新工科視域下以O(shè)BE為導(dǎo)向的泵與泵站虛擬課程建設(shè)研究

張惠寧　王少峰

摘? 要：泵與泵站是給排水科學(xué)與工程專業(yè)的主干課程之一，在給排水工程師的培養(yǎng)方面有著舉足輕重的作用。但當(dāng)前該課程在教學(xué)過程中存在的一些共性短板影響著學(xué)生的高質(zhì)量培養(yǎng)，尤其是在實踐環(huán)節(jié)最為突出。對此，該文以O(shè)BE理念為導(dǎo)向，結(jié)合教師授課、學(xué)生學(xué)習(xí)以及行業(yè)發(fā)展需求對教學(xué)過程進(jìn)行反向設(shè)計，分別從混合教學(xué)模式、人才培養(yǎng)體系以及多維評價方式三方面提出泵與泵站課程體系與教學(xué)方法的改革措施，形成理論與實踐相互促進(jìn)的一體化新教學(xué)模式，以期提高該課程的教學(xué)效果，并為國家培養(yǎng)給排水工程師的新模式做出探索。

關(guān)鍵詞：泵與泵站；實踐能力；教學(xué)改革；人才培養(yǎng)；OBE

中圖分類號：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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

泵與泵站是給排水科學(xué)與工程專業(yè)的主干課程之一[1]，旨在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計、安裝、運行管理水泵/泵站，解決現(xiàn)實中復(fù)雜工程問題的能力，對學(xué)生未來從事相關(guān)行業(yè)的工作以及成為給排水工程師有非常重要的意義。課程的教學(xué)內(nèi)容按特點主要分為三大部分：一是給排水工程中常用水泵的基本理論、基本構(gòu)造和基本計算方法，具有較強的理論性；二是泵站運行中泵的串聯(lián)、并聯(lián)、定速、調(diào)速、運行工況的調(diào)節(jié)，極具理論性和實踐性相結(jié)合的特點；三是在實際條件下，如何正確地進(jìn)行水泵機組選型和泵站的工藝設(shè)計，并能對與之相配套的土建、機電專業(yè)提出相應(yīng)的技術(shù)要求，此部分內(nèi)容難度相對較大，實踐性強[2-3]。如何在課程教學(xué)中兼顧理論性與實踐性的不同特征，使學(xué)生的習(xí)得感最大化，是課程一直以來面臨的困境和挑戰(zhàn)。

一? 基于OBE教育理念的課程教學(xué)反思

OBE（Outcome-Based Education，OBE）教育理念以成果為目標(biāo)導(dǎo)向，從學(xué)生、社會多重角度定位學(xué)習(xí)成果，逆向設(shè)計課程體系，符合中國工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的需求，為培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì)過硬、滿足社會需要的高質(zhì)量給排水人才提供了保障[4-6]，是泵與泵站課程突破瓶頸的有力抓點。

基于OBE教育理念，課程組重新檢視該課程的實際教學(xué)過程，對課程的整體設(shè)計及實施進(jìn)行了反思，共總結(jié)出以下主要問題：①理論授課過程中，枯燥的機械設(shè)備和復(fù)雜的泵機組結(jié)構(gòu)圖讓學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)高度緊張，課程氛圍沉悶。學(xué)生對水泵的內(nèi)部構(gòu)造理解程度淺，學(xué)習(xí)效果較差，學(xué)習(xí)積極性受到壓制；②由于課程的綜合性和復(fù)雜性，很多知識點單純依靠語言和文字難以表述清楚，教師準(zhǔn)備的靜態(tài)、動態(tài)圖片及簡短視頻在代入感和直觀性方面仍有很大不足，難以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求；③課程設(shè)計中的數(shù)據(jù)比較單一，與實際的工程需要脫節(jié)[7]。相應(yīng)的課程設(shè)計走向模式化、僵硬化，缺乏創(chuàng)新性；④由于實驗教學(xué)資源和時間的限制，學(xué)生不能做到“人人動手”，影響了學(xué)生對理論知識的鞏固理解及動手能力的提高。同時，現(xiàn)有的實踐環(huán)節(jié)主要是驗證性為主，缺少自主創(chuàng)新，學(xué)生對于實踐結(jié)果與理論知識、工程實際及其他學(xué)科的交叉互融性等不甚了解，不利于知識的掌握以及創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng)[8-9]。

以上主要問題出現(xiàn)的原因是教師在進(jìn)行課程定位及設(shè)計時，多從教師角度考慮課程應(yīng)達(dá)到的目的，并以此為線索設(shè)計教學(xué)過程，并未充分調(diào)查學(xué)生角度的需求和期待。即此前泵與泵站的課程設(shè)計與實施陷入了“以教師為中心”窠臼，要想對課程教學(xué)質(zhì)量做出實質(zhì)的改善，切實提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，還需從科學(xué)定位教學(xué)目標(biāo)、學(xué)習(xí)成果，合理設(shè)計教學(xué)實施過程入手，真正做到“以學(xué)生為中心”。

二? 以O(shè)BE教育為指導(dǎo)的課程設(shè)計

課題組在教學(xué)反思的基礎(chǔ)上，以O(shè)BE理念為導(dǎo)向，全方位打造泵與泵站的課程設(shè)計，主要完成了定位學(xué)習(xí)成果、完善課程體系兩項工作。

（一）? 以O(shè)BE理念為導(dǎo)向，準(zhǔn)確定位學(xué)習(xí)成果

在OBE教育理念中，明確學(xué)習(xí)效果是進(jìn)行課程設(shè)計的第一步。針對課程存在上述痛點，課程組從學(xué)生、實踐環(huán)節(jié)、用人單位三個角度出發(fā)對課程應(yīng)該達(dá)到的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行了調(diào)研和反推，最終構(gòu)建出了系統(tǒng)的課程學(xué)習(xí)成果。

1? 學(xué)生：我想獲得的學(xué)習(xí)成果

為了更加精確定位學(xué)習(xí)成果，課程組對某授課班級（共20位學(xué)生）發(fā)放了調(diào)查問卷，收集學(xué)生對課程學(xué)習(xí)成果的預(yù)設(shè)和期望，并以學(xué)生期望達(dá)成的高峰成果反推教學(xué)目標(biāo)。調(diào)查結(jié)果如圖1所示。

從調(diào)查結(jié)果可以看出，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更期望能夠通過老師的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)、線下答疑輔導(dǎo)及線上輔助教學(xué)過程熟練掌握課本的知識要點，并能夠?qū)W以致用，提高實踐動手能力，解決現(xiàn)實問題。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生希望能夠通過課程考試并獲得滿意的成績。此外，學(xué)生也希望能夠?qū)⒄n程的學(xué)習(xí)內(nèi)容應(yīng)用于“互聯(lián)網(wǎng)+”“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練”“‘挑戰(zhàn)杯大學(xué)生課外學(xué)術(shù)作品競賽”等學(xué)科競賽中，開拓視野、提升實踐動手能力、獲得第二課堂學(xué)分并豐富自己的大學(xué)履歷。

通過上述分析可知，與傳統(tǒng)教學(xué)中教師對泵與泵站課程學(xué)習(xí)目標(biāo)的定位相比，學(xué)生角度的學(xué)習(xí)成果期待除了關(guān)注學(xué)習(xí)成績的高低與是否能通過考試以外，還更加注重自身實踐能力與自主學(xué)習(xí)能力的鍛煉。這種學(xué)生獲得需求的轉(zhuǎn)變也相應(yīng)地要求教師轉(zhuǎn)變教學(xué)思路，引入新的教學(xué)資源，革新教學(xué)方法。

2? 用人單位：期望學(xué)生擁有的能力

另外，課程組也在專業(yè)實踐基地企業(yè)與已畢業(yè)學(xué)生就職的單位進(jìn)行了調(diào)研，從社會實際需求角度定位泵與泵站課程在高質(zhì)量給排水人才培養(yǎng)中能夠給學(xué)生帶來的成果和幫助。綜合多家單位的反饋結(jié)果，用人單位對學(xué)生的需求分析見表1。

由表1可知，用人單位更看重學(xué)生入職后的綜合工作能力，除了要求學(xué)生要有扎實的理論功底、較強的動手實踐能力之外，還要有良好的責(zé)任心、吃苦耐勞精神、團隊協(xié)作能力，以及終身學(xué)習(xí)和自主創(chuàng)新能力?；谟萌藛挝粚Ξ厴I(yè)生綜合能力的需求，教師在教學(xué)過程中除了教授學(xué)生課程知識外，還要訓(xùn)練學(xué)生的綜合能力，達(dá)到對學(xué)生知識、技能、情操等多方面的培養(yǎng)，做到全面育人。

（二）? 以O(shè)BE理念為導(dǎo)向，科學(xué)設(shè)計課程體系

以上述對學(xué)生和用人單位兩方面的調(diào)研結(jié)果為基礎(chǔ)，泵與泵站的課程教學(xué)應(yīng)以O(shè)BE為導(dǎo)向，結(jié)合理論教學(xué)方法與實踐環(huán)節(jié)的創(chuàng)新，真正以學(xué)生為中心，才能培養(yǎng)社會需要的高質(zhì)量人才。課題組在進(jìn)行了充分的研討后，合理調(diào)整了泵與泵站的課程設(shè)置體系，調(diào)整后的課程設(shè)置體系如圖2所示。

調(diào)整后的泵與泵站課程體系設(shè)置以國家社會和行業(yè)發(fā)展需求為導(dǎo)向，結(jié)合學(xué)校教育教學(xué)質(zhì)量要求及學(xué)生職業(yè)規(guī)劃設(shè)定培養(yǎng)目標(biāo)，在教學(xué)過程中，依據(jù)課程體系的設(shè)置合理調(diào)整教學(xué)方式，以O(shè)BE理念進(jìn)行反向設(shè)計，引入能提升學(xué)生實踐能力和綜合素養(yǎng)的環(huán)節(jié)。與此同時，通過校內(nèi)、外兩方面的評價與調(diào)控作用，動態(tài)調(diào)整課程體系與教學(xué)方式，實現(xiàn)全程育人、全方位育人，培養(yǎng)大學(xué)生成長、成才[10]。

三? 以O(shè)BE理念為導(dǎo)向的課程教學(xué)改革措施

教學(xué)實施是落實教學(xué)設(shè)計的根本，課題組在OBE理念的引導(dǎo)下完成了對課程體系的全新設(shè)計，緊隨其后的即根據(jù)OBE理念提出的課程要求改革教學(xué)過程，保障教學(xué)設(shè)計順利落地。課題組結(jié)合了多年教學(xué)經(jīng)驗，從教學(xué)模式、人才培養(yǎng)模式和教學(xué)評價改革三方面提高課程教學(xué)質(zhì)量，有力助推OBE理念下泵與泵站課程實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

（一）? 構(gòu)建多平多端的混合教學(xué)模式，使課堂由“靜”向“動”

多平多端的教學(xué)模式是指以VR虛擬仿真實訓(xùn)室和虛擬仿真平臺為主體，雨課堂、SPOC、MOOC為輔助，改變傳統(tǒng)課堂講授過多、展示不足、參與度較低的課堂氛圍，讓以“聽”為主的課堂轉(zhuǎn)向眼、耳、手、腦多感官調(diào)動的課堂，改善沉寂的授課過程，使其生動形象，能夠有效沖破傳統(tǒng)課堂“沉寂”的學(xué)習(xí)氛圍，幫助學(xué)生更高效地達(dá)到學(xué)習(xí)成果。例如，在介紹離心泵的主要零件以及葉片泵的基本性能參數(shù)時，多平多端的混合教學(xué)模式就能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，使學(xué)生多感官處于“動”的狀態(tài)中。此小節(jié)教學(xué)設(shè)計中，不同平臺相互協(xié)調(diào)、交叉配合，幫助學(xué)生達(dá)到學(xué)習(xí)過程最大程度豐富化。教學(xué)設(shè)計的實施路徑由線上、線下兩環(huán)節(jié)、多平臺的交織互動構(gòu)成：（線上）SPOC、MOOC——發(fā)布優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)課程資源，組織在線測試、提供參考文獻(xiàn)。（線下）VR虛擬仿真實訓(xùn)室——實現(xiàn)多種葉片式泵的具象化、實景化，學(xué)生可從任意角度觀察葉片式泵的形態(tài)、構(gòu)造。（線下）雨課堂——課堂互動、跟蹤課堂動態(tài)、進(jìn)行教學(xué)反饋與評價。（線上）虛擬仿真平臺——完成實踐課題、小組項目。

完整的教學(xué)過程見表２。

在教學(xué)過程中借助虛擬仿真平臺，學(xué)生可以看到一個完整的泵與泵站系統(tǒng)，且可以用任意視覺進(jìn)行泵與泵站的拾取、旋轉(zhuǎn)、拆解、布置安裝、運行等交互操作。例如，當(dāng)學(xué)生進(jìn)行離心泵的認(rèn)識學(xué)習(xí)時，可以將離心泵拆解為若干部件并對每一部件進(jìn)行觀察學(xué)習(xí)，彈出的對話框可以對每一部件的工作原理等進(jìn)行說明解釋；學(xué)生還可將拆解的部件組裝為泵整體，在組裝的過程中平臺會自動進(jìn)行提示評判。又如，在泵站的虛擬平臺中，學(xué)生可以依據(jù)實際項目需求對泵站的管路、泵機組安裝、平面與高程布置、自動控制以及節(jié)能等方面進(jìn)行設(shè)計，并可通過平臺的試運營功能對設(shè)計的泵站進(jìn)行檢驗。虛擬平臺的使用大大降低了實訓(xùn)成本，給廣大師生帶來了極大的便利，同時也使得學(xué)生在動手動腦的同時對理論知識有了更深入的理解，提高了教與學(xué)的質(zhì)量。

（二）? 開創(chuàng)“課賽互融、校企共育”人才培養(yǎng)體系，提高課程的人才培養(yǎng)質(zhì)量

依據(jù)課程內(nèi)容較強的實踐性，課程組在總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了“課賽互融、校企共育”的人才培養(yǎng)模式（如圖3所示），旨在聚合校企政多方資源，以課程為依托，以國家社會和企業(yè)需求為引導(dǎo)，通過項目式學(xué)習(xí)、研究式學(xué)習(xí)，增強學(xué)生的專業(yè)實踐能力，完成課程學(xué)習(xí)的同時，也實現(xiàn)就業(yè)能力的提升，高度契合社會需求，為學(xué)生未來的職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。通過上述培養(yǎng)模式，使得學(xué)生不僅具有扎實的專業(yè)理論知識、突出的動手實踐能力、超前的科學(xué)研究態(tài)度，還能在未來工作崗位中表現(xiàn)出一定的溝通、協(xié)作能力、責(zé)任意識以及良好的工作態(tài)度。因此，“課賽互融、校企共育”的模式能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生的高質(zhì)量培養(yǎng)。

（三）? 打造“全過程動態(tài)多維評價體系”，反哺課程改革

課程目前實行的評價制度由學(xué)生評價和督導(dǎo)評價兩部分構(gòu)成。學(xué)校在結(jié)課前抽取一定比例的學(xué)生，在教務(wù)系統(tǒng)中對教師進(jìn)行百分制評價。督導(dǎo)隨機進(jìn)行聽課，形成結(jié)論性評價。傳統(tǒng)的評價方式雖然兼顧了專家和學(xué)生兩種角色，但占比例較大的學(xué)生評價存在隨意化、情緒化等傾向，一定程度上影響了課程評價的客觀性。授課教師獲得課程評價反饋的渠道單一，結(jié)果籠統(tǒng)，導(dǎo)致課程評價僅成為教師工作考核的指標(biāo)之一，并未對完善課程、促進(jìn)教師教學(xué)成長起到推動作用。泵與泵站課程組在原有的評價基礎(chǔ)上形成了“全過程動態(tài)多維評價體系”，打破了“以分?jǐn)?shù)定課程”的刻板評價模式，讓課程評價成為完善課程教學(xué)，提升教學(xué)質(zhì)量的引路標(biāo)。評價的主體由教師本人、同行、專家、學(xué)生四種角色構(gòu)成，評價時間設(shè)定為開課初至結(jié)課時，教師在雨課堂、SPOC慕課投放無限次填寫的評價量表，評價主體可隨時進(jìn)行評價和反饋。評價量表由隨堂評價和課程評價兩部分構(gòu)成，隨堂評價包括本節(jié)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式和手段、師生交流與溝通、課堂氛圍、學(xué)習(xí)獲得感，課程評價包括能力培養(yǎng)、情感培養(yǎng)、知識習(xí)得、需求達(dá)成度。任課教師可及時收集、查看課程的評價結(jié)果和反饋建議，為完善課程建設(shè)提供思路和方法，實現(xiàn)課程評價反哺課程改革的目標(biāo)。

四? 結(jié)束語

以O(shè)BE理念為導(dǎo)向反向設(shè)計的泵與泵站課程改革能夠有效突破課程長期以來面臨的瓶頸，多平多端的混合式教學(xué)模式有效解決了課程教學(xué)過于抽象化的問題，“課賽互融、校企共育”的人才培養(yǎng)模式能夠有效結(jié)合課程的理論學(xué)習(xí)和實踐訓(xùn)練，也為學(xué)生的就業(yè)能力提升、就業(yè)渠道拓展指引了方向，全過程動態(tài)多維評價體系為課程把脈，使課程建設(shè)中存在的問題更加清晰，讓課程改革更具針對性和有效性，三種課程改革途徑讓泵與泵站注入新動力，使其成為給排水專業(yè)的金課，為國家培養(yǎng)給排水工程師的新模式做出探索。

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第一作者簡介：張惠寧（1987-），男，漢族，甘肅蘭州人，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向為水處理功能材料。