水電站任務(wù)驅(qū)動和項目導(dǎo)向整合教學(xué)模式探索與實踐

王慧明 鄭永朋 芒來

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院 內(nèi)蒙古呼和浩特 010018

在以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)中，教師發(fā)揮主導(dǎo)作用的同時往往忽視了學(xué)生認(rèn)知主體地位的體現(xiàn)，而且教師越主導(dǎo)，學(xué)生就越被動[1]。基于知識點驅(qū)動的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，教師單向講授，容易使學(xué)生感覺理論學(xué)習(xí)枯燥、內(nèi)容抽象，難于消化和理解，學(xué)生處于被動地位，主動參與教學(xué)的意識淡薄，學(xué)習(xí)興趣不濃厚，學(xué)習(xí)效果不理想。課程設(shè)計環(huán)節(jié)，由于理論知識及靈活運用能力的不足，學(xué)生很難將所學(xué)知識融會貫通并應(yīng)用于具體的工程規(guī)劃設(shè)計。

水電站是水利水電工程專業(yè)的核心課，內(nèi)容涉及面廣，實踐性強，要求教師傳授和學(xué)生學(xué)習(xí)要善于理論結(jié)合實際。隨著課程改革的不斷深入，水電站課程的學(xué)時減少。與此同時，新理論、新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)。在這種情況下，有機地組織教學(xué)并保證教學(xué)內(nèi)容的相對完整和不斷更新，進(jìn)一步提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力，就需要打破傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)模式，不斷轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，充分利用信息技術(shù)手段，更新教學(xué)內(nèi)容，注重課程體系的優(yōu)化和改革。

一、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法和項目教學(xué)法理論

建構(gòu)主義理論是當(dāng)前國內(nèi)外主流教學(xué)和學(xué)習(xí)理論之一。由于能夠為教學(xué)設(shè)計理論提供新的研究方法和依據(jù)[2]，特別是與當(dāng)前高校專業(yè)認(rèn)證的OBE理念相吻合，建構(gòu)主義理論正在被越來越多的教師在教學(xué)設(shè)計中采用，成為許多高校深化教學(xué)改革的理論依據(jù)之一。建構(gòu)主義理論的核心可以概括為：以學(xué)生為中心，強調(diào)學(xué)生對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和對所學(xué)知識的主動建構(gòu)，而不是像傳統(tǒng)教學(xué)那樣，只是把知識從教師的講授傳送到學(xué)生的筆記本上[3]。

基于建構(gòu)主義理論的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法和項目教學(xué)法作為契合學(xué)生的認(rèn)識過程和認(rèn)知規(guī)律的教育教學(xué)方法，逐漸被教育領(lǐng)域運用。這兩種教學(xué)法都是以探索問題來引發(fā)和維持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動機[4]，將課堂理論與實踐進(jìn)行了完美的結(jié)合，通過教師的引導(dǎo)讓學(xué)生通過主動學(xué)習(xí)，將書本上抽象的理論變成實際的應(yīng)用，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是探究式教學(xué)模式中最常用的一種教學(xué)方法。教師根據(jù)教學(xué)要求提出有實際意義的、符合學(xué)生認(rèn)知水平的“任務(wù)”，以完成一個個具體的“任務(wù)”為線索，把教學(xué)內(nèi)容隱含在每個“任務(wù)”之中。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下提出解決問題的思路和方法，完成相應(yīng)的“任務(wù)”[5]。當(dāng)學(xué)生完成一個個任務(wù)后也就建構(gòu)了所學(xué)的新知識。

項目教學(xué)法也稱為項目導(dǎo)向教學(xué)法，是在教師指導(dǎo)下，學(xué)生自主完成一個完整的實踐性項目而進(jìn)行的教學(xué)活動[6]。項目教學(xué)不再以知識點為線索，而是以項目實施的過程作為核心，以成果為驅(qū)動，通過學(xué)生的自主行動，以團隊合作的方式，開展探索創(chuàng)新工作。在此過程中充分激發(fā)學(xué)生的主動性、發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造性、增強學(xué)生的協(xié)作性。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法與項目教學(xué)法各有利弊。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法適合進(jìn)行新知識和新技能的學(xué)習(xí)，任務(wù)的設(shè)置靈活多樣，可以針對某個知識點，也可以遵循固有的知識結(jié)構(gòu)關(guān)系綜合性較強的有一定難度的單元或模塊。項目教學(xué)法則要求打破固有的知識結(jié)構(gòu)，綜合運用已經(jīng)學(xué)過的知識、技能、工具和方法，解決未曾遇到過的新問題。將二者結(jié)合起來進(jìn)行課程教學(xué)，恰好符合了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，能夠充分發(fā)揮學(xué)生自身的主觀能動性和社會性活動在知識建構(gòu)中的作用，可以切實提高課堂教學(xué)效果，滿足課程教學(xué)目標(biāo)的要求。

二、任務(wù)驅(qū)動和項目導(dǎo)向整合模式的基本思路

基于建構(gòu)主義和混合式學(xué)習(xí)理論，以學(xué)生為中心，以結(jié)果為導(dǎo)向，遵循學(xué)生學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的基本規(guī)律，水電站課程任務(wù)驅(qū)動和項目教學(xué)法整合模式的體系結(jié)構(gòu)分為三層：基于理論教學(xué)的基礎(chǔ)層面、基于模塊的提高層面和基于課程設(shè)計的拓展層面。基礎(chǔ)層面和提高層面采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，拓展層面采用項目教學(xué)法。充分利用多媒體、雨課堂、慕課平臺等教學(xué)資源和手段，以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為出發(fā)點，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，通過理論與實踐一體化教學(xué)，實現(xiàn)做中學(xué)、學(xué)中做、教學(xué)做一體化。

(一)基層層面

將教學(xué)內(nèi)容根據(jù)知識點分解成若干學(xué)習(xí)任務(wù)，教學(xué)以任務(wù)驅(qū)動展開。以具體實例作為先導(dǎo)，進(jìn)而提出問題，分解并布置任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生分析和解決問題，完成任務(wù)。在相對較短的時間內(nèi)，較為有效地將理論教學(xué)和實踐教學(xué)統(tǒng)一起來。

(二)提高層面

通過基礎(chǔ)層面，學(xué)生初步建構(gòu)了課程所需的知識體系。為了熟練應(yīng)用新知識，形成有機聯(lián)系的知識體系，將教學(xué)內(nèi)容根據(jù)課程特點和教學(xué)需要分解成若干個模塊，每一個模塊之后，設(shè)計較為綜合的任務(wù)。通過工程實際的啟發(fā)將學(xué)到的知識點有機串聯(lián)起來，充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性。

(三)拓展層面

這一層面通過課程設(shè)計，以項目教學(xué)法實施。經(jīng)過基礎(chǔ)層面和提高層面，學(xué)生已基本具備中小型水電站設(shè)計所需的基本知識。在拓展層面，要求學(xué)生分組完成綜合性的項目，解決之前從未遇到過的問題，具有較強的開放性，需要學(xué)生自己克服和處理。通過項目的實施有助于充分發(fā)掘?qū)W生的探索創(chuàng)新能力，同時也能夠有效提高學(xué)生的團隊合作意識。

三、任務(wù)驅(qū)動和項目導(dǎo)向整合模式的構(gòu)建與實施

根據(jù)水電站課程的特點，按照專業(yè)認(rèn)證的基本要求，基于典型項目和學(xué)習(xí)任務(wù)的課堂教學(xué)模式，實現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)設(shè)計。該模式由“理論教學(xué)”“模塊綜合”“課程設(shè)計”三個環(huán)節(jié)組成。

(一)理論教學(xué)環(huán)節(jié)

基于OBE理念，以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求達(dá)成為目標(biāo)，強調(diào)學(xué)生基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能的培養(yǎng)，水電站課程的教學(xué)大綱進(jìn)行了修訂，增加了水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)知識介紹、同步發(fā)電機的基本工作原理、構(gòu)造和交流繞組基礎(chǔ)知識、水輪機轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口速度三角形的計算和繪制等內(nèi)容，補充和完善了廠房采光、照明、通風(fēng)、采暖、空氣調(diào)節(jié)、技術(shù)供水、排水系統(tǒng)等內(nèi)容。

依據(jù)課程教學(xué)大綱，將知識點分為核心和拓展兩個類別。核心知識點側(cè)重課堂教學(xué)，重點是構(gòu)建課程知識體系，抓好學(xué)生易于混淆的環(huán)節(jié)。核心知識點的應(yīng)用則作為學(xué)習(xí)任務(wù)，以作業(yè)和在線測試的形式完成。拓展知識點全部作為學(xué)習(xí)任務(wù)，需要學(xué)生自學(xué)教材、查閱相關(guān)文獻(xiàn)及書籍獨立完成，通過作業(yè)、自學(xué)筆記和在線測試考核學(xué)習(xí)效果。例如，在水輪機類型、構(gòu)造及工作原理部分，完成混流式水輪機的結(jié)構(gòu)和工作原理部分核心知識教學(xué)后，布置水輪機轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口速度三角形和水輪機基本方程計算題。自學(xué)混流式水輪機轉(zhuǎn)輪的止漏裝置、減壓裝置和補氣裝置拓展知識點并提交學(xué)習(xí)筆記和作業(yè)，完成在線測試以檢驗學(xué)習(xí)效果。水電站廠房輪廓尺寸部分，在講解完廠房長度、寬度和高度的確定方法核心知識點之后，作為學(xué)習(xí)任務(wù)在給定水輪機尺寸、蝸殼以及尾水管的型號和尺寸的情況下，初步擬定廠房的尺寸，以作業(yè)的形式完成。在講解完主廠房設(shè)備布置與設(shè)計部分之后，布置拓展知識點學(xué)習(xí)任務(wù)，完成一個廠房的采光、照明、通風(fēng)、采暖和空調(diào)設(shè)計，教師指定學(xué)習(xí)資料，學(xué)生完成自學(xué)筆記、大作業(yè)和在線測試。

(二)模塊綜合環(huán)節(jié)

將水電站課程分為水輪機選型、發(fā)電機和輔助設(shè)備、廠房與輸水系統(tǒng)三大模塊，每一個模塊設(shè)置單元任務(wù)或開放型任務(wù)，以單元測驗、大作業(yè)或?qū)嶒瀳蟾娴男问酵瓿伞?/p>

1.水輪機選型模塊

本模塊綜合了水輪機類型和構(gòu)造、蝸殼和尾水管、水輪機的特性及選型三個子模塊。子模塊的學(xué)習(xí)任務(wù)分別對應(yīng)水輪機模型認(rèn)識實驗、蝸殼單線圖的繪制和混流式水輪機模型效率實驗，要求分組和獨立完成兩個實驗報告和一個大作業(yè)。混流式水輪機模型效率實驗需要學(xué)生小組協(xié)作完成，6～7人一組分組討論確定開度值系列，每位學(xué)生至少測量一個導(dǎo)葉開度下的數(shù)據(jù)，測定模型水輪機在各種工況下的運行效率，實驗完成后每位學(xué)生需根據(jù)本組所有開度下的數(shù)據(jù)繪制等開度線和等效率曲線，提交符合要求的實驗報告。

2.發(fā)電機和輔助設(shè)備模塊

本模塊涉及發(fā)電機、勵磁系統(tǒng)、主閥、調(diào)速系統(tǒng)、油氣水系統(tǒng)、技術(shù)供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等，內(nèi)容繁多，但教材講解偏于簡單。在理論教學(xué)環(huán)節(jié)拓展知識點學(xué)習(xí)任務(wù)布設(shè)要考慮任務(wù)的可操作性，補充資料，拓展相關(guān)知識，在此基礎(chǔ)上布置主要附屬設(shè)備選擇和雙層繞組展開圖繪制作業(yè)，配合水電站模型認(rèn)識實驗報告完成學(xué)習(xí)任務(wù)，以提高知識的綜合應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)性思維和創(chuàng)新設(shè)計能力。

3.廠房與輸水系統(tǒng)模塊

本模塊包括引水式地面廠房布置設(shè)計和調(diào)壓室兩個子模塊。廠房布置設(shè)計要完成臥式機組主廠房尺寸擬定和平、剖面圖的繪制作業(yè)和水電站廠房模型認(rèn)識實驗報告。調(diào)壓室子模塊的學(xué)習(xí)任務(wù)以調(diào)壓室實驗報告的形式完成，學(xué)生分組討論確定管路組合狀態(tài)，分工協(xié)作，使用計算機系統(tǒng)完成每種組合的動態(tài)數(shù)據(jù)采集，分析調(diào)壓室結(jié)構(gòu)、管道特性、負(fù)荷變化方式等因素對調(diào)壓室動態(tài)水力特性的影響，每位學(xué)生提交符合要求的實驗報告。

(三)課程設(shè)計環(huán)節(jié)

課程設(shè)計選擇能夠涵蓋教學(xué)大綱主要知識點的實際工程項目，采用項目教學(xué)法。有時項目教學(xué)法達(dá)不到預(yù)期的效果，其根本原因歸結(jié)于未能發(fā)揮團隊的協(xié)作精神，團隊的任務(wù)分工和管理不到位[7]。可以說，團隊協(xié)作是項目教學(xué)法的基礎(chǔ)和前提。教師要做好分組工作，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和性格特點，按照“組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)，優(yōu)勢互補”的原則，將全班分組，每組4～5人，進(jìn)行強弱有效組合和任務(wù)分工，賦予小組足夠的權(quán)責(zé)，充分發(fā)揮小組中每個成員的作用。為此在總成績中小組評分要占一定比例，各小組要綜合考慮小組成員在本設(shè)計中完成任務(wù)的多少和貢獻(xiàn)度自行評定成績，真正做到成績考核貫穿于整個設(shè)計過程。各小組完成設(shè)計任務(wù)后，學(xué)生對所學(xué)的知識點和完成的項目任務(wù)進(jìn)行總結(jié)，以組為單位匯總項目設(shè)計成果，組內(nèi)人員自我評價、組內(nèi)互評，按小組提交設(shè)計成果，教師對各小組的設(shè)計成果進(jìn)行綜合評價和考核，必要時可以開展組間互評。

結(jié)語

任務(wù)驅(qū)動和項目導(dǎo)向整合教學(xué)模式分基礎(chǔ)層面、提高層面和拓展層面，從“理論教學(xué)”“模塊綜合”“課程設(shè)計”三個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)設(shè)計。基礎(chǔ)層面和提高層面采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，拓展層面采用項目教學(xué)法，探索基于典型項目和工作任務(wù)的教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和團隊協(xié)作精神，著力提高學(xué)生知識綜合應(yīng)用能力、系統(tǒng)性思維和創(chuàng)新設(shè)計能力。

在2018級水電站課程教學(xué)中應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動和項目導(dǎo)向整合模式，取得了良好的教學(xué)效果，有效解決了課時少與學(xué)習(xí)內(nèi)容多之間的矛盾，拓展了學(xué)生學(xué)習(xí)的深度與廣度，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，學(xué)習(xí)效果得到了明顯的提升。與前兩年的傳統(tǒng)教學(xué)模式相比較，課程平均成績分別提高了2.5分和11.0分，課程設(shè)計平均成績分別提高了1.9分和5.3分，這也進(jìn)一步說明了改革課程教學(xué)模式的必要性和可行性。