OBE教育理念下的水庫調(diào)度與管理課程教學(xué)改革探索

陳俊鴻　張帥普　湯珊珊　徐勤學(xué)

［摘 要］針對西南地區(qū)水文特點(diǎn)和水資源利用等問題，結(jié)合一些地方高校辦學(xué)條件落后、生源基礎(chǔ)一般、產(chǎn)教融合不足的現(xiàn)狀，開展水文與水資源工程專業(yè)建設(shè)和應(yīng)用型人才培養(yǎng)研究具有重要意義。文章基于OBE教育理念，從把握課程重點(diǎn)、補(bǔ)充國內(nèi)外研究前沿、注重課程設(shè)計(jì)、提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、加強(qiáng)思政建設(shè)等方面，提出了水庫調(diào)度與管理課程教學(xué)改革措施，明確了課程教學(xué)目標(biāo)，促進(jìn)了學(xué)生知識、能力和科學(xué)素養(yǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，培養(yǎng)了學(xué)生解決前沿科學(xué)問題和實(shí)際工程問題的能力，也為課程的后續(xù)發(fā)展提供了新思路。

［關(guān)鍵詞］OBE教育理念；水庫調(diào)度與管理；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）10-0108-03

隨著我國水利事業(yè)的不斷發(fā)展，水利高等教育的改革得到了大力支持。水利高等教育作為我國教育體系的重要組成部分和水利行業(yè)技術(shù)技能人才培養(yǎng)的主陣地，是水利事業(yè)改革發(fā)展的重要支撐[1]。廣西的水資源開發(fā)利用和水利工程建設(shè)管理存在水資源短缺、水資源可持續(xù)利用、水資源合理配置、水災(zāi)害防治、水污染治理、水土流失防治、水生態(tài)環(huán)境功能恢復(fù)及保護(hù)等亟待研究和解決的問題。桂林理工大學(xué)是廣西最早開設(shè)水文與水資源工程專業(yè)的高等院校，為廣西社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源開發(fā)利用培養(yǎng)了大批水利類人才，并針對專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)過程中不斷出現(xiàn)的新問題，大力開展專業(yè)建設(shè)理論研究與實(shí)踐探索。同時，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水利類人才培養(yǎng)和產(chǎn)教融合協(xié)同育人模式提出了更高要求。因此，為了培養(yǎng)地方水利人才，提高同行業(yè)的認(rèn)可度，地方高校的水利專業(yè)課程教學(xué)要求學(xué)生在掌握專業(yè)理論知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合地方水利發(fā)展特色，注重培養(yǎng)自身的實(shí)踐創(chuàng)新能力和解決實(shí)際工程問題的能力。

水庫調(diào)度與管理是桂林理工大學(xué)水文與水資源工程專業(yè)的專業(yè)選修課程。課程緊密聯(lián)系我國新時代水利水電工程建設(shè)的戰(zhàn)略目標(biāo)，并結(jié)合地方水資源利用的實(shí)際情況和學(xué)科發(fā)展趨勢，使學(xué)生掌握相關(guān)的技術(shù)工作和管理工作。其主要包括水資源綜合利用概述、水庫的主要參數(shù)選擇、興利調(diào)度、防洪調(diào)度、綜合利用調(diào)度、水庫運(yùn)行調(diào)度管理和多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度等豐富而全面的理論知識。課程既強(qiáng)調(diào)了水利工程建設(shè)對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐作用，更重視其對生態(tài)環(huán)境的影響。同時，課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，對學(xué)生使用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)解決實(shí)際工程應(yīng)用問題有一定要求。由于水庫調(diào)度與管理課程涉及的知識面較廣、綜合性較強(qiáng)、難度較大，單純的理論教學(xué)可能導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)習(xí)效果不佳，從而影響教學(xué)效果。因此，為提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才，提高學(xué)生解決工程問題的能力，項(xiàng)目組對課程教學(xué)模式進(jìn)行了科學(xué)合理、有特色的改革探索。

OBE（Outcome-Based Education）是基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式，亦稱能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育，于20世紀(jì)80年代在國外興起。其教育模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生和學(xué)習(xí)成果為中心，按需求培養(yǎng)人才，有助于課堂教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升，同時可以幫助教師改進(jìn)教學(xué)和管理方式，具有很強(qiáng)的目標(biāo)導(dǎo)向性[2]。OBE教育理念內(nèi)涵與我國現(xiàn)代化教育發(fā)展過程中的產(chǎn)教融合思想高度契合，在全方位銜接人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求、促進(jìn)人才培養(yǎng)從數(shù)量增長到質(zhì)量提升的轉(zhuǎn)變過程中發(fā)揮了重要作用[3]。為了進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高水平人才，更好地服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)，本文立足水文與水資源工程的專業(yè)背景，根據(jù)產(chǎn)教融合協(xié)同育人模式的要求，基于OBE教育理念，對水庫調(diào)度與管理課程的創(chuàng)新改革措施進(jìn)行探討，以期為地方水利類專業(yè)人才培養(yǎng)提供參考。

一、水庫調(diào)度與管理課程的教學(xué)目標(biāo)

該課程的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生在掌握水文統(tǒng)計(jì)、工程水文學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、水利工程概論、水文預(yù)報等先修課程的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)水庫調(diào)度的相關(guān)理論知識，包括水庫調(diào)度的基本概念與意義、水庫特性、興利調(diào)度、防洪調(diào)度、綜合利用調(diào)度、水能計(jì)算、水資源管理、水資源系統(tǒng)分析等。課程以水庫調(diào)節(jié)計(jì)算理論與方法為基礎(chǔ)，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)、多目標(biāo)優(yōu)化算法等方法，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和程序設(shè)計(jì)語言等手段，得到滿足調(diào)度目標(biāo)的方案，其實(shí)踐性和應(yīng)用性較強(qiáng)。因此，既要求學(xué)生能將以前所學(xué)的理論知識與計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)融會貫通，又要求教師結(jié)合教學(xué)、生產(chǎn)和科研介紹相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的研究前沿，激發(fā)學(xué)生自主探索問題的積極性，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。

通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握水庫調(diào)度的基礎(chǔ)理論，按來水蓄水和水文預(yù)報的實(shí)現(xiàn)水庫的調(diào)蓄能力、水庫承擔(dān)的不同任務(wù)，確定不同目標(biāo)下的水庫調(diào)度方式與調(diào)度圖繪制。能夠掌握水庫調(diào)度運(yùn)行調(diào)度方案的編制內(nèi)容、要求和原則，了解水庫調(diào)度規(guī)程和工作制度，提高我國水庫大壩安全管理水平。能夠根據(jù)水資源可持續(xù)利用需求，明確水庫優(yōu)化調(diào)度任務(wù)，結(jié)合實(shí)際工程問題，運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程科學(xué)的語言工具表述水文與水資源工程及其相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，針對具體的對象建立數(shù)學(xué)模型并求解。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生踏實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)、追求卓越的優(yōu)秀品質(zhì)，為學(xué)生畢業(yè)后從事水庫調(diào)度與水庫管理相關(guān)的科學(xué)技術(shù)研究積累專業(yè)知識[4]。

二、水庫調(diào)度與管理課程的教學(xué)改革措施

我國西部的部分高校存在辦學(xué)條件落后、生源基礎(chǔ)一般、產(chǎn)教融合不足等問題，因此，開展教育教學(xué)改革研究，培養(yǎng)專業(yè)人才，尤其是水庫調(diào)度與管理課程教學(xué)改革勢在必行。由于課程內(nèi)容豐富，但總學(xué)時較少（48學(xué)時），教師要熟悉課程知識點(diǎn)，精心打磨教學(xué)內(nèi)容，把握教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，提高教學(xué)質(zhì)量。本文基于OBE教育理念，以“精品課堂，實(shí)踐創(chuàng)新”為原則，就水庫調(diào)度與管理課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探討。

（一）把握重點(diǎn)難點(diǎn)，提升課堂效率

教學(xué)內(nèi)容是課程教學(xué)的核心，要想提高教學(xué)質(zhì)量，教師需要在教學(xué)前梳理好知識脈絡(luò)和結(jié)構(gòu)，把握教材重點(diǎn)，精心安排課程教學(xué)內(nèi)容，注重內(nèi)容的系統(tǒng)性、完整性、科學(xué)性和實(shí)驗(yàn)性。關(guān)鍵知識點(diǎn)講解要清楚、深入、透徹，并根據(jù)實(shí)際情況補(bǔ)充思考題和練習(xí)題，以期更好地滿足教學(xué)需要，便于學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握。輔助性、補(bǔ)充性的非重點(diǎn)知識可一筆帶過，以最大限度地保證教學(xué)進(jìn)度，提高課堂教學(xué)靈活性。

水庫調(diào)度與管理主要講授水庫調(diào)度與管理的內(nèi)容與任務(wù)、水庫調(diào)度的基本知識以及水庫的興利調(diào)度、防洪調(diào)度、綜合利用調(diào)度、運(yùn)行調(diào)度管理、優(yōu)化調(diào)度等內(nèi)容。在水庫的興利調(diào)度章節(jié)中應(yīng)該介紹水庫特征參數(shù)的基本概念，但由于不同調(diào)節(jié)性能的水庫的調(diào)節(jié)計(jì)算方法不同，教師還需要講授水庫調(diào)節(jié)性能的判別和劃分。興利調(diào)度部分的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)保證率和設(shè)計(jì)代表期的概念和選擇，通過圖解法了解水庫興利調(diào)度過程圖的基本原理，數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法可加深學(xué)生的理解，因此，可通過實(shí)際算例講解來幫助學(xué)生理解復(fù)雜的計(jì)算過程。關(guān)于防洪調(diào)度，其常規(guī)調(diào)度方法是最早采用的方法，常見的形式包括調(diào)度圖和調(diào)度規(guī)則，產(chǎn)生庫容分配、蓄放水次序等方法，具有簡便直觀、可操作性強(qiáng)、易于推廣的優(yōu)點(diǎn)，在水庫調(diào)度生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。因此，在教學(xué)過程中有必要對常規(guī)調(diào)度方法進(jìn)行全面詳細(xì)的講解。雖然在課堂上以講授單一水庫和年調(diào)節(jié)水庫為主，但在實(shí)際工程應(yīng)用中常常遇到水庫群的問題，因此，在課堂教學(xué)過程中要正確把握單一水庫與梯級水庫群、年調(diào)節(jié)水庫與多年調(diào)節(jié)水庫之間的關(guān)系，引申和補(bǔ)充多目標(biāo)綜合水利樞紐的內(nèi)容[5]。

（二）補(bǔ)充課外知識，開闊學(xué)生視野

隨著系統(tǒng)工程和數(shù)學(xué)規(guī)劃理論的興起，優(yōu)化調(diào)度理論應(yīng)運(yùn)而生，為水庫防洪調(diào)度揭開了新的篇章。自20世紀(jì)50年代以來，采用優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行水庫防洪調(diào)度逐漸成為研究熱點(diǎn)。經(jīng)過不斷的探索和研究，相關(guān)成果已十分豐富，形成了一系列經(jīng)典的防洪優(yōu)化調(diào)度方法，其中以線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃和大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)算法為典型代表。而隨著人工智能和啟發(fā)式計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一批基于物理現(xiàn)象、仿生現(xiàn)象和人工智能的優(yōu)化算法，為水庫調(diào)度問題的求解提供了新的思路，包括遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法、布谷鳥算法、擬態(tài)物理學(xué)算法和差分進(jìn)化算法等。優(yōu)化調(diào)度算法的更新和改進(jìn)速度較快，但由于理論學(xué)時的限制，在教學(xué)過程中無法為學(xué)生全面介紹每一種優(yōu)化算法。為了開闊學(xué)生的視野，在課堂上選取經(jīng)典的動態(tài)規(guī)劃算法進(jìn)行詳細(xì)講解，并布置課后習(xí)題，讓學(xué)生鞏固重難點(diǎn)部分內(nèi)容。課后學(xué)生通過閱讀參考書籍、檢索文獻(xiàn)等學(xué)習(xí)其他優(yōu)化調(diào)度方法，并以小組專題匯報的形式進(jìn)行展示，其他學(xué)生可進(jìn)行提問互動，教師再進(jìn)行點(diǎn)評與補(bǔ)充。這種教學(xué)方法可以增加學(xué)生的課堂參與度，鍛煉學(xué)生的自我表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，開闊視野，增強(qiáng)求知和探索精神，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

（三）增加實(shí)踐環(huán)節(jié)，引入課程設(shè)計(jì)

在水庫調(diào)度和水庫管理的科學(xué)研究工作中常常會遇到大量的計(jì)算，運(yùn)用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言編制計(jì)算程序可有效處理實(shí)際應(yīng)用中繁重的計(jì)算任務(wù)，提高工作效率。因此，將課程設(shè)計(jì)引入水庫調(diào)度與管理課程的教學(xué)中，讓學(xué)生將理論知識應(yīng)用于實(shí)踐，通過計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)解決工程中的實(shí)際問題，可起到鞏固學(xué)習(xí)成果的作用[6]。課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是建立考慮保證率約束的水庫優(yōu)化調(diào)度模型，明確目標(biāo)函數(shù)和約束條件，給出模型求解的基本步驟，編制動態(tài)規(guī)劃法的計(jì)算機(jī)程序，給出全系列模型求解結(jié)果的入庫流量、出庫流量和庫水位過程線的圖形，并給出各時段的庫水位、入庫流量、發(fā)電流量、棄水流量、發(fā)電出力、發(fā)電量、耗水率等過程的數(shù)值表和圖形?？紤]到每位學(xué)生對計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言類型的掌握程度不同，課程設(shè)計(jì)不統(tǒng)一要求計(jì)算機(jī)語言，但需要給出完整設(shè)計(jì)思路、具體過程和最終結(jié)果。為了讓每位學(xué)生獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)，發(fā)布任務(wù)時每位學(xué)生都準(zhǔn)備了個性化條件，例如，根據(jù)學(xué)生學(xué)號的不同取不同的計(jì)算期初、末水位，不同的最小泄流量約束以及不同的計(jì)劃年份等，保證每位學(xué)生都得到不同的計(jì)算結(jié)果。這樣做既提高了學(xué)生的計(jì)算機(jī)編程能力，也能將理論與實(shí)踐結(jié)合，檢驗(yàn)階段性學(xué)習(xí)成果[7]。

為了更好地了解水庫調(diào)度的規(guī)程與工作制度，桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院與桂林市屬水庫管理處合作打造校企一體化實(shí)訓(xùn)基地，聘請基地導(dǎo)師，整合社會資源。組織選課學(xué)生前往青獅潭水庫樞紐工程管理站進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)，充分挖掘?qū)嵺`基地的能力訓(xùn)練、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、職業(yè)素養(yǎng)培育等功能。在實(shí)踐過程中，幫助學(xué)生認(rèn)識水利樞紐中的引水建筑物、擋水建筑物、泄水建筑物等，了解青獅潭水庫在防洪、灌溉、漓江補(bǔ)水等不同作用下的調(diào)度規(guī)則，親身感受水庫運(yùn)行調(diào)度管理日常工作的內(nèi)容和意義，鞏固課堂所學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生對本課程的興趣，使學(xué)生對相關(guān)工作有更加清晰的認(rèn)識。

（四）加強(qiáng)思政建設(shè)，弘揚(yáng)水利精神

將水庫調(diào)度與管理課程理論教育與思想政治教育相結(jié)合，使學(xué)生具備良好的職業(yè)自豪感和社會責(zé)任感，更好地承擔(dān)建設(shè)和發(fā)展我國水利事業(yè)的重任[8]。在教學(xué)過程中，教師以都江堰、三峽水利樞紐、新安江水電站、小浪底工程、南水北調(diào)工程為例，展現(xiàn)了中國水利事業(yè)的發(fā)展歷程，講述了我國水利工程建設(shè)和治水過程的艱辛。通過對古今水利人的介紹和中央政策的解讀，強(qiáng)調(diào)水資源合理配置和可持續(xù)利用的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感。古往今來，水利工程的建設(shè)和治水興水歷程艱苦卓絕。古有大禹同民眾一起治理水患，西門豹修建十二條渠道引黃河水灌溉農(nóng)田，戰(zhàn)國時期李冰父子主持修建都江堰；今有鄭守仁院士攻克技術(shù)難關(guān)完成三峽水利樞紐工程設(shè)計(jì)工作，李國慶三十六載堅(jiān)守一線守護(hù)溺水生命，楊貴率領(lǐng)林縣人民修成紅旗渠，這些事跡無不體現(xiàn)了水利工作者堅(jiān)忍不拔、敬業(yè)奉獻(xiàn)的精神。通過本課程的學(xué)習(xí)，弘揚(yáng)和傳遞新時代的水利精神及水資源可持續(xù)發(fā)展的，讓學(xué)生了解水資源的開發(fā)利用需要尊重自然的理念客觀規(guī)律和可持續(xù)發(fā)展原則，要通過創(chuàng)新的思路和方法實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，促進(jìn)流域水資源管理問題的解決，突出新時代治水的方針。

三、結(jié)語

本文基于OBE教育理念，針對水庫調(diào)度與管理課程教學(xué)中存在的諸多問題，對該課程的教學(xué)模式改革進(jìn)行了初步探索，明確了將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)目標(biāo)。在傳統(tǒng)課堂講授的基礎(chǔ)上，提出“把握重點(diǎn)難點(diǎn)，提升課堂效率；補(bǔ)充課外知識，開闊學(xué)生視野；增加實(shí)踐環(huán)節(jié)，引入課程設(shè)計(jì)；加強(qiáng)思政建設(shè)，弘揚(yáng)水利精神”的課程教學(xué)改革措施，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和解決復(fù)雜工程實(shí)際問題的能力，為該課程的后續(xù)發(fā)展提供了新思路。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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［責(zé)任編輯：李香蓮］