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摘 要：结合专业新行业发展观，按照工程认证与新工科建设要求，以OBE理念为指导，坚持以学生为中心，注重实效产出，将思维导图法引入专业基础课与专业课教学过程，采用调查问卷、作业反馈、成绩分析等方法对实践效果进行检验和分析，结果表明思维导图法对于提升教学效果和教学质量成效显著。后续可在更多专业课教与学过程中应用，以思考点替代知识点，将工科思想贯穿其中，深入挖掘处于中心主体地位的学生潜能，激发创新思维，将认知思维、技能训练和情感价值观塑造，通过可视化的思维导图形式，深度融合，提升解决复杂工程问题的能力。
关键词：OBE理念;思维导图;给排水科学与工程专业;复杂工程问题
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）29-0088-04
Abstract： The basis of this study is the combination of professional development concept of new industry， the requirements of engineering certification and new engineering construction， under the guidance of OBE concept， adhering to student-centered， paying attention to actual results. In this study， mind mapping was introduced into the teaching process of specialized basic courses and specialized courses， and the practical effects were tested and analyzed by questionnaire， homework feedback and performance analysis. The results show that mind mapping has a significant effect on improving teaching effect and teaching quality. The mind map can be used in more specialized courses in the future. Thinking can replace knowledge points with the engineering idea in it， which has a dig at the center main body position of students potential， inspires innovative thinking， shapes cognitive thinking， skills training and emotional values. Through the visual form of mind mapping and depth fusion， the ability to solve complex engineering problems can be improved.
Keywords： OBE concept; Mind Mapping; Water Supply and Drainage Science and Engineering; complex engineering problem
專业课的任务，是使学生掌握必要的专业基本理论、专业知识和专业技能，了解本专业的前沿科学技术和发展趋势，培养分析解决本专业范围内一般实际问题的能力[1]。即利用宽厚扎实的学科知识储备和全面立体化发展的人文、科学素养，结合科技创新与实践应用，解决复杂工程问题。新工科建设与全行业链条新发展对专业提出了设备化、装备化、仪表化、信息化、智能化，工程与社会、经济、管理紧密结合等新要求[2-3]。为实现水的良性社会循环的新行业发展观，需将系统化理念落实到教学过程中，强化水问题系统整体解决思想，培养具有系统化理念和知识的行业高级专门人才[2]。因此教学过程中增加解决复杂工程问题的思路启发，引导学生如何通过思考把知识变成工程应用的切入点，极其重要[4]。
OBE（Outcome Based Education），提倡以学生为中心，学习成果为导向，是工科专业教学改革的先进方向，在很多国家实施取得了良好成效和正向反馈，是改善教学质量、追求卓越教育的有效理念与实施方式[5-7]。英国“记忆之父”东尼·博赞根据脑神经生理学习互动模式创造的思维导图是一种终极组织性思维工具，通常由一个中心向周围发出有层次的分支树状结构图形构成[8]。思维导图的绘制可借助Mindjet、Min Manager、X-Mind、Free-mind等软件。思维导图在信息梳理、个人认知、思维能力训练、思维模式升阶等方面应用广泛。
一、基于思维导图法的教学过程设计
创新性、高阶性与挑战度应贯穿于整个教学过程环节设计。在OBE理念指导下，通过教师的引导、提问、组织与讲授，将教学内容问题化，高阶问题思维化，全程思维可视化，可视图形逻辑化，全过程倡导批判性思维，鼓励思维碰撞、思维迁移，借用思维导图这一媒介形式，记录思维足迹印记，使占据主体中心地位的学生学习从表层认知学习进入深度能力培养，形成具有个体辨识度的自主学习策略，提倡发散思维，注重与所讲内容相关其他学科的深度交叉与融合，同时将家国情怀、科学精神、人文素养如春在花、如盐化水般植入教学过程全环节。整个教学过程设计如图1所示，使学生获得终身思考、终身学习的优良习惯，提高解决复杂工程问题的能力。 图1 OBE理念下教学环节设计
二、思维导图法在教学全过程中的应用举例
在OBE理念下，按照上述教学环节设计，思维导图可应用于诸多教学环节具体分析如下：
（一）教师对课程章节架构梳理
教师在深度备课过程中，可充分利用思维导图法中图文并茂、展现思维过程等优点，对课程的章节架构进行进一步梳理，有助于帮助学生从顶层了解一门课程的认知层面结构，理解各个章节之间的关系及前后章节之间的联系，不但搞清楚要学什么，还要弄明白为什么要这样学以及每部分怎样学。以水资源利用与保护课程为例，可分三个板块分别回答3W问题，即What，Why和How，如图2所示。
（二）教师授课板书设计
信息时代，现有课程大多采用多媒体授课，而授课板书是最传统的师生实时交流互动方式，具有现场性、印象深刻性等众多优点，是教师教学中不可或缺的基本功之一，也是保证课堂授课效果和提高教学质量的最有效手段，与多媒体授课结合使用有助于帮助学生强化关键知识点记忆、梳理内容结构。授课板书设计形式主要有摘录提纲、图形示意、板画赋形三种，其中摘录提纲式最常用。将思维导图学习方法引入板书设计，可以在原有板书设计基础上，将各个知识点之间的关系更好地呈现出来，并通过可视化、逐步展现的形式，以思考点替代知识点，结合高阶思维提问等方式，激发学生的学习兴趣，引导学生主动思考，提升综合思维能力。在课堂设计中，可融入提出问题、分析问题、解决问题等环节，给学生以问题思考的过程。
（三）学生课堂笔记记录
从学生角度而言，记笔记是强化课堂记忆，加深理解的重要学习方式。传统记笔记方式過于机械，仅能起到加深记忆的效果。在OBE理念下，强调学生的主体中心地位和实效产出导向，通过批判性思维和过程化思考方面的练习，期望达到提升高阶思维与解决复杂工程问题的能力。具体分解到每一节课堂教学中，引导学生根据授课教师讲授过程中采用的启发式、讨论式、纠错式等方式，结合自主思考，形成个性化思维导图，充分利用课堂时间，提高课堂效率和效果。让学生将思考贯穿于整个课堂讲授，将其全过程形成可视化思维导图文件记录下来，梳理课堂所学内容，充分进行思维发散，然后学生在课后仍可对课堂所记录笔记进行补充完善，以达到重视过程，满足产出导向，提升思考力、学习力的培养目标。
（四）学生复习总结
课后复习总结是对课堂讲授知识的进一步深化理解，是加强记忆，立体消化的重要学习方式和能力提升途径。将思维导图法引入应用于复习总结环节，有助于在前述各环节的基础上，帮助学生从整体上进一步梳理认知框架结构，形成知识骨架，并通过高阶思维思考，交叉融合，结合实践应用，将提升解决复杂工程问题能力的关键思考点以思维足迹印记方式补充在知识框架结构中。既体现学生对所学知识的整体把握，又考虑到具有可创新性、针对实际问题等细节思考点，使复习总结过程深度化、可视化、过程化全方位呈现。这样体现了以学生为中心主体地位的前提下，可鼓励差异化成效产出与技能获得。
将思维导图法应用于多门课程复习总结环节，取得了较好的学习效果。学生课后绘制的思维导图，采用手绘、软件绘制等方式，形式多样。不仅梳理了课程所学知识内容，有助于认知教学目标达成，同时思考了各知识点及章节内容之间的逻辑关系，并将思维过程图形化，形成可视化的图形印记，锻炼解决实际问题的技能，注重高阶能力培养。
三、思维导图法应用成效分析
自2016～2020年陆续在多门课程教学中引入了思维导图法，由问题情景出发，以思考点取代知识点，构建高阶思维课堂。结果表明，在激发学生学习兴趣、调动学生积极性、增强学生参与感、提升思维能力与解决复杂工程问题能力等方面成效显著。采用调查问卷形式，选择中心主体地位学生进行反馈，共收回有效调查问卷118 份。调查结果如图3所示，设置的6个问题均得到了90%以上的正向反馈。
此外，对建筑给水排水工程课程2013/2014学年第一学期（未使用思维导图法）与2018/2019学年第一学期（使用了思维导图法）学生期末考试成绩进行对比分析，如图4、图5所示。由图可见，教学质量与教学效果提升显著。其中，有两个班的期末平均成绩分别增长21%和17%，优秀率和良好率大幅提升（1班优秀率增长22%，良好率增长51%;2班优秀率增长11%，良好率增长43%）。应用思维导图法后，两个班期末成绩无不及格人次。
四、结束语
工程教育认证倡导采用OBE教育理念，在该理念下学生是中心主体，是主动学习者。在教学过程中采用思维导图法，可调动处于中心主体地位——学生的学习积极性与学习兴趣，加强学生在教与学全过程中的参与感，提升高阶思维能力，注重实效产出，以问题为导向，将思维过程可视化，培养提出问题、分析问题、解决问题的能力，适应行业发展新需求，解决复杂工程问题。在给排水科学与工程专业教学中，将思维导图法分别应用于水分析化学、建筑给水排水工程、水资源利用与保护三门课程，应用与实践结果表明，思维导图法对于提升教学效果和教学质量成效显著。在教学过程中，以思考点代替知识点，将工科思想贯穿其中，深入挖掘处于中心主体地位学生的无限潜能，激发学生创新思维，将认知思维、技能训练和情感价值观塑造通过可视化的思维导图形式，深度融合，提升课堂教学质量和学生学习效果，注重学生产出导向，结合全过程评价与反馈，持续改进，培养学生解决复杂工程问题的能力，满足行业新发展对人才的需求。
参考文献：
[1]张智，蒲清平，向平，等.给排水科学与工程专业家国情怀教育的思考[J].给水排水，2020，46（10）：150-154.
[2]崔福义.满足行业人才需求是给排水科学与工程专业的责任与使命[J].给水排水，2019，45（11）：1-4.
[3]黄向阳，曾涛涛.新工科背景下地方高校给排水科学与工程复合型人才培养的探索与实践[J].给水排水，2020，46（12）：122-131.
[4]张纯，蒋海燕，邓玉梅，等.给排水科学与工程专业学生复杂工程问题解决能力培养研究[J].高教学刊，2020（27）：169-172.
[5]邱剑锋，朱二周，周勇，等.OBE教育模式下的操作系统课程教学改革[J].计算机教育，2015（12）：28-34.
[6]姜翠翠，邱松山，张钟，等.基于OBE教育理念的食品科学与工程专业教学改革与探讨[J].农产品加工，2016（2）：79-81.
[7]任晓莉，佟春生，赵金安，等.基于OBE的发酵工程实验教学改革探索[J].化工高等教育，2014（2）：65-67.
[8]东尼·博赞.思维导图[M].北京：中信出版社，2009.
基金项目：教育部高等学校给排水科学与工程专业教学指导分委员会教改项目“给排水创新创业教育模式探索与实践”（编号：GPSJZW2020-06）;河北省高等教育教学改革项目“新工科背景下的‘虚实结合’教学模式探索与实践”（编号：2020GJJG185）
作者简介：雷晓辉（1974-），男，汉族，陕西澄城人，博士，教授级高级工程师，研究方向：水系统调度。
通信作者：柴蓓蓓（1982-），女，汉族，河北邯郸人，博士，副教授，研究方向：水环境修复。
关键词：OBE理念;思维导图;给排水科学与工程专业;复杂工程问题
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）29-0088-04
Abstract： The basis of this study is the combination of professional development concept of new industry， the requirements of engineering certification and new engineering construction， under the guidance of OBE concept， adhering to student-centered， paying attention to actual results. In this study， mind mapping was introduced into the teaching process of specialized basic courses and specialized courses， and the practical effects were tested and analyzed by questionnaire， homework feedback and performance analysis. The results show that mind mapping has a significant effect on improving teaching effect and teaching quality. The mind map can be used in more specialized courses in the future. Thinking can replace knowledge points with the engineering idea in it， which has a dig at the center main body position of students potential， inspires innovative thinking， shapes cognitive thinking， skills training and emotional values. Through the visual form of mind mapping and depth fusion， the ability to solve complex engineering problems can be improved.
Keywords： OBE concept; Mind Mapping; Water Supply and Drainage Science and Engineering; complex engineering problem
專业课的任务，是使学生掌握必要的专业基本理论、专业知识和专业技能，了解本专业的前沿科学技术和发展趋势，培养分析解决本专业范围内一般实际问题的能力[1]。即利用宽厚扎实的学科知识储备和全面立体化发展的人文、科学素养，结合科技创新与实践应用，解决复杂工程问题。新工科建设与全行业链条新发展对专业提出了设备化、装备化、仪表化、信息化、智能化，工程与社会、经济、管理紧密结合等新要求[2-3]。为实现水的良性社会循环的新行业发展观，需将系统化理念落实到教学过程中，强化水问题系统整体解决思想，培养具有系统化理念和知识的行业高级专门人才[2]。因此教学过程中增加解决复杂工程问题的思路启发，引导学生如何通过思考把知识变成工程应用的切入点，极其重要[4]。
OBE（Outcome Based Education），提倡以学生为中心，学习成果为导向，是工科专业教学改革的先进方向，在很多国家实施取得了良好成效和正向反馈，是改善教学质量、追求卓越教育的有效理念与实施方式[5-7]。英国“记忆之父”东尼·博赞根据脑神经生理学习互动模式创造的思维导图是一种终极组织性思维工具，通常由一个中心向周围发出有层次的分支树状结构图形构成[8]。思维导图的绘制可借助Mindjet、Min Manager、X-Mind、Free-mind等软件。思维导图在信息梳理、个人认知、思维能力训练、思维模式升阶等方面应用广泛。
一、基于思维导图法的教学过程设计
创新性、高阶性与挑战度应贯穿于整个教学过程环节设计。在OBE理念指导下，通过教师的引导、提问、组织与讲授，将教学内容问题化，高阶问题思维化，全程思维可视化，可视图形逻辑化，全过程倡导批判性思维，鼓励思维碰撞、思维迁移，借用思维导图这一媒介形式，记录思维足迹印记，使占据主体中心地位的学生学习从表层认知学习进入深度能力培养，形成具有个体辨识度的自主学习策略，提倡发散思维，注重与所讲内容相关其他学科的深度交叉与融合，同时将家国情怀、科学精神、人文素养如春在花、如盐化水般植入教学过程全环节。整个教学过程设计如图1所示，使学生获得终身思考、终身学习的优良习惯，提高解决复杂工程问题的能力。 图1 OBE理念下教学环节设计
二、思维导图法在教学全过程中的应用举例
在OBE理念下，按照上述教学环节设计，思维导图可应用于诸多教学环节具体分析如下：
（一）教师对课程章节架构梳理
教师在深度备课过程中，可充分利用思维导图法中图文并茂、展现思维过程等优点，对课程的章节架构进行进一步梳理，有助于帮助学生从顶层了解一门课程的认知层面结构，理解各个章节之间的关系及前后章节之间的联系，不但搞清楚要学什么，还要弄明白为什么要这样学以及每部分怎样学。以水资源利用与保护课程为例，可分三个板块分别回答3W问题，即What，Why和How，如图2所示。
（二）教师授课板书设计
信息时代，现有课程大多采用多媒体授课，而授课板书是最传统的师生实时交流互动方式，具有现场性、印象深刻性等众多优点，是教师教学中不可或缺的基本功之一，也是保证课堂授课效果和提高教学质量的最有效手段，与多媒体授课结合使用有助于帮助学生强化关键知识点记忆、梳理内容结构。授课板书设计形式主要有摘录提纲、图形示意、板画赋形三种，其中摘录提纲式最常用。将思维导图学习方法引入板书设计，可以在原有板书设计基础上，将各个知识点之间的关系更好地呈现出来，并通过可视化、逐步展现的形式，以思考点替代知识点，结合高阶思维提问等方式，激发学生的学习兴趣，引导学生主动思考，提升综合思维能力。在课堂设计中，可融入提出问题、分析问题、解决问题等环节，给学生以问题思考的过程。
（三）学生课堂笔记记录
从学生角度而言，记笔记是强化课堂记忆，加深理解的重要学习方式。传统记笔记方式過于机械，仅能起到加深记忆的效果。在OBE理念下，强调学生的主体中心地位和实效产出导向，通过批判性思维和过程化思考方面的练习，期望达到提升高阶思维与解决复杂工程问题的能力。具体分解到每一节课堂教学中，引导学生根据授课教师讲授过程中采用的启发式、讨论式、纠错式等方式，结合自主思考，形成个性化思维导图，充分利用课堂时间，提高课堂效率和效果。让学生将思考贯穿于整个课堂讲授，将其全过程形成可视化思维导图文件记录下来，梳理课堂所学内容，充分进行思维发散，然后学生在课后仍可对课堂所记录笔记进行补充完善，以达到重视过程，满足产出导向，提升思考力、学习力的培养目标。
（四）学生复习总结
课后复习总结是对课堂讲授知识的进一步深化理解，是加强记忆，立体消化的重要学习方式和能力提升途径。将思维导图法引入应用于复习总结环节，有助于在前述各环节的基础上，帮助学生从整体上进一步梳理认知框架结构，形成知识骨架，并通过高阶思维思考，交叉融合，结合实践应用，将提升解决复杂工程问题能力的关键思考点以思维足迹印记方式补充在知识框架结构中。既体现学生对所学知识的整体把握，又考虑到具有可创新性、针对实际问题等细节思考点，使复习总结过程深度化、可视化、过程化全方位呈现。这样体现了以学生为中心主体地位的前提下，可鼓励差异化成效产出与技能获得。
将思维导图法应用于多门课程复习总结环节，取得了较好的学习效果。学生课后绘制的思维导图，采用手绘、软件绘制等方式，形式多样。不仅梳理了课程所学知识内容，有助于认知教学目标达成，同时思考了各知识点及章节内容之间的逻辑关系，并将思维过程图形化，形成可视化的图形印记，锻炼解决实际问题的技能，注重高阶能力培养。
三、思维导图法应用成效分析
自2016～2020年陆续在多门课程教学中引入了思维导图法，由问题情景出发，以思考点取代知识点，构建高阶思维课堂。结果表明，在激发学生学习兴趣、调动学生积极性、增强学生参与感、提升思维能力与解决复杂工程问题能力等方面成效显著。采用调查问卷形式，选择中心主体地位学生进行反馈，共收回有效调查问卷118 份。调查结果如图3所示，设置的6个问题均得到了90%以上的正向反馈。
此外，对建筑给水排水工程课程2013/2014学年第一学期（未使用思维导图法）与2018/2019学年第一学期（使用了思维导图法）学生期末考试成绩进行对比分析，如图4、图5所示。由图可见，教学质量与教学效果提升显著。其中，有两个班的期末平均成绩分别增长21%和17%，优秀率和良好率大幅提升（1班优秀率增长22%，良好率增长51%;2班优秀率增长11%，良好率增长43%）。应用思维导图法后，两个班期末成绩无不及格人次。
四、结束语
工程教育认证倡导采用OBE教育理念，在该理念下学生是中心主体，是主动学习者。在教学过程中采用思维导图法，可调动处于中心主体地位——学生的学习积极性与学习兴趣，加强学生在教与学全过程中的参与感，提升高阶思维能力，注重实效产出，以问题为导向，将思维过程可视化，培养提出问题、分析问题、解决问题的能力，适应行业发展新需求，解决复杂工程问题。在给排水科学与工程专业教学中，将思维导图法分别应用于水分析化学、建筑给水排水工程、水资源利用与保护三门课程，应用与实践结果表明，思维导图法对于提升教学效果和教学质量成效显著。在教学过程中，以思考点代替知识点，将工科思想贯穿其中，深入挖掘处于中心主体地位学生的无限潜能，激发学生创新思维，将认知思维、技能训练和情感价值观塑造通过可视化的思维导图形式，深度融合，提升课堂教学质量和学生学习效果，注重学生产出导向，结合全过程评价与反馈，持续改进，培养学生解决复杂工程问题的能力，满足行业新发展对人才的需求。
参考文献：
[1]张智，蒲清平，向平，等.给排水科学与工程专业家国情怀教育的思考[J].给水排水，2020，46（10）：150-154.
[2]崔福义.满足行业人才需求是给排水科学与工程专业的责任与使命[J].给水排水，2019，45（11）：1-4.
[3]黄向阳，曾涛涛.新工科背景下地方高校给排水科学与工程复合型人才培养的探索与实践[J].给水排水，2020，46（12）：122-131.
[4]张纯，蒋海燕，邓玉梅，等.给排水科学与工程专业学生复杂工程问题解决能力培养研究[J].高教学刊，2020（27）：169-172.
[5]邱剑锋，朱二周，周勇，等.OBE教育模式下的操作系统课程教学改革[J].计算机教育，2015（12）：28-34.
[6]姜翠翠，邱松山，张钟，等.基于OBE教育理念的食品科学与工程专业教学改革与探讨[J].农产品加工，2016（2）：79-81.
[7]任晓莉，佟春生，赵金安，等.基于OBE的发酵工程实验教学改革探索[J].化工高等教育，2014（2）：65-67.
[8]东尼·博赞.思维导图[M].北京：中信出版社，2009.
基金项目：教育部高等学校给排水科学与工程专业教学指导分委员会教改项目“给排水创新创业教育模式探索与实践”（编号：GPSJZW2020-06）;河北省高等教育教学改革项目“新工科背景下的‘虚实结合’教学模式探索与实践”（编号：2020GJJG185）
作者简介：雷晓辉（1974-），男，汉族，陕西澄城人，博士，教授级高级工程师，研究方向：水系统调度。
通信作者：柴蓓蓓（1982-），女，汉族，河北邯郸人，博士，副教授，研究方向：水环境修复。