基于OBE-BOPPPS理论的《水工程专业课程群》教学模式构建与评价

《Water》：A Study on the Teaching Model for Hydraulic Engineering Curricula Based on the OBE-BOPPPS Theory Yuqiang Wang, Miaoyan Liu, Rifeng Xia and Yu Zhou

本文针对传统水利工程教育中课程割裂、知识碎片化、内容重叠与缺失等问题，以“学生中心、成果导向、持续改进”的OBE（Outcomes-based Education）教育理念和强调互动反馈的BOPPPS（Bridge-in, Objective, Pre-assessment, Participatory Learning, Post-assessment, Summary）教学模型为理论基础，系统构建了一个跨学科的“水工程专业课程群”教学模式。该模式旨在打破课程壁垒，整合知识体系，并建立了一个连接“教师-学生-课程”与“知识-能力-素养”的三维“主体-目标”系统。通过主成分分析（PCA）、熵权法、CRITIC法等多指标综合评价，证实了该课程群教学模式在知识系统性、教学精准性及学生综合能力培养上显著优于传统教学模式，为实现动态优化与精准反馈、系统培养水利工程创新实践人才提供了科学路径与实践支持。

　　

引言

随着高等教育改革的深入，传统水利工程教育模式的局限性日益凸显。现有课程设置往往相互独立，导致知识体系碎片化，内容存在重叠与缺失，难以帮助学生构建系统的专业知识框架。核心课程如《工程材料》、《水工建筑物》和《水资源规划》通常由不同教师分开讲授，缺乏内在联系，使得学生难以理解水流动力学、工程结构和水资源管理之间的系统性关系。更关键的是，水利工程本身具有系统性、综合性、实践性强的特点，但割裂的课程设计阻碍了学生综合运用知识解决复杂实际工程问题的能力。这种孤立的教学方式影响了学生对专业知识的掌握、拓展以及解决复杂实际工程问题的能力，最终可能导致整体教育质量受损。

针对上述问题，本研究以成果导向教育（OBE）理论与强调课堂互动与反馈的BOPPPS教学模型为理论基础，探索并构建了一种新型的“水工程专业课程群”教学模式，旨在打破传统课程间的壁垒，实现知识的系统化传授与学生综合实践能力的协同培养。

OBE-BOPPPS教学理论

OBE（Outcomes-based Education）理论以学生的学习成果为中心，强调学生未来应具备的职业能力。BOPPPS教学模型则根植于认知理论与建构主义，注重学生在课堂中对知识的掌握，并突出教学的互动性与反馈性。它是一个系统化、以学生为中心的有效教学设计及实施理论，核心目标是通过结构化的教学程序和整合的反馈机制来提升教学效果与学习成果。BOPPPS模型包含六个关键环节：导言（Bridge-in）、目标（Objective）、前测（Pre-assessment）、参与式学习（Participatory Learning）、后测（Post-assessment）和总结（Summary）。

OBE-BOPPPS教学理论的结合优势在于，它既强调基于明确学习成果的逆向设计，又具备结构化的教学过程和闭环反馈机制，从而增强了教学的有序性、透明度和效率。在该框架下，教师关注的核心问题是“学生如何学习什么”，而在水工程课程群教学模式中，核心则是“如何让学生更好地习得知识”。教学目标的设定与课程内容结构和认知规律相结合，教学方法强调参与式教学，鼓励学生发挥主动性、独立思考和培养创新思维。基于此理论构建的水工程课程群教学模式，不仅强调融合教学互动与反思的闭环反馈机制，更进一步坚持以学生为中心的教学实践，旨在超越单门课程的界限，整合课程群知识，激发学生的创新能力。

课程群教学模型的构建与评价指标

模型构建指标体系的确定

为确保对水工程课程群教学模式评价的科学性，建立的指标体系需遵循可行性、目标导向性、完整性和前瞻性等核心原则。指标应现实、精炼、可操作，紧密围绕课程群教学模式构建的具体任务，全面覆盖教学模型开发的关键阶段与要素，并兼顾未来发展，使评价体系具有时代适应性和引导性。

三维“主体-目标”系统的设计

为克服传统教学方法在提升学生知识与能力方面的局限，本研究基于OBE-BOPPPS教学理论，构建了一个整合“教师-学生-课程”和“知识-能力-素养”的三维“主体-目标”系统。该系统将课程内容和目标分解为可量化、可评估的指标，实现跨课程的无缝整合与拓展，确保教学目标与行业能力要求的精准对接。该理论框架融合了布鲁姆教育目标分类学和CDIO（Conceive, Design, Implement, Operate）工程教育理论，从而构建了一个分层、递进、动态互联的培养模式。教学体系以学生为中心，以提升专业能力为目标，教师负责课程群知识的传授、整合、拓展以及最终评估。

目标体系立足于专业知识原理与前沿技术，分为基础、提高、创新三个层次，以促进学习的渐进深入。能力培养围绕CDIO全周期能力链展开，从学科核心基础到工程设计及跨学科创新，同时与非技术能力标准对接，并强化工程规范与伦理意识。三维“主体-目标”系统通过“教师-学生-课程”的协同路径，实现从知识奠基到能力转化，最终到素养内化的递进，其结构如图1所示。

课程群教学模型的构建

构建水工程课程群教学模型的核心在于：整合行业前沿技术与多学科学术优势，树立现代校企协同育人理念。为培养学生的专业能力与创新能力，本研究定义了产学研融合理念下跨学科涉水专业人才人工智能素养的核心构成，开发了水工程专业核心课程群，建立了跨学科、跨课程的知识图谱。设计了数字化教学方案，引导学生构建个性化知识层级，训练综合应用能力，培养终身学习素养，其构建路径如图2所示。

模型架构强调强化四大关键教学领域：基础课程、核心课程、实践训练与创新实践。加强《水网设计课程设计》、《水工程数字孪生》等实践性课程建设。以学生为中心，实施课堂讲授、MOOC教学、虚拟仿真教学与创新互动实践，旨在强化实质性发展，并执行数字化-智能化教学设计方案，其设计思路如图3所示。

水工程课程群教学模式评价指标

本课程群教学模型的评价遵循以下核心原则：一是成果导向原则，以学生最终获得的能力和素质为起点与归宿，指导整个教学过程的逆向设计与持续改进。二是系统性原则，将课程群视为有机整体，指标构建应覆盖教学投入、过程、输出的全链条，并强调课程间的协同关系。三是数据驱动教学原则，充分利用“互联网+”技术，实现教学相关数据的实时采集、多维度分析与可视化呈现，推动评估从经验判断向精准诊断演进。四是多方参与原则，整合教师评价、学生自评与互评、行业与企业反馈，形成闭环评价体系。

水工程课程群教学模式构建的评价指标体系由三个一级指标构成，每个一级指标下细分若干二级指标，具体如表1所示。

课程群教学模型的评价方法

数据统计

为评估课程群教学模式的应用效果，基于指定的评价指标（见附录）开发了调查问卷。本研究共收集了122份有效问卷。25个指标的得分分布以堆积条形图呈现于图4。

数据的统计特征以雷达图展示于图5，其中蓝色表示均值，绿色表示中位数，红色表示评分参考线（设定为3分）。

不同方法的分析过程

为探究水工程专业课程群教学模式的有效性，本研究采用了主成分分析（PCA）、熵权法和CRITIC法进行综合评价。主成分分析揭示了指标间的结构信息，熵权法捕捉了由指标变异程度反映的客观信息量，而CRITIC法则进一步综合了对比强度与指标间相关性。这三种方法采用互补的赋权方式，能够从多角度全面评估课程群教学模式的效果。

主成分分析（PCA）

主成分分析（PCA）是一种经典的多元统计技术，旨在通过线性变换将一组相关变量转化为少数几个不相关的主成分，在降维的同时尽可能保留原始数据集的方差。通过对标准化数据矩阵Z计算协方差矩阵S，并进行特征分解得到特征值λ_i及其对应的特征向量w_i。与最大特征值对应的特征向量构成第一主成分，后续主成分按特征值降序排列。第i个主成分的方差贡献率定义为Explained_i= (λ_i/ Σ_j=1^pλ_j) × 100%，其中p为评价指标数量。本研究在累计方差贡献率超过80%的条件下，选取了前八个主成分，并据此构建指标权重。最终的综合得分通过将原始的1-4分评分与各自权重加权计算得出，得分仍落在1-4分范围内。得分高于2.5分表明评价整体倾向于支持课程群教学方式。

各条目的最终权重计算结果如图6所示。

主成分的特征值及方差贡献率如表2所示。

熵权法

熵权法是一种基于信息熵理论的客观赋权方法。其基本原理是通过评估指标值的离散程度来衡量指标所包含的信息量。一般而言，指标间的变异程度越大，其信息价值越高，在综合评价中的作用越重要，权重也越高。反之，若某指标在不同样本间差异很小，其信息熵相对较大，对综合评价的贡献则较小。

熵权法的主要步骤如下：给定标准化评价数据矩阵X (x_ij)，首先计算第j个指标在第i个样本中的比例p_ij= x_ij/ Σ_i=1ⁿx_ij。设样本量为n，评价指标数量为p，则第j个指标的信息熵定义为e_j= -k Σ_i=1ⁿ(p_ijln p_ij)，其中k = 1 / ln n。基于熵值e_j计算各指标的差异系数d_j= 1 - e_j，最终第j个指标的权重w_j= d_j/ Σ_j=1^pd_j。该方法同样被应用于本研究的综合权重计算中。