基于OBE理念的PBL教学模式在“水处理工程（I）”教学改革中的应用

冯骞，林涛，陶辉，薛朝霞，罗景阳

（河海大学环境学院浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室，江苏南京 210098）

“水处理工程（I）”作为环境工程、给排水科学与工程专业重要的专业课程之一，以水中各类杂质的不同去除方法和过程为主线，通过给水处理中不同单元处理方法的基本原理、运行特点和计算方法的介绍，使学生具备设计、运行这些单元组合成的工艺，解决饮用水处理中复杂工程问题的能力[1]。近年来，随着水处理理论和技术的快速发展，传统的以课堂传授为主的教学模式难以满足相关专业人才培养的要求[2]。随着我国加入《华盛顿协议》以来，全国不少高等学校都已开展或计划开展环境工程、给排水科学与工程等相关专业的工程教育专业认证工作[3]。针对工程教育专业认证的具体要求，围绕环保和给排水行业对高校毕业生知识原理、理论应用等方面的培养需求，开展水处理工程课程教学改革，成为环境工程、给排水科学与工程专业革新人才培养理念、重置教育目标和提升教育质量的重要实践内容和研究热点[4]。

成果导向教育（Outcome Based Education，OBE）作为目前英国、美国、加拿大等发达国家主流的工程教育理念，是以学生通过教育后取得的学习成果和获得的最大能力为教学目标，通过明确目标、构建体系、设计过程、效果评价等步骤，逆向设计人才培养和专业教学体系[5]。与遵循学科导向，强调知识体系系统性、完备性的传统教育相比，OBE理念指导下的课程教学从国家和行业对学生专业能力需求出发，围绕相应课程在专业能力培养中的定位，逆向设计教学环节，形成了更加良性的教学导向和推动力，也受到了广泛关注[6]。基于问题式学习（Problem-Based Learning，PBL）的教学是围绕课程知识点特定的教学目标，通过设置复杂、真实、有实际意义的问题情境，在教师引导下，通过课堂内外师生互动，从该情境下如何有效地解决问题这一目标出发，全面提升学生知识理论水平、解决问题技能和自主学习能力的一种教学模式[7]。近年来，笔者在给排水科学与工程专业课程的教学活动中，通过实践PBL教学模式，收到了较好的教学效果，但面对水污染治理领域迅速增加的对人才治理能力的需求，以及不断提升的治理水平需要，如何在工程教育专业认证的大背景下，明确水环境保护与给排水行业对专业人才培养的要求，理清“水处理工程（I）”课程的教学目标，设计合理的教学环节和过程，仍然是目前相关工程专业课程改革的难点[8]。

为此，笔者顺应环境工程、给排水科学与工程专业工程教育改革和认证的趋势，将OBE教育理念对专业人才的培养要求，细化分解到相应课程中[9]。在此基础上，根据“水处理工程（I）”课程在专业人才培养体系中的定位和作用，梳理该课程的教学产出和目标[10]。打破传统“以教师为中心，课程和知识点导向的”教育取向，结合行业对专业知识和能力的需求，利用现代信息技术，构建了基于OBE理念的PBL教学模式，应用于“水处理工程（I）”课程的教学改革中，并结合近两年的教学应用，对新教学模式的效果进行了评价。

1 基于OBE理念的PBL教学模式的构建

学生学习的成果主要体现为知识和能力两方面，成果导向教育（OBE）就是以这种知识和能力提升为成果目标，驱动课程教学活动的教学理念[11]，其核心在于“以学生为中心”“成果导向”和“持续改进”[12]。基于问题式学习（PBL）的教学则是依托问题解决驱动课程教学活动的教学模式，其实施关键在于问题的设置和问题解决过程的引导[13]。综合OBE教学的设计和PBL教学的实施，可以发现OBE和PBL教学融合的关键点在于如何围绕成果导向确立相应的课程目标，进而围绕知识点设置合适的教学情境和问题[14]。

根据OBE理念和PBL教学模式的理论，笔者设计了工程专业课程教学过程中基于OBE理念的PBL教学模式（见图1）。

具体来说，首先依托OBE理念，通过相关专业和用人单位的调查，从行业人才和相关单位需求出发，梳理相关专业的人才培养目标，完善改进专业学生的毕业要求，重点体现在知识结构和能力水平两方面。其次，针对专业学生的毕业要求，编制专业培养方案的能力矩阵，将人才培养的指标分解到相应的课程上，同步完善相关专业的培养方案，优化课程体系。在此基础上，明确相应课程在培养方案中对毕业生知识掌握和能力提升方面的指标要求。

相应课程在人才培养体系中知识、技术和能力等方面的课程目标被明确后，就可以针对这些教学目标和要求，采用PBL教学模式，利用现代信息技术，创设虚拟、真实相结合的工程情境，设置合理、有意义的工程问题，引导学生开展教学互动，主动探索实际问题，通过课内课外协同学习，全面提升学生的知识理论水平、分析解决复杂工程问题技能和自主学习能力。

课程学习结束后，除了基于传统的学生和教师评教环节进行评价外，学校教师也及时收集相关行业的用人单位在学生就业工作后，对毕业生该课程的知识体系和技能训练水平进行评价反馈，以便在后续的课程教学中进行持续改进。

2 基于OBE理念的PBL教学模式在“水处理工程（I）”课程教学中的应用

笔者在给排水科学与工程专业本科生的“水处理工程（I）”教学过程中，结合工程教育专业认证要求，开展了教学改革，实践了基于OBE理念的PBL教学模式。

2.1 “水处理工程（I）”课程教学存在的问题

（1）课内学时有限，课外学习目标不明、手段不多，影响学生的学习效果。

根据调查和相关专业的培养规范，各校“水处理工程（I）”的课程普遍为2-3学分（32-48学时），课程教学也多为“多媒体结合板书”的课堂讲授方式。由于课程内容包含了物理、化学等多种类型单元处理方法，各单元知识点又都涵盖基本原理、工作过程、种类与特点、运行与管理、单元设计计算等诸多内容，加之学生培养方案对课程学分和学时的限制，目前有限的课内学时无法满足学生课程学习的要求。此外，课外学习目标仍以课程知识点掌握为主，学习手段也多为作业、小论文等常规模式，学生学习兴趣不高，自主问题解决能力训练薄弱。

（2）课程实践机会有限，构筑物内部结构不易见，影响学生的工程概念。

课程实习可以帮助学生更好地建立水处理构筑物的工程概念，但多数情况下，现场参观见到的构筑物多为带水运行状态，学生难以了解构筑物的内部结构。部分处理单元如加氯间，由于安全管理等级较高，学生无法进入参观。这些课程实践中的问题，也影响了学生工程概念的形成。

（3）设计类习题解答多需借助相关规范和手册，课内讲授不足，影响学生对知识的理解与应用。

处理单元的设计计算是本课程中较为典型的一类习题。由于该类习题多来源于工程实际，因此相关设计计算中的大量经验参数和公式均来自设计规范和设计手册。但受课内学时限制，对规范条文和设计方法的解读并不详细，在一定程度上影响了学生的知识理解与应用。

2.2 明确教学目标与改革方向

针对目前“水处理工程（I）”课程教学中存在的问题，基于OBE理念，在专业指导委员会的支持和院校相关部门的大力协助下，笔者通过走访多个给排水行业的规划设计科研单位、水务公司以及各级城建、水务等政府相关职能部门，重新梳理了我校给排水科学与工程专业的人才培养目标，即“深入理解城市水系统，特别是水处理工程基础理论与发展前沿的相关知识；熟练掌握水处理工程的设计能力，具备根据真实条件下原水不同条件和处理目标，确定处理工艺流程，开展工艺单体计算，设计净水工程的能力；通过学生间、师生间的讨论交流，能够分析复杂的水污染问题原因，综合社会伦理、艺术美学等，针对性地提出科学合理有效的处理工程解决方案，培养解决复杂工程问题的能力。”在这一教学目标的指引下，开展基于OBE教育理念的PBL教学模式改革，优化了专业人才培养方案，以人才培养目标要求为依据，构建理论知识、应用能力和综合素质融合的理论课程体系。建立开放型多层次的综合实践体系，合理安排专业课程和实践课程的内容和比重，注重培养发展应用型人才，制作了课程体系与能力培养矩阵，为毕业生“知识+能力”双轮驱动提供保障。

2.3 创设“虚实结合”的教学情境

随着现代化教学手段在高校的运用和发展，线上和线下相结合的两位一体的教学模式已经成为高校课堂的主要形式。在OBE理念下，“水处理工程（I）”课程教学要有与时俱进的思维，有效利用现代信息技术手段，积极开展线上线下融合的教学模式，充分调动学生学习的积极性与主动性，培养学生解决实际问题的能力。灵活运用网络手段改善传统教学的固化模式，科学融合虚拟场景和工程问题，创设“虚实结合”的教学情境。其中“实”指课程教学中创设的情境来源于工程实际，是工程真实存在的场景和问题；而“虚”则是指创设教学情境的手段采用虚拟现实、增强现实技术。在“水处理工程（I）”的教学活动中，为保障教学目标的实现，在实验室或电脑、手机桌面系统中，利用虚拟现实、增强现实等技术构建自来水厂、净水处理工程等真实工程情境，通过来源于真实工程的问题，引导学生在“虚实结合”的教学情境中学习和思考，为强化学生的工程概念、培养学生工程问题分析解决能力提供有力支撑。

2.4 营造内外协同的教学过程

OBE教育的目标是使本专业的毕业生达到被行业认可的标准，而问题的设计和解决又是基于OBE理念的PBL教学模式发挥作用的重要途径。以培养目标达成为核心、以问题设计和解决为抓手，是“水处理工程（I）”教学过程中的重要手段。因此，在教学过程中，设计参与度高、真实性强、工程意义大的水处理工程问题，从问题现象理论分析与解读、问题解决技术与方案提出、工程设计、工程运行管理等方面，借助课内讲授、课外引导的共同作用，促进学生自主自发寻找问题的解决方案，在水处理工程专业知识获取、技能训练和能力提升等方面，形成协同提升的有利局面。

3 基于OBE理念的PBL教学模式的应用效果

基于OBE理念的PBL教学模式应用于我校近2届给排水科学与工程的“水处理工程（I）”教学活动中，得到了学生的一致好评。网络调查的结果表明：128人投票，除8.6%的学生（11人）认为作用不大外，其余91.4%的学生（117人）认为基于OBE理念的PBL教学模式，课程讲授中问题设置真实、有趣，改善了学习效果；82.0%的学生（105人）认为，新型教学模式的“水处理工程（I）”课程教学对毕业求职帮助很大。

4 结语

基于OBE教育理念的PBL教学模式将OBE（Outcome Based Education）教学理念有机融入PBL（Problem Based Learning）教学方法中，激发了学生对该课程的兴趣，丰富了课程的学习方式，实现了课内、课外学习的有效协同，有效地提升了教学效果，为专业人才培养目标的实现提供了有力的支持。