮流，促進網絡課程資源共享，推動作為課程與教學新模式的 MOOC、SPOC 等在線學習模式的推廣。在線開放課程以其資源豐富、學習自由、傳播面廣等優勢迅速流行，并促使教育觀念更新、教學內容優化、教學方式變革[3-4]。

在線課程的課程資源的構建與教學目標的實現非常關鍵，如何開發優質系統的在線開放課程資源，如何打造適合學習者發展需求的在線開放課程，構建全新的在線開放課程教學模式等，都成為了目前急需破解的難題。基于此，本研究立足專業培養目標，引入OBE理念（Outcome-Based Education，簡稱OBE），構建在線開放課程資源結構模型及教學新模式，以期為在線開放課程的建設、推廣及實踐教學提供參考。

一 基于OBE理念的在線開放課程構建

（一） OBE理念

成果導向教育是1981年由William Spady率先提出的，OBE是指以預期學習成果為中心來組織、實施、評價教學的過程，OBE強調教育是能力培養的過程，是全球高等教育的發展趨勢。2016年中國加入《華盛頓協議》成為簽約成員，中國工程教育認證國際化之路由此開啟，OBE也成為中國工程教育改革的主要方向。以成果為導向、以學生為中心，已成為中國工科教育的核心思想。

OBE理念的關鍵在于以學生的學習成果為導向，從學校-院系-專業-課程多層次制定教學目標?；贠BE理念，采用“反向思維”進行教學設計，以達到教學目標。Acharya[5]提出了實施OBE的四個步驟：定義學習成果（Defining），實現學習成果（Realizing），評價學習成果（Assessing）和使用學習成果（Using）。

OBE理念對在線開放課程的建設具有啟發作用，在線開放課程的目標、內容、資源、服務和評價等都因OBE理念的引入而發生了顯著的變化。要根據預期結果，對在線開放課程的內容、結構、資源設計等方面進行反向動態調整。

（二） 教學資源結構模型構建

“互聯網+”的主要特征是資源重構、尊重個性、開放融合和萬物互聯，這為基于OBE理念構建的在線開放式課程資源架構模型指明了方向。該模型具體包括：定義學習成果，實現學習成果，評價學習成果和使用學習成果四個環節[4]。

1 定義學習成果

OBE教育理念的核心——保證所有學生都能獲得相應的學習成果，獲得未來成功所必需的能力。因此，定義具體的成果產出目標是OBE思想的關鍵。

水電站課程的任務是使學生能夠綜合運用所學的基本專業理論和知識，并通過實踐性教學環節的訓練，培養學生分析和解決實際問題的能力，使學生能夠綜合運用所學的專業基礎理論和基本知識，獲得水電站樞紐工程的基本理論、基本知識和基本技能。定義水電站課程學習成果有5個課程目標：課程目標1為掌握水輪機的工作原理、性能、構造及選擇方法；課程目標2為掌握水電站建筑物的功能、結構型式、荷載及結構計算等設計的基本理論、方法、技能；課程目標3為能運用水輪機的原理與知識進行水輪機選型，能分析與判斷水輪機在運行中出現的問題，并獲得有效結論；課程目標4為能運用水電站建筑物的設計理論、方法及技能并考慮社會、健康、安全、法律、文化及環境等因素進行水電站樞紐的規劃與設計；課程目標5為能運用數學及力學知識識別與判斷水電站建筑物在設計與運行過程中出現的復雜工程問題，并能進行相關研究。

工程認證對專業的畢業要求的標準：明確、公開及可量化，各專業核心課程的課程目標能滿足工程認證標準且能在培養目標的實現過程中為畢業要求提供支撐。水電站課程作為專業核心課程，課程目標與畢業要求關系見表1。

2 實現學習成果

實現學習成果是指根據學習成果反向設計生成課程資源。社會的發展對人才能力要求不斷變化，課程資源的生成與教學模式必須與時代接軌。課程建設需要對學校、企業進行調研，與多領域專家進行討論、溝通，先定義學習成果，再以學生為中心，以學習成果為目標，反向設計并重構課程資源，關注學習者在學習過程中的目標達成。在線開放課程的課程學習資源主要包括四個部分內容，具體見表2。

表2 在線開放課程學習資源列表

3 評價學習成果

評價學習成果，是指利用測評信息，對學習者的學習效果進行形成性評價。在線公開課程可進行包括系統自動測評、學員自評、互評和助教測評在內的多科目、多方式的測評。

4 使用學習成果

使用學習成果是指學生在學習和實踐中運用學習成果的過程。該過程既能檢驗學習成果，也能促進課程設計的優化。

以OBE理念為基礎的在線開放課程設計框架如圖1所示。

圖1 基于OBE理念的在線開放課程設計框架

（三） 基于OBE理念的“三融合”教學模式

面對“互聯網+”給課程建設與教學模式帶來的影響，新型教學模式層出不窮，比如創客教學模式、混合式教學模式、課堂教學模式及探究式教學模式等[6-7]。創客教學是將教育與創客文化結合起來，在學生個人興趣的基礎上，以項目學習方式、利用數字技術培養學生的解決復雜工程問題能力、團隊精神和創新性；混合式教學模式有利于將傳統課堂和在線學習的優勢結合起來，充分發揮教師在教學過程中引導、啟發、監督的主導作用，而且強化了學生作為學習過程主體的主動性、積極性、創造性，從OBE教育理念角度上更能實現以學生為中心的基本原理[8]。這種教學模式強調學生在學習過程中的主體地位，它不再是為了單一的知識傳授，學生可以根據自己的學習能力與時間安排進行個性化學習，并積極與老師在線上進行討論和交流。教師可以根據學生的特點因材施教，實現差異化教學。課堂以學生為主體，學生在與老師和同學的互動與實踐中完成學習任務；智慧課堂模式是利用“互聯網+”技術和大數據，將傳統課堂改造成智能化的教學環境。讓學生通過互聯網與移動終端學習并創建教學模式，實現課前掌握基本原理，課中討論復雜問題，課后自我完善與提高。智慧課堂與傳統課堂相比具有以下特征：第一，教學資源數據化。依托云課堂幫助教師獲得教學資源數據。第二，教學內容個性化。教師除了可以上傳教學內容外，還可以上傳課程實訓任務、課外拓展學習材料等內容。學生可以根據自身興趣愛好和能力完成學習內容，教師可以根據學生上傳的學習數據掌握學生的學習情況，更好地實施個性化教學。第三，教學過程高效化。采用智慧課堂教學，老師和學生在教與學的過程中可以進行合作與交流，激發學生的學習興趣，提高學習的積極性及學習效率。探究式教學是將一些課程的內容轉化為不同的問題、項目或設計，旨在提高學生的自主學習和探究能力，使學生在探究問題的過程中能夠自主學習，激發興趣，提高熱情和潛能，提高自主學習和創新能力。

綜上所述，各主要教學模式在表述上雖然有差異，但在具體操作上互相融合，如智慧課堂的特征是教學資源數據化、教學內容個性化及教學過程高效化，這些特征與混合式教學模式的特征是一致的。創客教學模式與探究式教學模式的目標是培養學生的創新能力及探究式能力，這也是混合式教學與智慧課堂教學的共同目標。因此，將各教學模式嚴格區分開是沒有意義的，在“互聯網+”時代，發揮“互聯網+”技術優勢將教學資源數據化，實現教學手段的多樣化、師生交流的便利化、教學管理的規范化，將學生的學真正作為教學的核心來看待，重返學生主體地位是各教學模式的共同目標。水電站課程具有復雜性、實踐性強的特點，發揮各教學模式的綜合優勢，將線上（慕課、SPOC、微課）與線下（翻轉課堂+項目化教學+案例教學）融合，課內知識與課外拓展融合，過程性評價與結果性評價相融合，構建“三融合”新型教學模式。新型教學模式具有如下特征。

課程內容碎片化：將課程若干個知識點，每個知識點錄制微視頻、建設試題庫，補充相關工程項目的視頻、論文等拓展資料。

學習時間的自由化：解決移動環境下“學生隨時隨地學習”“教師隨時隨地引導學生學習”的瓶頸技術，實現學習時空跨邊界，成為“處處能學、時時可學”的學習新形態。

教學手段的多樣化：重塑教學結構，采用線上、線下的O2O（Online To Offline）結合。教師從課堂授課，站在講臺前講課，轉變為“導學”“診學”“助學”。實現了“互聯網+”背景下教學手段的多樣化。

師生交流的便利化：充分利用社交媒體的作用，通過手機APP、微信公眾號、課程QQ群推送微視頻，創建課程論壇及聊天室，實現每問必答，每貼必回，實現教師與學生溝通的便利化，讓學生積極參與到課程的構建中來。

教學效果的數據化：解決“課程一考定終身”的頑疾，對學生學習過程、學習行為生成的大數據進行分析，評估學生學習，發現潛在問題并提供指導。

教學過程管理的規范化：通過在線課程平臺記錄學習過程，形成的大數據既能評估學生的學習行為及學習效果，也能實現教學過程管理的規范化。

二 “三融合”新型教學模式的實施

（一） 線上與線下融合

傳統課堂教學以教師講授為主，而基于OBE教學理念的“三融合”新型教學模式以成果為導向，強調師生共同參與，教與學的中心地位發生轉變，將學生的“學”真正作為教學的核心。線上與線下融合教學實施過程分為兩步[9-10]。

第一步，線上學習。老師課前在網絡平臺上發布學習任務單，提出引發學生思考的問題，指明需要完成的任務。學生在學習任務單的引領下，通過MOOC、SPOC和微課三種教學形式以自主學習的方式完成學習任務。學生可以分成幾個小組，有疑問時先在小組內進行討論或者通過平臺討論區及課程QQ等進行公開討論。

第二步，線下學習。根據課程中不同的教學目標和教學內容，線下學習主要采用以下三種方法：①翻轉課堂。學生通過線上學習，在出現問題時可以先內部討論，提出疑問。教師通過關注學生討論區進行“診學”，發現學生在學習中存在的問題。在線下課內討論階段，老師把“診學”中發現的問題告訴學生，并分析問題產生的原因，有針對性地重點講解；學生可以將學習過程中的困惑、在解決問題中產生的思考及對課程建設的一些建議帶到課堂上，通過與老師及同學間的交流、討論實現知識的掌握與提高；教師通過課堂教學情況掌握學生學習效果，發現并提出新的問題，教學相長，實現課程建設的持續改進及教學模式的完善。翻轉課堂既培養了學生的自主學習能力，還可以節省對基礎知識的講解時間，便于深入學習和解決疑難問題。②項目化教學。項目化教學是針對學生畢業要求中培養學生的研究能力、運用數學及力學知識解決復雜工程問題的教學目標設計的，通過教學項目，將理論和實踐相結合，以達到實踐能力和研究創新能力的要求。如調壓室的波動及穩定計算，通過具體的工程項目的手算和電算設計訓練，將理論知識應用到實際工程中去，培養學生的創新能力，激發學生的積極性及創造性。③案例教學。案例教學是針對學生畢業要求中培養學生的設計/開發解決方案能力，能夠運用專業知識并考慮多因素進行相關水利水電工程項目規劃與設計，可以檢驗學生學習的效果，也可以培養學生的知識運用能力和解決問題能力。工程設計方案優化比選沒有標準答案，但卻蘊含解決問題的科學合理的思維和邏輯。教師在課前根據課程內容所涉及的理論知識選擇特定案例，指導學生提前查閱資料并給出優選方案。課堂上針對案例組織學生開展討論或爭論，不斷啟發和引導學生思考，讓學生明確案例中需要解決的問題、需要運用的知識或技能，以及有效解決問題的途徑。如水輪機選型，以一個典型工程的水輪機選型方案比選為案例，學生可以通過案例提供的各種信息，結合所學知識和自身經驗，闡明自己或小組的觀點，培養學生設計/開發解決方案的能力。

（二） 課內知識與課外拓展融合

在課堂學習之外，教師要鼓勵和指導學生進行課外拓展。首先，教師在網絡教學平臺上傳知識拓展材料（如視頻、論文、新聞等），提出引導性問題。鼓勵學生跟蹤學科發展的前沿技術，將所學知識運用到對問題的分析上。對于熱點技術問題，可以采用線上或線下“專題討論”的方式進行，這樣既提高了學生的參與意識，增強了學生學習的主動性和積極性，又提高了學生解決實際問題的能力。其次，教師鼓勵學生參加學科創新活動及研究性的學術會議。創新精神和創新能力的培養是現代教育的發展方向，各類創新競賽等創新活動對提升大學生專業創新能力具有重要意義。專業教師在傳授課內知識的同時要積極為學生提供專業指導，鼓勵學生參加科技創新活動。學生通過積極參與創新創業活動及研究性的學術會議，不僅可以更好地理解所學專業知識，培養研究興趣，激發創新意識，而且還能學會獨立思考，培養獨立解決問題的能力。

（三） 過程性評價與結果性評價相融合

良好的課程評價體系的建立，在給教師教學效果提供參考的同時，也能調動學生參與學習的主動性，檢驗學生學習成果的達成程度。在線課程借助“互聯網+”平臺開展教學，對學習過程產生了大數據。教師對網絡學習行為數據進行全程記錄和分析，挖掘隱藏在數據之間的相互關系，引導網絡學習評價從經驗主義向數據主義發展，創造了過程評價與結果評價相互融合的條件，教師對網絡學習行為數據進行了全程記錄和分析。

因此，應圍繞學習成果（培養目標）建立評價體系，對學生從知識、能力、態度等多層面、全方位、全過程進行考察。過程性評價包括在線學習、課堂表現、課后拓展等。其中在線學習成績占20％，通過在線學習行為數據，包括線上學習時間、在線討論發帖數量、單元測試和平時作業等考察學生的學習態度、學習熱情，根據實際表現給分；課堂表現成績占10％，包括學生出勤情況、隨堂測驗、課堂參與程度等，根據課堂表現給分；課外拓展成績占10％，包括小組學習、科研論文等，教師根據實際情況給分。結果性評價是指課程的結課考試成績，占60%。

過程性評價與結果性評價相結合，使課程的考核機制更加完善，考核結果更合理。

三 結束語

根據“互聯網+”時代社會對人才的要求，以OBE理念為指導，以成果為導向和以學生為中心，采用反向設計、正向實施的方法對水電站課程進行教學改革。本文根據水電站課程綜合性、實踐性強的特點，提出線上（慕課、SPOC、微課）與線下（翻轉課堂+項目化教學+案例教學）融合，課內知識與課外拓展融合，過程性評價與結果性評價相融合，構建“三融合”新型教學模式，并提出了具體的實施方案，為建設和發展在線開放課程提供參考。

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