基于OBE理念的PBL教學(xué)模式在“水處理工程（I）”教學(xué)改革中的應(yīng)用

馮騫，林濤，陶輝，薛朝霞，羅景陽

（河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210098）

“水處理工程（I）”作為環(huán)境工程、給排水科學(xué)與工程專業(yè)重要的專業(yè)課程之一，以水中各類雜質(zhì)的不同去除方法和過程為主線，通過給水處理中不同單元處理方法的基本原理、運(yùn)行特點(diǎn)和計(jì)算方法的介紹，使學(xué)生具備設(shè)計(jì)、運(yùn)行這些單元組合成的工藝，解決飲用水處理中復(fù)雜工程問題的能力[1]。近年來，隨著水處理理論和技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的以課堂傳授為主的教學(xué)模式難以滿足相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)的要求[2]。隨著我國(guó)加入《華盛頓協(xié)議》以來，全國(guó)不少高等學(xué)校都已開展或計(jì)劃開展環(huán)境工程、給排水科學(xué)與工程等相關(guān)專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證工作[3]。針對(duì)工程教育專業(yè)認(rèn)證的具體要求，圍繞環(huán)保和給排水行業(yè)對(duì)高校畢業(yè)生知識(shí)原理、理論應(yīng)用等方面的培養(yǎng)需求，開展水處理工程課程教學(xué)改革，成為環(huán)境工程、給排水科學(xué)與工程專業(yè)革新人才培養(yǎng)理念、重置教育目標(biāo)和提升教育質(zhì)量的重要實(shí)踐內(nèi)容和研究熱點(diǎn)[4]。

成果導(dǎo)向教育（Outcome Based Education，OBE）作為目前英國(guó)、美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家主流的工程教育理念，是以學(xué)生通過教育后取得的學(xué)習(xí)成果和獲得的最大能力為教學(xué)目標(biāo)，通過明確目標(biāo)、構(gòu)建體系、設(shè)計(jì)過程、效果評(píng)價(jià)等步驟，逆向設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)和專業(yè)教學(xué)體系[5]。與遵循學(xué)科導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)知識(shí)體系系統(tǒng)性、完備性的傳統(tǒng)教育相比，OBE理念指導(dǎo)下的課程教學(xué)從國(guó)家和行業(yè)對(duì)學(xué)生專業(yè)能力需求出發(fā)，圍繞相應(yīng)課程在專業(yè)能力培養(yǎng)中的定位，逆向設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，形成了更加良性的教學(xué)導(dǎo)向和推動(dòng)力，也受到了廣泛關(guān)注[6]?；趩栴}式學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning，PBL）的教學(xué)是圍繞課程知識(shí)點(diǎn)特定的教學(xué)目標(biāo)，通過設(shè)置復(fù)雜、真實(shí)、有實(shí)際意義的問題情境，在教師引導(dǎo)下，通過課堂內(nèi)外師生互動(dòng)，從該情境下如何有效地解決問題這一目標(biāo)出發(fā)，全面提升學(xué)生知識(shí)理論水平、解決問題技能和自主學(xué)習(xí)能力的一種教學(xué)模式[7]。近年來，筆者在給排水科學(xué)與工程專業(yè)課程的教學(xué)活動(dòng)中，通過實(shí)踐PBL教學(xué)模式，收到了較好的教學(xué)效果，但面對(duì)水污染治理領(lǐng)域迅速增加的對(duì)人才治理能力的需求，以及不斷提升的治理水平需要，如何在工程教育專業(yè)認(rèn)證的大背景下，明確水環(huán)境保護(hù)與給排水行業(yè)對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)的要求，理清“水處理工程（I）”課程的教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)合理的教學(xué)環(huán)節(jié)和過程，仍然是目前相關(guān)工程專業(yè)課程改革的難點(diǎn)[8]。

為此，筆者順應(yīng)環(huán)境工程、給排水科學(xué)與工程專業(yè)工程教育改革和認(rèn)證的趨勢(shì)，將OBE教育理念對(duì)專業(yè)人才的培養(yǎng)要求，細(xì)化分解到相應(yīng)課程中[9]。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)“水處理工程（I）”課程在專業(yè)人才培養(yǎng)體系中的定位和作用，梳理該課程的教學(xué)產(chǎn)出和目標(biāo)[10]。打破傳統(tǒng)“以教師為中心，課程和知識(shí)點(diǎn)導(dǎo)向的”教育取向，結(jié)合行業(yè)對(duì)專業(yè)知識(shí)和能力的需求，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)建了基于OBE理念的PBL教學(xué)模式，應(yīng)用于“水處理工程（I）”課程的教學(xué)改革中，并結(jié)合近兩年的教學(xué)應(yīng)用，對(duì)新教學(xué)模式的效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 基于OBE理念的PBL教學(xué)模式的構(gòu)建

學(xué)生學(xué)習(xí)的成果主要體現(xiàn)為知識(shí)和能力兩方面，成果導(dǎo)向教育（OBE）就是以這種知識(shí)和能力提升為成果目標(biāo)，驅(qū)動(dòng)課程教學(xué)活動(dòng)的教學(xué)理念[11]，其核心在于“以學(xué)生為中心”“成果導(dǎo)向”和“持續(xù)改進(jìn)”[12]?；趩栴}式學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)則是依托問題解決驅(qū)動(dòng)課程教學(xué)活動(dòng)的教學(xué)模式，其實(shí)施關(guān)鍵在于問題的設(shè)置和問題解決過程的引導(dǎo)[13]。綜合OBE教學(xué)的設(shè)計(jì)和PBL教學(xué)的實(shí)施，可以發(fā)現(xiàn)OBE和PBL教學(xué)融合的關(guān)鍵點(diǎn)在于如何圍繞成果導(dǎo)向確立相應(yīng)的課程目標(biāo)，進(jìn)而圍繞知識(shí)點(diǎn)設(shè)置合適的教學(xué)情境和問題[14]。

根據(jù)OBE理念和PBL教學(xué)模式的理論，筆者設(shè)計(jì)了工程專業(yè)課程教學(xué)過程中基于OBE理念的PBL教學(xué)模式（見圖1）。

具體來說，首先依托OBE理念，通過相關(guān)專業(yè)和用人單位的調(diào)查，從行業(yè)人才和相關(guān)單位需求出發(fā)，梳理相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，完善改進(jìn)專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)要求，重點(diǎn)體現(xiàn)在知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力水平兩方面。其次，針對(duì)專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)要求，編制專業(yè)培養(yǎng)方案的能力矩陣，將人才培養(yǎng)的指標(biāo)分解到相應(yīng)的課程上，同步完善相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)方案，優(yōu)化課程體系。在此基礎(chǔ)上，明確相應(yīng)課程在培養(yǎng)方案中對(duì)畢業(yè)生知識(shí)掌握和能力提升方面的指標(biāo)要求。

相應(yīng)課程在人才培養(yǎng)體系中知識(shí)、技術(shù)和能力等方面的課程目標(biāo)被明確后，就可以針對(duì)這些教學(xué)目標(biāo)和要求，采用PBL教學(xué)模式，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，創(chuàng)設(shè)虛擬、真實(shí)相結(jié)合的工程情境，設(shè)置合理、有意義的工程問題，引導(dǎo)學(xué)生開展教學(xué)互動(dòng)，主動(dòng)探索實(shí)際問題，通過課內(nèi)課外協(xié)同學(xué)習(xí)，全面提升學(xué)生的知識(shí)理論水平、分析解決復(fù)雜工程問題技能和自主學(xué)習(xí)能力。

課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，除了基于傳統(tǒng)的學(xué)生和教師評(píng)教環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)價(jià)外，學(xué)校教師也及時(shí)收集相關(guān)行業(yè)的用人單位在學(xué)生就業(yè)工作后，對(duì)畢業(yè)生該課程的知識(shí)體系和技能訓(xùn)練水平進(jìn)行評(píng)價(jià)反饋，以便在后續(xù)的課程教學(xué)中進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

2 基于OBE理念的PBL教學(xué)模式在“水處理工程（I）”課程教學(xué)中的應(yīng)用

筆者在給排水科學(xué)與工程專業(yè)本科生的“水處理工程（I）”教學(xué)過程中，結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，開展了教學(xué)改革，實(shí)踐了基于OBE理念的PBL教學(xué)模式。

2.1 “水處理工程（I）”課程教學(xué)存在的問題

（1）課內(nèi)學(xué)時(shí)有限，課外學(xué)習(xí)目標(biāo)不明、手段不多，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

根據(jù)調(diào)查和相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)規(guī)范，各校“水處理工程（I）”的課程普遍為2-3學(xué)分（32-48學(xué)時(shí)），課程教學(xué)也多為“多媒體結(jié)合板書”的課堂講授方式。由于課程內(nèi)容包含了物理、化學(xué)等多種類型單元處理方法，各單元知識(shí)點(diǎn)又都涵蓋基本原理、工作過程、種類與特點(diǎn)、運(yùn)行與管理、單元設(shè)計(jì)計(jì)算等諸多內(nèi)容，加之學(xué)生培養(yǎng)方案對(duì)課程學(xué)分和學(xué)時(shí)的限制，目前有限的課內(nèi)學(xué)時(shí)無法滿足學(xué)生課程學(xué)習(xí)的要求。此外，課外學(xué)習(xí)目標(biāo)仍以課程知識(shí)點(diǎn)掌握為主，學(xué)習(xí)手段也多為作業(yè)、小論文等常規(guī)模式，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，自主問題解決能力訓(xùn)練薄弱。

（2）課程實(shí)踐機(jī)會(huì)有限，構(gòu)筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)不易見，影響學(xué)生的工程概念。

課程實(shí)習(xí)可以幫助學(xué)生更好地建立水處理構(gòu)筑物的工程概念，但多數(shù)情況下，現(xiàn)場(chǎng)參觀見到的構(gòu)筑物多為帶水運(yùn)行狀態(tài)，學(xué)生難以了解構(gòu)筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。部分處理單元如加氯間，由于安全管理等級(jí)較高，學(xué)生無法進(jìn)入?yún)⒂^。這些課程實(shí)踐中的問題，也影響了學(xué)生工程概念的形成。

（3）設(shè)計(jì)類習(xí)題解答多需借助相關(guān)規(guī)范和手冊(cè)，課內(nèi)講授不足，影響學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與應(yīng)用。

處理單元的設(shè)計(jì)計(jì)算是本課程中較為典型的一類習(xí)題。由于該類習(xí)題多來源于工程實(shí)際，因此相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算中的大量經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和公式均來自設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)。但受課內(nèi)學(xué)時(shí)限制，對(duì)規(guī)范條文和設(shè)計(jì)方法的解讀并不詳細(xì)，在一定程度上影響了學(xué)生的知識(shí)理解與應(yīng)用。

2.2 明確教學(xué)目標(biāo)與改革方向

針對(duì)目前“水處理工程（I）”課程教學(xué)中存在的問題，基于OBE理念，在專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)的支持和院校相關(guān)部門的大力協(xié)助下，筆者通過走訪多個(gè)給排水行業(yè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)科研單位、水務(wù)公司以及各級(jí)城建、水務(wù)等政府相關(guān)職能部門，重新梳理了我校給排水科學(xué)與工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，即“深入理解城市水系統(tǒng)，特別是水處理工程基礎(chǔ)理論與發(fā)展前沿的相關(guān)知識(shí)；熟練掌握水處理工程的設(shè)計(jì)能力，具備根據(jù)真實(shí)條件下原水不同條件和處理目標(biāo)，確定處理工藝流程，開展工藝單體計(jì)算，設(shè)計(jì)凈水工程的能力；通過學(xué)生間、師生間的討論交流，能夠分析復(fù)雜的水污染問題原因，綜合社會(huì)倫理、藝術(shù)美學(xué)等，針對(duì)性地提出科學(xué)合理有效的處理工程解決方案，培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力?！痹谶@一教學(xué)目標(biāo)的指引下，開展基于OBE教育理念的PBL教學(xué)模式改革，優(yōu)化了專業(yè)人才培養(yǎng)方案，以人才培養(yǎng)目標(biāo)要求為依據(jù)，構(gòu)建理論知識(shí)、應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)融合的理論課程體系。建立開放型多層次的綜合實(shí)踐體系，合理安排專業(yè)課程和實(shí)踐課程的內(nèi)容和比重，注重培養(yǎng)發(fā)展應(yīng)用型人才，制作了課程體系與能力培養(yǎng)矩陣，為畢業(yè)生“知識(shí)+能力”雙輪驅(qū)動(dòng)提供保障。

2.3 創(chuàng)設(shè)“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)情境

隨著現(xiàn)代化教學(xué)手段在高校的運(yùn)用和發(fā)展，線上和線下相結(jié)合的兩位一體的教學(xué)模式已經(jīng)成為高校課堂的主要形式。在OBE理念下，“水處理工程（I）”課程教學(xué)要有與時(shí)俱進(jìn)的思維，有效利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，積極開展線上線下融合的教學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。靈活運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)手段改善傳統(tǒng)教學(xué)的固化模式，科學(xué)融合虛擬場(chǎng)景和工程問題，創(chuàng)設(shè)“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)情境。其中“實(shí)”指課程教學(xué)中創(chuàng)設(shè)的情境來源于工程實(shí)際，是工程真實(shí)存在的場(chǎng)景和問題；而“虛”則是指創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的手段采用虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。在“水處理工程（I）”的教學(xué)活動(dòng)中，為保障教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)室或電腦、手機(jī)桌面系統(tǒng)中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)構(gòu)建自來水廠、凈水處理工程等真實(shí)工程情境，通過來源于真實(shí)工程的問題，引導(dǎo)學(xué)生在“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)情境中學(xué)習(xí)和思考，為強(qiáng)化學(xué)生的工程概念、培養(yǎng)學(xué)生工程問題分析解決能力提供有力支撐。

2.4 營(yíng)造內(nèi)外協(xié)同的教學(xué)過程

OBE教育的目標(biāo)是使本專業(yè)的畢業(yè)生達(dá)到被行業(yè)認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)，而問題的設(shè)計(jì)和解決又是基于OBE理念的PBL教學(xué)模式發(fā)揮作用的重要途徑。以培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成為核心、以問題設(shè)計(jì)和解決為抓手，是“水處理工程（I）”教學(xué)過程中的重要手段。因此，在教學(xué)過程中，設(shè)計(jì)參與度高、真實(shí)性強(qiáng)、工程意義大的水處理工程問題，從問題現(xiàn)象理論分析與解讀、問題解決技術(shù)與方案提出、工程設(shè)計(jì)、工程運(yùn)行管理等方面，借助課內(nèi)講授、課外引導(dǎo)的共同作用，促進(jìn)學(xué)生自主自發(fā)尋找問題的解決方案，在水處理工程專業(yè)知識(shí)獲取、技能訓(xùn)練和能力提升等方面，形成協(xié)同提升的有利局面。

3 基于OBE理念的PBL教學(xué)模式的應(yīng)用效果

基于OBE理念的PBL教學(xué)模式應(yīng)用于我校近2屆給排水科學(xué)與工程的“水處理工程（I）”教學(xué)活動(dòng)中，得到了學(xué)生的一致好評(píng)。網(wǎng)絡(luò)調(diào)查的結(jié)果表明：128人投票，除8.6%的學(xué)生（11人）認(rèn)為作用不大外，其余91.4%的學(xué)生（117人）認(rèn)為基于OBE理念的PBL教學(xué)模式，課程講授中問題設(shè)置真實(shí)、有趣，改善了學(xué)習(xí)效果；82.0%的學(xué)生（105人）認(rèn)為，新型教學(xué)模式的“水處理工程（I）”課程教學(xué)對(duì)畢業(yè)求職幫助很大。

4 結(jié)語

基于OBE教育理念的PBL教學(xué)模式將OBE（Outcome Based Education）教學(xué)理念有機(jī)融入PBL（Problem Based Learning）教學(xué)方法中，激發(fā)了學(xué)生對(duì)該課程的興趣，豐富了課程的學(xué)習(xí)方式，實(shí)現(xiàn)了課內(nèi)、課外學(xué)習(xí)的有效協(xié)同，有效地提升了教學(xué)效果，為專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了有力的支持。