基于OBE理念的地下水动力学课程教学改革研究

基金项目：山西省高等学校教学改革创新项目“基于OBE理念的‘地下水动力学’课程思政教学体系建设与实践路径探索”（J20221282）

作者简介：徐树媛（1981-），女，汉族，安徽六安人，博士，副教授。研究方向为地下水资源与环境。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.12.035

摘  要：根据新工科背景下应用型人才培养定位与能源类应用型本科高校培养目标要求，针对地下水动力学课程在传统教学过程中存在的教学内容过于理论化、学生被动接受知识、缺乏互动及教学成果不佳等问题，基于OBE教育理念，结合课程特点，从教学目标、教学内容、教学模式、教学手段和评价体系等方面进行地下水动力学课程的教学改革研究与实践路径探索，以期提高教学质量，培养满足企业需要的技术人才，为应用型高校地下水科学与工程专业课程的基础教学探索新模式。

关键词：地下水动力学；OBE理念；教学改革；培养目标；教学模式；教学手段；评价体系

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）12-0146-04

Abstract： Under the background of New Engineering， this paper investigates the problems in the traditional teaching process of the course of Groundwater Hydrodynamics， such as overly theoretical content， passive knowledge acceptance by students， lack of interaction， and unsatisfactory teaching outcomes. Drawing on the Outcome-Based Education （OBE） concept， we explore a new model for teaching reform in this course. The study focuses on setting clear learning objectives， revising teaching content， adopting innovative teaching models， employing diverse teaching methods， and establishing a comprehensive evaluation system. By implementing these reforms， the aim is to enhance the teaching quality， foster technical talents that meet industry needs， and contribute to the development of groundwater science and engineering programs at applied undergraduate institutions.

Keywords： Groundwater Hydrodynamics; OBE concept; curriculum reform; training objectives; teaching model; teaching methods; evaluation system

当前，应用型本科高校面临生源结构多样化、生源质量差异大[1]等问题，传统的教育理念与培养模式与当前新工科背景下应用型人才培养定位已不相适应。因此，应用型高校迫切需要对传统的教育理念和教学方法进行革新，教学过程应以应用性为导向，培养学生的综合实践能力，服务经济社会发展目标。OBE是一种教育哲学思想，是以学习者为中心、成果导向、持续改进三个要素的合成，是一种专业教育体系化理念与行动框架的综合体[2]，其理念诉求与新工科背景下工程专业培养目标一致，现已成为当前我国高等工程教育发展与改革实践的主流理念[3]。

地下水动力学是面向地下水科学与工程、水文与水资源工程、地质工程、生态科学与工程、岩土工程和环境工程等工科专业学生开设的一门专业基础课，研究对象为地下水资源。该课程内容丰富、涉及基础知识面宽、应用领域广，涵盖水环境、水生态、水工程、水安全、水污染、水管理和水经济等众多领域，旨在培养学生应用地下水基本理论知识解决工程实际问题的能力，理论性与实践性都很强。因此，该课程非常适合使用OBE理念进行教学设计，帮助学生更有效地学习和掌握课程内容，强化学生分析和解决现实地下水流问题的能力。本文立足能源类应用型本科院校的教学目标与人才培养目标[4]，基于OBE教育理念，结合山西省区域实际，尝试对地下水动力学课程进行教学改革研究与实践路径探索。

一  地下水动力学课程特点

地下水动力学课程的研究对象是岩石空隙中的地下水，研究内容是地下水运动规律及其与地球表面和地质环境的相互作用关系，主要包括地下水的分布与流动特征、物理化学性质、开发利用和环境保护等内容，涉及土壤力学、流体力学、物理学、化学、数学和水文地质学等多个学科的知识，具有多学科交叉与融贯的特征。课程知识点抽象，数学公式多，学生缺乏直观思维。另外，地下水动力学课程要求学生具备扎实的理化基础、较宽广的知识视野和较高的综合运用能力，是一门强调理论联系实际，实践性和技术性都非常强的课程，课程的开设旨在培养学生的专业素养和综合应用能力，使其能够在未来的就业和职业发展中发挥作用。

二  地下水动力学传统教学的现存问题

（一）  培养目标不明确

传统教学中，培养目标要求学生掌握地下水流基本概念与基本理论，强调水文地质概念模型和数学模型的建立与计算，而忽略了对学生数学思维向工程思维转化的培养；重点要求学生能够根据野外抽水试验资料求解区域水文地质参数，而忽视了抽水试验报告编写与工程总结汇报，以及工程应用能力的培养；注重学生结合专业知识分析解决水文地质问题等技术能力的培养，但忽视了学生创新能力、团队协作能力、工程项目管理能力以及综合实践能力的培养。这样会影响学生构建完整的工科专业知识体系脉络，也很难保证他们能够灵活应用所学知识理论指导日后项目实践，造成毕业生难以满足企业需要。

（二）  教学内容不具象

地下水动力学课程的教学内容公式推导多、数理性极强[5-6]。例如，渗流理论中引入典型体元时用到的极限理论，渗透系数的张量表达，梯度理论，模型建立与求解过程中采用的近似计算以及求导和积分计算，以及井函数、贝塞尔函数、双曲函数和流量函数等特殊函数，最小二乘法，傅里叶变换与Hankel变换等积分变化，坐标变换，叠加原理与镜像法，坐标平移原理，溶质迁移扩散理论等知识都有直接应用。但在应用型本科人才的培养过程中，这些理化知识多数超出了现有工科数学范围；另一方面，传统教学中以知识点表述与重要公式推导为主，教学内容过于抽象，学生缺乏感性认识，学习兴趣不高。

（三）  教学模式不合理

传统教学中，教学模式多采用教师为主的灌输式课堂教学，没有针对学生的个体差异与需求进行教学，因此无法满足所有学生的需求。授课形式以理论课程面授为主，实践操作验证为辅，重视理论知识的传授，而忽视了学生实践技能的培养，导致教学过程不能有效地传递知识，无法激励学生积极参与，从而影响教学效果。另外，传统的地下水动力学教学模式过度依赖于教材与文字资料，缺乏有效的技术支持，使得学生无法充分利用数字化工具和网络资源。灌输式教学无法支持学生之间的有效互动和协作，不利于培养学生的合作精神和团队协作能力。传统的教学模式在许多方面已无法满足新时代本科人才的要求。

（四）  教学手段不丰富

传统教学以教师、教材、课堂为中心，教学活动单一，教学手段多采用教师口头传授、文字板书、电化教学与实验指导相结合的方式。在整个“教”与“学”的持续过程中，学生往往处于被动接受的状态，学习兴趣不高。由于地下水动力学课程中的概念与知识点较为抽象，学生缺乏感性认识，思维受到局限，学习过程中主体性作用得不到充分发挥，最终造成学生理解困难，不能很好地掌握课程应用基础和实践技能，并且创新意识薄弱，缺乏工程思维，难以具备高效、系统化解决现实工程技术问题的能力。新工科背景下，应用型本科人才培养目标变得更加多元化，传统的教学手段显然无法满足工程应用型人才的要求。

（五）  评价体系不完善

传统教学对教学质量的考核评价包括教师考核与学生学习效果考核。教师的考核侧重于教学方案设计、教学方法应用与教学资源建设等方面。但对学生学习效果的考核评价方式则较为单一，仅靠占比大的期末卷面成绩结合小比例的平时表现得分决定学生是否通过课程考核，这种考核方式往往造成学生过于关注考试成绩，将学习精力集中在知识点记忆与刷题上，而忽略了实际项目中工程思维和解决问题能力的培养。他们往往只能应对已知的题目类型，缺乏灵活性与创新精神，难以解决复杂或者新颖的问题。传统教学缺乏全面、客观的教学评价体系，无法全面反映工科学生的综合能力。

三  基于OBE理念的地下水动力学课程改革策略

围绕新工科和应用型人才培养目标的总要求，针对地下水动力学课程特点与目前传统教学存在的不足，应用OBE教育理念，对该课程进行教学改革研究与实践路径探索。OBE理念强调以学习产出为导向，因此地下水动力学教学目标和评价标准都应围绕着学生的最终学习成果进行设定。教学过程首先需要清晰地描述学习成果，而后充分考虑学生个体的多样性与差异性，利用多元化的教学方法与教学策略帮助学生取得学习成果，并在整个教学与培养过程中，对学生的学习成果进行持续的、客观的衡量与评估，使学生在获得专业知识、工程技术与综合能力的基础上，可运用高阶思维与工程思维解决工程实际问题，达成培养目标。

（一）  基于OBE理念制定教学目标

基于OBE成果导向教育理念，地下水动力学教学目标的设定应围绕着学生的最终学习成果进行。地下水动力学对工程教育专业认证毕业生能力的支撑应体现在“具有扎实专业知识和实践技能的应用型人才”上，即通过渗流理论基础的学习，拓宽学生专业知识面，结合实习实验与工程实践，培养毕业生分析问题和解决问题、实践操作和实际应用的能力，树立工程思维和创新意识，提高专业素养。因此，地下水动力学课程教学目标和教学任务的制定就不能单纯地列举知识点学习，而是要结合校级人才培养目标[7]，以解决现实工程技术问题为目标要求，从支撑毕业生能力要求、满足区域经济和社会需求的角度出发，即：通过课程的学习，使学生不仅能够系统掌握地下水流运动的基本理论，还要具备工程思维、思辨精神，以及深入学习和综合实践的能力，能够运用现代技术手段和计算机知识，分析和解决实际水文地质问题；具有宏观战略思想，能够应用工程项目管理理念进行项目设计与实施。

（二）  基于OBE理念优化教学内容

地下水动力学课程主要支撑的毕业要求中“具备工程思维、思辨精神，分析和解决实际水文地质问题”是当前毕业生很难达到的。因此，课程的教学内容需要进行相应的优化改革，以确保学生能够获得期望的学习成果。针对学生的现有知识背景，以及前期水力学、土力学与水文地质学基础等课程内容的掌握程度，构建与其知识结构特征、接受能力相适应并具有挑战性、实践性的教学内容体系。根据循序渐进的原则，将整体课程分为前期基础能力培养和后期综合素质提高两部分。具体为：前期课程以渗流理论基础和水流运动基本定律为主要内容，教学过程中可安排学科发展与前沿动态介绍，加强教学内容与时下热点问题的关联，增加生动具象的辅助资料，激发学生学习兴趣，提高学生认知内驱力。后期课程以区域地下水流问题、井流问题和溶质、热量运移问题等基础理论的应用为主要内容，其中大量篇幅为微分方程的求解，教学过程中可减少求解定降深井流、有越流补给完整井流、潜水完整井流等复杂模型解析解的推导过程，增加工程项目实施案例，如盐碱地灌溉排水工程设计与库坝区渗漏问题（区域地下水流问题）、煤矿坑涌水量的计算与预测（井流问题）、填埋场污染物的迁移与地热能开发利用中的热量运移（溶质与热量运移问题）及水资源评价与水源地建设（综合类问题）等，给出工程条件，引导学生参与，增强学生参与互动性。此外，工程技术领域的快速发展伴随着新技术、新工具和新方法的不断涌现，教学过程中还应及时跟进这些变化，更新课程内容，增强学生的就业竞争力。