新工科视域下以OBE为导向的泵与泵站虚拟课程建设研究

摘  要：泵与泵站是给排水科学与工程专业的主干课程之一，在给排水工程师的培养方面有着举足轻重的作用。但当前该课程在教学过程中存在的一些共性短板影响着学生的高质量培养，尤其是在实践环节最为突出。对此，该文以OBE理念为导向，结合教师授课、学生学习以及行业发展需求对教学过程进行反向设计，分别从混合教学模式、人才培养体系以及多维评价方式三方面提出泵与泵站课程体系与教学方法的改革措施，形成理论与实践相互促进的一体化新教学模式，以期提高该课程的教学效果，并为国家培养给排水工程师的新模式做出探索。

关键词：泵与泵站；实践能力；教学改革；人才培养；OBE

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）18-0097-04

Abstract： Pump and Pump Station is one of the main courses in the field of water supply and drainage science and engineering. This course plays a crucial role in the training of water supply and drainage engineers. However， there are some common shortcomings in the current teaching process that adverse to the high-quality cultivation of students， especially in the practical part. In this regard， this article takes the OBE concept as the guidance， combines teachers' teaching， students learning， and industry development needs to reverse design the teaching process. The proposes reforms for the curriculum system and teaching methods of Pump and Pump Station are performed from the following three aspects： blended teaching mode， talent cultivation system， and multi-dimensional evaluation method. The formed new teaching mode promote theory and practice of this course as well as improve the teaching effectiveness. Also， it will explore a new models for cultivating water supply and drainage engineers for the country.

Keywords： Pumps and Pumping Stations; practical ability; teaching reform; personnel cultivation; OBE

泵与泵站是给排水科学与工程专业的主干课程之一[1]，旨在培养学生设计、安装、运行管理水泵/泵站，解决现实中复杂工程问题的能力，对学生未来从事相关行业的工作以及成为给排水工程师有非常重要的意义。课程的教学内容按特点主要分为三大部分：一是给排水工程中常用水泵的基本理论、基本构造和基本计算方法，具有较强的理论性；二是泵站运行中泵的串联、并联、定速、调速、运行工况的调节，极具理论性和实践性相结合的特点；三是在实际条件下，如何正确地进行水泵机组选型和泵站的工艺设计，并能对与之相配套的土建、机电专业提出相应的技术要求，此部分内容难度相对较大，实践性强[2-3]。如何在课程教学中兼顾理论性与实践性的不同特征，使学生的习得感最大化，是课程一直以来面临的困境和挑战。

一  基于OBE教育理念的课程教学反思

OBE（Outcome-Based Education，OBE）教育理念以成果为目标导向，从学生、社会多重角度定位学习成果，逆向设计课程体系，符合中国工程教育专业认证标准的需求，为培养专业素质过硬、满足社会需要的高质量给排水人才提供了保障[4-6]，是泵与泵站课程突破瓶颈的有力抓点。

基于OBE教育理念，课程组重新检视该课程的实际教学过程，对课程的整体设计及实施进行了反思，共总结出以下主要问题：①理论授课过程中，枯燥的机械设备和复杂的泵机组结构图让学生的学习状态高度紧张，课程氛围沉闷。学生对水泵的内部构造理解程度浅，学习效果较差，学习积极性受到压制；②由于课程的综合性和复杂性，很多知识点单纯依靠语言和文字难以表述清楚，教师准备的静态、动态图片及简短视频在代入感和直观性方面仍有很大不足，难以满足学生的学习需求；③课程设计中的数据比较单一，与实际的工程需要脱节[7]。相应的课程设计走向模式化、僵硬化，缺乏创新性；④由于实验教学资源和时间的限制，学生不能做到“人人动手”，影响了学生对理论知识的巩固理解及动手能力的提高。同时，现有的实践环节主要是验证性为主，缺少自主创新，学生对于实践结果与理论知识、工程实际及其他学科的交叉互融性等不甚了解，不利于知识的掌握以及创新思维和实践能力的培养[8-9]。

以上主要问题出现的原因是教师在进行课程定位及设计时，多从教师角度考虑课程应达到的目的，并以此为线索设计教学过程，并未充分调查学生角度的需求和期待。即此前泵与泵站的课程设计与实施陷入了“以教师为中心”窠臼，要想对课程教学质量做出实质的改善，切实提高人才培养质量，还需从科学定位教学目标、学习成果，合理设计教学实施过程入手，真正做到“以学生为中心”。

二  以OBE教育为指导的课程设计

课题组在教学反思的基础上，以OBE理念为导向，全方位打造泵与泵站的课程设计，主要完成了定位学习成果、完善课程体系两项工作。

（一）  以OBE理念为导向，准确定位学习成果

在OBE教育理念中，明确学习效果是进行课程设计的第一步。针对课程存在上述痛点，课程组从学生、实践环节、用人单位三个角度出发对课程应该达到的学习成果进行了调研和反推，最终构建出了系统的课程学习成果。

1  学生：我想获得的学习成果

为了更加精确定位学习成果，课程组对某授课班级（共20位学生）发放了调查问卷，收集学生对课程学习成果的预设和期望，并以学生期望达成的高峰成果反推教学目标。调查结果如图1所示。

从调查结果可以看出，学生在学习过程中更期望能够通过老师的课堂教学环节、线下答疑辅导及线上辅助教学过程熟练掌握课本的知识要点，并能够学以致用，提高实践动手能力，解决现实问题。在此基础上，学生希望能够通过课程考试并获得满意的成绩。此外，学生也希望能够将课程的学习内容应用于“互联网+”“大学生创新创业训练”“‘挑战杯’大学生课外学术作品竞赛”等学科竞赛中，开拓视野、提升实践动手能力、获得第二课堂学分并丰富自己的大学履历。

通过上述分析可知，与传统教学中教师对泵与泵站课程学习目标的定位相比，学生角度的学习成果期待除了关注学习成绩的高低与是否能通过考试以外，还更加注重自身实践能力与自主学习能力的锻炼。这种学生获得需求的转变也相应地要求教师转变教学思路，引入新的教学资源，革新教学方法。

2  用人单位：期望学生拥有的能力

另外，课程组也在专业实践基地企业与已毕业学生就职的单位进行了调研，从社会实际需求角度定位泵与泵站课程在高质量给排水人才培养中能够给学生带来的成果和帮助。综合多家单位的反馈结果，用人单位对学生的需求分析见表1。

由表1可知，用人单位更看重学生入职后的综合工作能力，除了要求学生要有扎实的理论功底、较强的动手实践能力之外，还要有良好的责任心、吃苦耐劳精神、团队协作能力，以及终身学习和自主创新能力。基于用人单位对毕业生综合能力的需求，教师在教学过程中除了教授学生课程知识外，还要训练学生的综合能力，达到对学生知识、技能、情操等多方面的培养，做到全面育人。

（二）  以OBE理念为导向，科学设计课程体系

以上述对学生和用人单位两方面的调研结果为基础，泵与泵站的课程教学应以OBE为导向，结合理论教学方法与实践环节的创新，真正以学生为中心，才能培养社会需要的高质量人才。课题组在进行了充分的研讨后，合理调整了泵与泵站的课程设置体系，调整后的课程设置体系如图2所示。

调整后的泵与泵站课程体系设置以国家社会和行业发展需求为导向，结合学校教育教学质量要求及学生职业规划设定培养目标，在教学过程中，依据课程体系的设置合理调整教学方式，以OBE理念进行反向设计，引入能提升学生实践能力和综合素养的环节。与此同时，通过校内、外两方面的评价与调控作用，动态调整课程体系与教学方式，实现全程育人、全方位育人，培养大学生成长、成才[10]。

三  以OBE理念为导向的课程教学改革措施

教学实施是落实教学设计的根本，课题组在OBE理念的引导下完成了对课程体系的全新设计，紧随其后的即根据OBE理念提出的课程要求改革教学过程，保障教学设计顺利落地。课题组结合了多年教学经验，从教学模式、人才培养模式和教学评价改革三方面提高课程教学质量，有力助推OBE理念下泵与泵站课程实现质的飞跃。

（一）  构建多平多端的混合教学模式，使课堂由“静”向“动”

多平多端的教学模式是指以VR虚拟仿真实训室和虚拟仿真平台为主体，雨课堂、SPOC、MOOC为辅助，改变传统课堂讲授过多、展示不足、参与度较低的课堂氛围，让以“听”为主的课堂转向眼、耳、手、脑多感官调动的课堂，改善沉寂的授课过程，使其生动形象，能够有效冲破传统课堂“沉寂”的学习氛围，帮助学生更高效地达到学习成果。例如，在介绍离心泵的主要零件以及叶片泵的基本性能参数时，多平多端的混合教学模式就能充分发挥其优势，使学生多感官处于“动”的状态中。此小节教学设计中，不同平台相互协调、交叉配合，帮助学生达到学习过程最大程度丰富化。教学设计的实施路径由线上、线下两环节、多平台的交织互动构成：（线上）SPOC、MOOC——发布优质网络课程资源，组织在线测试、提供参考文献。（线下）VR虚拟仿真实训室——实现多种叶片式泵的具象化、实景化，学生可从任意角度观察叶片式泵的形态、构造。（线下）雨课堂——课堂互动、跟踪课堂动态、进行教学反馈与评价。（线上）虚拟仿真平台——完成实践课题、小组项目。

完整的教学过程见表２。

在教学过程中借助虚拟仿真平台，学生可以看到一个完整的泵与泵站系统，且可以用任意视觉进行泵与泵站的拾取、旋转、拆解、布置安装、运行等交互操作。例如，当学生进行离心泵的认识学习时，可以将离心泵拆解为若干部件并对每一部件进行观察学习，弹出的对话框可以对每一部件的工作原理等进行说明解释；学生还可将拆解的部件组装为泵整体，在组装的过程中平台会自动进行提示评判。又如，在泵站的虚拟平台中，学生可以依据实际项目需求对泵站的管路、泵机组安装、平面与高程布置、自动控制以及节能等方面进行设计，并可通过平台的试运营功能对设计的泵站进行检验。虚拟平台的使用大大降低了实训成本，给广大师生带来了极大的便利，同时也使得学生在动手动脑的同时对理论知识有了更深入的理解，提高了教与学的质量。

（二）  开创“课赛互融、校企共育”人才培养体系，提高课程的人才培养质量