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‘地下水動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）  培養目标不明确

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。

（三）  基于OBE理念改革教学模式

地下水动力学课程对学生专业技术能力和实践经验的要求很高。基于OBE理念，课堂教学实施过程应以学生为主体，弱化教师的主导作用，将教师的“主导者”角色转变为“引导者”和“指导者”。具体在实际教学中，可在“井流求解水文地质参数”部分，采取主题式教学模式，通过整合各种相关知识点和抽水试验操作、计算机软件应用技能点，应用数字化工具与现代化技术，引导学生进行深入探究和实践操作。在“地下水向河渠的运动”与“地下水中的溶质和热量运移”章节，可采取案例分析教学模式，通过分析真实的工程案例或情境，使学生了解河间地块地下水的运动特征与水动力弥散机理，以及溶质和热量运移等相关知识的实际应用和实践价值，同时也能锻炼他们的思维能力和解决问题的能力。在“井附近的地下水运动”章节，进行项目式教学模式，以完成一个水资源评价或涌水量预测项目为目标，通过相互协作的方式完成，引导学生从实践中学习和探索，从而培养他们的团队协作能力、创新能力和社会责任感。在介绍“抽水试验资料求解水文地质参数”内容时，可应用实践教学模式，即通过加强校企合作，带领学生实地参观抽水试验现场，与工程专业技术人员面对面交流，提高学生对专业知识的实际应用理解。在“边界附近完整井的运动”和“地下水流运动数学模型建立”部分，可采用翻转课堂模式，将传统课堂教学和课外自学结合起来，通过让学生在课前预习和探究，然后在课堂上进行深入讨论和交流，从而深化理论知识，提高学习效率和质量，提升专业技能。

（四）  基于OBE理念丰富教学手段

OBE倡导使用现代信息技术和网络资源来辅助教学。针对地下水动力学课程传统教学方式单一、手段不够丰富的问题，教师在制定课程具体教学策略时，应遵循OBE原则，选择多元化的教学方式和手段来促进学生学习，如案例分析、项目实践、在线课程、虚拟实验室和小组讨论等，提高学生的参与度和学习兴趣。根据不同的教学内容和教学目标安排不同的教学方法和手段。例如，讲解井流及含水层参数计算时，可借助绘图软件、3D建模与Aquifertest[8]、Visual modflow等地下水专业软件刻画含水层结构与地下水流场特征，将抽象问题具体化，帮助学生理解和应用。条件允许时，也可采取现场参观的实践教学方法，将抽象理论转化为具体实践，使学生能够在实际操作中理解和应用所学知识，提高学生的综合素质。学习达西定律、渗透系数及等效渗透系数概念时，可引导学生类比熟悉的欧姆定律及其应用等电学知识，促进学生的科学思维，提高学生创新思考能力。介绍渗流、典型单元体与渗透流速时，可充分利用PPT、GIF动画等多媒体的声效与视频功能[9]，充分展示，让学生直观感受，加深理解。讲授水井分类与抽水稳定运动时，可借助网络资源和技术，采取线上线下的综合教学方式[10]，在线上“学习通”平台上上传相关视频、影像资料与FLASH动画，增加学生感性认识，增强学生的学习体验。在学习与应用配线法和直线图解法求解水文地质参数时，可采用手绘和计算机软件绘图同时进行的方式，满足学生个性化的学习需求，促进学生掌握与利用现代技术的能力培养。在整个教学过程中，教师要引领学生主动探索，给予学生更多的反馈和支持，鼓励学生主动参与和表达自己的想法，以增强学生的主动性和创新性。

（五）  基于OBE理念重构评价体系

遵循OBE理念注重考核学生综合能力和专业实践能力的原则，地下水动力学课程教学过程中，需要重构评价体系，注重学生的学习成果考核，关注学生的学习过程，包括参与度、主动性和创新性等方面。成绩考核中，要弱化学生的出勤考核，对学生学习的各环节情况进行持续的、客观的衡量与评价，以便教师及时调整教学策略和方法。此外，学习成果与评价标准还要充分考虑学生的个体差异，有针对性地进行个性化设定，因材施教。评价体系的建立要采用多元化的评价方法，除了传统的笔试、实验等考核方式外，还可以增加项目报告、口头报告、小组讨论等多种形式，定性与定量评价相结合[11]，以更好地评估学生的实践能力和团队协作能力。评价时，将随堂提问、课后作业、期中测试、大作业和小组汇报等环节，细化为“知识理解-技能应用-实践能力-创新思维-团队合作”五个维度进行，并将评价结果以蛛网图的形式进行可视化表达，便于教师及时发现并解决问题，同时也可以帮助学生了解自己的学习进度和不足之处，加强改进。

四  結束语

作为应用型能源类本科高校，学生的培养目标以应用性为导向。通过使用OBE理念对地下水动力学课程进行改革探索，设定明确的教学目标与教学内容，改革教学模式，采用丰富的教学手段，以及建立多元化的评价方式，可提高学生的综合素质，帮助他们更好地掌握工程原理和水文地质技术方法，培养他们解决现实工程技术问题的能力，更好地满足社会经济发展对人才的需求，为地方经济社会发展作出贡献。

参考文献：

[1] 张婷.高校生源结构多样性研究[J].科技风，2019（32）：198，212.

[2] 孙红福，赵峰华.基于OBE模式的“水文地球化学”特色教学研究[J].教育理论与实践，2019，39（18）：54-56.

[3] 李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014（17）：7-10.

[4] 穆林，东明，贺缨，等.新工科背景下能源与动力类本科实践教学改革探索[J].高等工程教育研究，2019（S1）：17-19.

[5] 王超月.地下水动力学课程中的基础数学运用[J].教育教学论坛，2020（45）：295-298.

[6] 杨国华，冯文新.高职院校地下水动力学课程教学内容探讨[J].西部探矿工程，2020（8）：184-185.

[7] 范圣法，黄婕，张先梅，等.基于“产出导向（OBE）”理念的本科教学培养体系探究[J].教育理论与实践，2019，39（24）：6-8.

[8] 王超月，曲文静，代锋刚.计算机技术在地下水动力学课程素材建设中的应用[J].高教学刊，2021（6）：88-91.

[9] 张莉丽，张耀文，孔慧敏，等.多媒体技术对地下水动力学教学的促进作用[J].中国教育技术装备，2021（2）：40-42，53.

[10] 赵锐锐，成建梅，刘延锋，等.“地下水动力学”课程线上线下混合式教学实践与反思[J].中国地质教育，2022，31（4）：94-98.

[11] 马文英，杨雄，王天宝，等.基于产出导向（OBE）的本科人才培养质量评价方案研究[J].高教学刊，2021，7（20）：1-7，16.