水电站任务驱动和项目导向整合教学模式探索与实践

王慧明 郑永朋 芒来

内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院 内蒙古呼和浩特 010018

在以教师为中心的传统教学中，教师发挥主导作用的同时往往忽视了学生认知主体地位的体现，而且教师越主导，学生就越被动[1]。基于知识点驱动的传统课堂教学模式，教师单向讲授，容易使学生感觉理论学习枯燥、内容抽象，难于消化和理解，学生处于被动地位，主动参与教学的意识淡薄，学习兴趣不浓厚，学习效果不理想。课程设计环节，由于理论知识及灵活运用能力的不足，学生很难将所学知识融会贯通并应用于具体的工程规划设计。

水电站是水利水电工程专业的核心课，内容涉及面广，实践性强，要求教师传授和学生学习要善于理论结合实际。随着课程改革的不断深入，水电站课程的学时减少。与此同时，新理论、新技术、新工艺不断涌现。在这种情况下，有机地组织教学并保证教学内容的相对完整和不断更新，进一步提高学生的工程应用能力，就需要打破传统的教学方法和教学模式，不断转变教学观念，充分利用信息技术手段，更新教学内容，注重课程体系的优化和改革。

建构主义理论是当前国内外主流教学和学习理论之一。由于能够为教学设计理论提供新的研究方法和依据[2]，特别是与当前高校专业认证的OBE理念相吻合，建构主义理论正在被越来越多的教师在教学设计中采用，成为许多高校深化教学改革的理论依据之一。建构主义理论的核心可以概括为：以学生为中心，强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识的主动建构，而不是像传统教学那样，只是把知识从教师的讲授传送到学生的笔记本上[3]。

基于建构主义理论的任务驱动教学法和项目教学法作为契合学生的认识过程和认知规律的教育教学方法，逐渐被教育领域运用。这两种教学法都是以探索问题来引发和维持学生的学习兴趣和动机[4]，将课堂理论与实践进行了完美的结合，通过教师的引导让学生通过主动学习，将书本上抽象的理论变成实际的应用，充分体现学生的主体地位。

任务驱动教学法是探究式教学模式中最常用的一种教学方法。教师根据教学要求提出有实际意义的、符合学生认知水平的“任务”，以完成一个个具体的“任务”为线索，把教学内容隐含在每个“任务”之中。学生在教师的指导下提出解决问题的思路和方法，完成相应的“任务”[5]。当学生完成一个个任务后也就建构了所学的新知识。

项目教学法也称为项目导向教学法，是在教师指导下，学生自主完成一个完整的实践性项目而进行的教学活动[6]。项目教学不再以知识点为线索，而是以项目实施的过程作为核心，以成果为驱动，通过学生的自主行动，以团队合作的方式，开展探索创新工作。在此过程中充分激发学生的主动性、发掘学生的创造性、增强学生的协作性。

任务驱动教学法与项目教学法各有利弊。任务驱动教学法适合进行新知识和新技能的学习，任务的设置灵活多样，可以针对某个知识点，也可以遵循固有的知识结构关系综合性较强的有一定难度的单元或模块。项目教学法则要求打破固有的知识结构，综合运用已经学过的知识、技能、工具和方法，解决未曾遇到过的新问题。将二者结合起来进行课程教学，恰好符合了学生的认知规律，能够充分发挥学生自身的主观能动性和社会性活动在知识建构中的作用，可以切实提高课堂教学效果，满足课程教学目标的要求。

基于建构主义和混合式学习理论，以学生为中心，以结果为导向，遵循学生学习能力培养的基本规律，水电站课程任务驱动和项目教学法整合模式的体系结构分为三层：基于理论教学的基础层面、基于模块的提高层面和基于课程设计的拓展层面。基础层面和提高层面采用任务驱动教学法，拓展层面采用项目教学法。充分利用多媒体、雨课堂、慕课平台等教学资源和手段，以培养学生综合能力为出发点，提高学生学习的积极性，通过理论与实践一体化教学，实现做中学、学中做、教学做一体化。

(一)基层层面

将教学内容根据知识点分解成若干学习任务，教学以任务驱动展开。以具体实例作为先导，进而提出问题，分解并布置任务，引导学生分析和解决问题，完成任务。在相对较短的时间内，较为有效地将理论教学和实践教学统一起来。

(二)提高层面

通过基础层面，学生初步建构了课程所需的知识体系。为了熟练应用新知识，形成有机联系的知识体系，将教学内容根据课程特点和教学需要分解成若干个模块，每一个模块之后，设计较为综合的任务。通过工程实际的启发将学到的知识点有机串联起来，充分调动学生的主动性和积极性。

(三)拓展层面

这一层面通过课程设计，以项目教学法实施。经过基础层面和提高层面，学生已基本具备中小型水电站设计所需的基本知识。在拓展层面，要求学生分组完成综合性的项目，解决之前从未遇到过的问题，具有较强的开放性，需要学生自己克服和处理。通过项目的实施有助于充分发掘学生的探索创新能力，同时也能够有效提高学生的团队合作意识。

根据水电站课程的特点，按照专业认证的基本要求，基于典型项目和学习任务的课堂教学模式，实现“教、学、做”一体化教学设计。该模式由“理论教学”“模块综合”“课程设计”三个环节组成。

(一)理论教学环节

基于OBE理念，以培养目标和毕业要求达成为目标，强调学生基础理论、基本知识和基本技能的培养，水电站课程的教学大纲进行了修订，增加了水电站计算机监控系统知识介绍、同步发电机的基本工作原理、构造和交流绕组基础知识、水轮机转轮进出口速度三角形的计算和绘制等内容，补充和完善了厂房采光、照明、通风、采暖、空气调节、技术供水、排水系统等内容。

依据课程教学大纲，将知识点分为核心和拓展两个类别。核心知识点侧重课堂教学，重点是构建课程知识体系，抓好学生易于混淆的环节。核心知识点的应用则作为学习任务，以作业和在线测试的形式完成。拓展知识点全部作为学习任务，需要学生自学教材、查阅相关文献及书籍独立完成，通过作业、自学笔记和在线测试考核学习效果。例如，在水轮机类型、构造及工作原理部分，完成混流式水轮机的结构和工作原理部分核心知识教学后，布置水轮机转轮进出口速度三角形和水轮机基本方程计算题。自学混流式水轮机转轮的止漏装置、减压装置和补气装置拓展知识点并提交学习笔记和作业，完成在线测试以检验学习效果。水电站厂房轮廓尺寸部分，在讲解完厂房长度、宽度和高度的确定方法核心知识点之后，作为学习任务在给定水轮机尺寸、蜗壳以及尾水管的型号和尺寸的情况下，初步拟定厂房的尺寸，以作业的形式完成。在讲解完主厂房设备布置与设计部分之后，布置拓展知识点学习任务，完成一个厂房的采光、照明、通风、采暖和空调设计，教师指定学习资料，学生完成自学笔记、大作业和在线测试。

(二)模块综合环节

将水电站课程分为水轮机选型、发电机和辅助设备、厂房与输水系统三大模块，每一个模块设置单元任务或开放型任务，以单元测验、大作业或实验报告的形式完成。

1.水轮机选型模块

本模块综合了水轮机类型和构造、蜗壳和尾水管、水轮机的特性及选型三个子模块。子模块的学习任务分别对应水轮机模型认识实验、蜗壳单线图的绘制和混流式水轮机模型效率实验，要求分组和独立完成两个实验报告和一个大作业。混流式水轮机模型效率实验需要学生小组协作完成，6～7人一组分组讨论确定开度值系列，每位学生至少测量一个导叶开度下的数据，测定模型水轮机在各种工况下的运行效率，实验完成后每位学生需根据本组所有开度下的数据绘制等开度线和等效率曲线，提交符合要求的实验报告。

2.发电机和辅助设备模块

本模块涉及发电机、励磁系统、主阀、调速系统、油气水系统、技术供水系统、排水系统等，内容繁多，但教材讲解偏于简单。在理论教学环节拓展知识点学习任务布设要考虑任务的可操作性，补充资料，拓展相关知识，在此基础上布置主要附属设备选择和双层绕组展开图绘制作业，配合水电站模型认识实验报告完成学习任务，以提高知识的综合应用能力，培养学生的系统性思维和创新设计能力。

3.厂房与输水系统模块

本模块包括引水式地面厂房布置设计和调压室两个子模块。厂房布置设计要完成卧式机组主厂房尺寸拟定和平、剖面图的绘制作业和水电站厂房模型认识实验报告。调压室子模块的学习任务以调压室实验报告的形式完成，学生分组讨论确定管路组合状态，分工协作，使用计算机系统完成每种组合的动态数据采集，分析调压室结构、管道特性、负荷变化方式等因素对调压室动态水力特性的影响，每位学生提交符合要求的实验报告。

(三)课程设计环节

课程设计选择能够涵盖教学大纲主要知识点的实际工程项目，采用项目教学法。有时项目教学法达不到预期的效果，其根本原因归结于未能发挥团队的协作精神，团队的任务分工和管理不到位[7]。可以说，团队协作是项目教学法的基础和前提。教师要做好分组工作，根据学生的学习能力和性格特点，按照“组间同质、组内异质，优势互补”的原则，将全班分组，每组4～5人，进行强弱有效组合和任务分工，赋予小组足够的权责，充分发挥小组中每个成员的作用。为此在总成绩中小组评分要占一定比例，各小组要综合考虑小组成员在本设计中完成任务的多少和贡献度自行评定成绩，真正做到成绩考核贯穿于整个设计过程。各小组完成设计任务后，学生对所学的知识点和完成的项目任务进行总结，以组为单位汇总项目设计成果，组内人员自我评价、组内互评，按小组提交设计成果，教师对各小组的设计成果进行综合评价和考核，必要时可以开展组间互评。

任务驱动和项目导向整合教学模式分基础层面、提高层面和拓展层面，从“理论教学”“模块综合”“课程设计”三个环节，实现“教、学、做”一体化教学设计。基础层面和提高层面采用任务驱动教学法，拓展层面采用项目教学法，探索基于典型项目和工作任务的教学模式，充分发挥学生的主观能动性和团队协作精神，着力提高学生知识综合应用能力、系统性思维和创新设计能力。

在2018级水电站课程教学中应用任务驱动和项目导向整合模式，取得了良好的教学效果，有效解决了课时少与学习内容多之间的矛盾，拓展了学生学习的深度与广度，调动了学生的学习积极性和主动性，学习效果得到了明显的提升。与前两年的传统教学模式相比较，课程平均成绩分别提高了2.5分和11.0分，课程设计平均成绩分别提高了1.9分和5.3分，这也进一步说明了改革课程教学模式的必要性和可行性。