新工科+工程教育认证背景下油层物理教学模式探究

2021-10-12卞小强郭黎明

大学教育 2021年10期

卞小强郭黎明

[摘要]油层物理课程专业性极强，此门学科在石油工程领域发挥着重要的作用。油层物理是众多石油高校与油田开展合作项目的重要学科，这为石油专业学生的实践以及创新提供了有力的条件。新工科以及工程教育认证对油层物理教学内容的优化、教学手段的创新、课程考核方式的改革以及油层物理学科的教学模式改革提出了新的要求。

[关键词]油层物理;新工科;工程教育认证;教学改革

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2021）10-0036-04

油层物理具有知识覆盖范围大，专业基本概念多，公式烦琐，实验模式单一，课程比较抽象等特点。油层物理是非常实用的一门基础课程，在石油类专业中，它不但是后续专业基础，更是通往专业人才培养的桥梁。学习油层物理可以培养学生的思维创新能力以及逻辑推理能力，为学生后续专业课程的学习奠定坚实的基础。在工程教育认证背景下，新工科的提出[1]对于如何更加有效地促进油层物理课程教学对人才培养质量的提升尤为重要。目前，同时考虑工程教育认证背景和新工科建设条件下的油层物理课程教学改革的研究几乎没有报道。基于此，笔者旨在对新工科建设和工程教育认证背景下的油层物理教学改革进行探索。

一、新工科的内涵和工程教育认证

（一）新工科的内涵

新工科是国家针对高等学校全面推进高等工程教育以适应新经济发展所提出来的新概念，其目标是培养一大批新兴工程科技人才以满足我国在新形势下产业革命及经济发展对人才的需求。新工科的内涵：1.以树立美德、培养人才为指导;2.以适应变化、塑造未来为建设理念;3.以继承创新、交叉融合、协调共享为主要途径，进而培养多元化、创新型的卓越工程人才[2]。新工科建设具有理念新、要求新以及途径新等特点。在新工科建设过程中，面临着以下问题：教育理念不适应、人才结构不适应、培养人才模式不适应以及知识结构体系不适应。

（二）工程教育認证

在工程教育认证过程中，石油工程专业作为其中的一个重要组成部分，其所开设的专业基础课程油层物理不仅需要学生掌握该课程的基本概念、基本原理，同时在此背景下，要把“以学生为中心”的教学理念作为提高教学水平的一个重要手段，探讨石油工程专业油层物理课程教学改革的优化方向，以此来实现石油工程专业人才培养的目标。

工程认证教育的核心内容为Outcomes-based Education（OBE教育理念），具体表现为：1.以学生为中心，以就业为导向;2.以学业输出为导向;3.以学习结果来展开。在OBE教育理念中，不是考虑学生何时学习和怎样学习，而是将学生能否成功和学会了什么作为重心，OBE教育理念旨在促进学生特定能力的培养。作为一种教育模式的革新，OBE教育理念与传统意义上高度重视投入和内容驱动的教育理念有较大的不同。在整个教育过程中，施教者应当能够清楚地了解学生的现有水平和毕业时应该达到的水平，弄清使学生达到相应水平所需要设计的适合学生的教育结构，注重学生的学习产出。可见，拥有一支志向远大、德行高尚、内心纯粹的教师队伍是教书育人的光荣事业的根本[3]。

在新工科+工程教育认证背景下，油层物理教学改革既是机遇又是挑战，这对于石油类专业的相关人员至关重要。

二、油层物理教学内容的优化

油层物理作为一门基础课程，对石油类专业学生尤为重要。油层物理建立在实验的基础上，其实践性极强，是油藏工程、采气工程、采油工程等专业课程的基础。油层物理的主要教学内容是让学生掌握有关储层岩石和储层流体的物理性质，以及流体在储层岩石中的基本渗流机理的知识。

（一）油层物理理论教学内容的优化

油层物理理论教学内容可以通过构建模块化的课程体系对其进行优化。油层物理课程体系的模块化一方面可以通过教学内容的优化进行，另一方面还可以突出课程内容的实用性。笔者将油层物理的理论教学内容划分为三个模块：1.储层岩石的物理特性模块;2.油气藏流体的物理特性模块;3.多相流体的渗流机理模块。模块一，储层流体的物理特性包括：储层岩石的孔隙结构及孔隙性，储层岩石的渗透性、敏感性等。模块二，油气藏流体的物理特性包括：天然气、地层原油以及地层水的高压物性。模块三，多相流体的渗流机理包括：储层岩石中界面现象的分析、润湿性、毛管压力曲线、驱油过程中的阻力效应、相渗透率等。划分的这三个模块内容由浅及深，逐级铺垫，交相呼应，可以对油层物理课程内容形成一个完整的知识架构，从而让学生达到一个较为全面的认识[4]。

（二）油层物理实验教学内容的优化

1.改变传统的实验教学方法。大多实验教学方法是“理论讲解—教师演示—学生操作”的模式，即教师首先讲解实验内容的原理和相关知识，给学生进行相关实验演示，学生再进行机械性的实验操作。传统的机械实验教学方法极大地削弱了学生的思考和创新能力，应形成一种灵活新型的实验教学方法，把学生作为实验教学的主体，教师对学生进行实验指导，尽可能让学生参与到实验之中[5]。学生在课下要对实验原理、实验方法、实验器材等内容进行预习，课上教师先抽查学生对实验的了解程度，然后再对其进行补充指导;学生先进性实验操作演示，教师再进行规范性操作实验。这种模式能让学生真正融入实验中，还可以达到让学生提前预习实验理论知识以及实验操作的目的。这种“学生为主体，教师为指导”的新方法，不仅能够极大地提高学生对实验教学的学习兴趣，还能够培养学生的思考能力以及实践动手能力。

2.提升实验教学内容的多样化。传统油层物理实验教学内容包括岩石孔隙度的测定、岩石比面的测定、岩石绝地渗透率的测定、岩心流体饱和度的测定、岩石毛管压力曲线的测定。这些实验内容大多是以课程教学大纲为基础而制订的，具有实验方法单一、实验内容限定较死的缺点。为克服这些缺点，就要扩大实验内容的范围，使实验教学内容多样化。可以通过设定部分选修实验内容，增加同一实验的不同方法来培养学生的创新能力，这有助于发挥学生的主观能动性，使科研得到快速发展[6]。

三、油层物理教学手段的创新

在新工科建设以及工程教育认证进行得如火如荼的背景下，为了给我国石油工业的发展做出贡献，石油工程类专业学生应当牢牢掌握油气田开采必需的专业知识以及专业技能。作为石油专业的基础课程，油层物理具有知识覆盖范围大、基本概念较多、公式复杂、实验模式单一、课程知识抽象等特点，在此背景下，油层物理的教学改革显得尤为重要。笔者针对油层物理的课程特点以及教学实践过程中遇到的问题，结合新工科建设和工程教育认证对油层物理课程的教学手段进行了研究。

（一）混合式教学

受新冠肺炎疫情的影响，教育部提出了线上教育“停课不停学”的要求，出台了一系列线上教学的指导性意见。众多网络教育平台迎来了井喷式的发展，例如，腾讯会议、钉钉等平台。与传统的课堂教学相比，网络教学有许多优势：灵活、方便、快捷、学习空间和时间不受限制等。虽然线上教学存在一些弊端，不会完全取代传统教学，但线上教学已经逐渐成为教学形式的重要补充，在帮助众多师生度过此次疫情中发挥了重要的作用。

随着ICT（电子信息技术和通信技术）的迅速发展，ICT已经被引入教学领域，线上学习得到了广泛的普及。混合学习其实是将面对面的传统教学和线上教学结合在一起，并且采用不同的教学模式、教学方法以及教学工具，以优化学习成果和教学成本。混合式教学使高等教育的观念得到了转变，并不断地塑造学生的学习过程[7]。“在线课堂+传统课堂”的混合式教学，如“MOOC+传统教学”“钉钉+传统教学”“腾讯会议+传统教学”较为经典。

Massive Open Online Course作为一种网络学习方式，其特点是规模较大，内容相对开放。在油层物理教学中运用MOOC并融合传统教学模式，借鉴远程教育的智慧建立和完善学习支持系统，可以充分发挥MOOC的功能，实现网络技术对教育发展的重要影响[8]。在课前，教师可以制作相关授课视频，视频长度在10分钟左右。为了能够让学生带有目的性地观看视频，可以将问题放在视频开头。在观看视频的过程中，学生记下不明白的地方，通过网络在线平台（如腾讯会议、钉钉、微信、QQ等）与教师、同学交流，大家共同进步。教师要尽可能多地运用表格以及图表的形式来形象地体现教学内容，以此激发学生的学习兴趣，从而提高学生的学习效率。在课堂上，教师首先进行视频回顾，对于本章节的重点、难点做出概括，然后进行着重讲解。教师在授课的同时可以提出一些问题，让学生分组讨论得出答案并进行回答。教师所提的问题可以涉及一些其他学科与油层物理课程相关的部分，让学生运用本学科外的知识来解决油层物理中遇到的问题。教师在教学工作中要尽量考虑到每位学生。在本科教学工作中，科研工作是教学内容的重要补充，教师可以把授课过程融入科研项目当中，给学生介绍一些与授课内容相关的科研项目，让学生在获得理论知识的同时得以实践，这有助于提高学生的学习积极性。课后，学生要及时归纳总结当天所学内容，温习掌握的知识点，还要及时解决没有掌握的部分。此外，教师要多了解学生的学习情况，定期与学生进行互动，及时解决学生遇到的问题。教师要把学生互动过程中得到的信息随时整理、总结，并反馈到教学过程当中，因材施教，以期实现师生共同进步。

（二）PBL（ Problem-Based Learning）教学模式

PBL教学模式，即以学生为中心、以问题为导向。PBL教学模式把以往的静态教学转变为动态教学。在整个教学活动中，学生是中心，教学活动需要依据学生的实际和学科特点来开展，知识的构建需要借助于发现问题、解决问题、弄清本质等过程。PBL教学模式强调“输出”教学，主线是解决现实问题，而不是通过学科知识的内在逻辑来确定讲授内容。教师确定可行的目标，并组织学生为解决实际问题有目的地进行收集资料、小组讨论、总结成果等活动。在上述活动中，教师应当从策划者的角度给予合理建议，而不是作为领导者或者旁观者。

在油层物理这门课程中，多相流体的渗流机理是教学中的难点和重点。教师须从以下方面开展教学。

1.提出问题：在前期章節中已经分别研究了储层岩石本身所具备的一些储集和渗流性质，那么在高度疏松的弯曲毛细孔道构成的岩石中，多相流体的分布和流动又具有哪些综合特性呢？

2.指导学习：对于上述提出的问题，学生需要了解油水在岩石孔隙中如何分布，在渗流过程中会发生怎样的变化，可以采用哪些参数来描述地层中的一系列阻力，如何消除或减少上述附加阻力。教师需为学生提供相关学习资料供学生自主探究。

3.小组内讨论：学生可以自由的组成小组。譬如，一个班级有40名学生，可以把学生平均分为8个小组，在学生学习结束以后，小组内以及小组之间进行学习交流。最后，每个小组需要提交本小组的分析报告并派出一名代表针对分析报告进行汇报，同时回答来自其他小组的同学提问。

每位学生的最终成绩构成可以包含以下几个部分：学习报告成绩所占比例为30%，小组内讨论发言成绩所占比例为30%，小组综合成绩所占比例为40%。最后综合得出每位学生的成绩。

PBL教学模式给予了学生丰富的学习体验，增强了学生的学习参与感，极大地发挥了学生的主观能动性，提高了学生的学习效率。

四、油层物理课程考核方式改革

合理的考核方式不仅可以考查教师的教学和学生的学习情况，而且可以考查学生的学习积极性。教师应当提升成绩考核体系的质量，尽量使考核科学化和客观化。现在常用的成绩考核体系中，平时成绩比重为30%，而期末成绩的比重高达70%，可见，现行的成绩考核机制并不合理。对此，需要根据现实情况来改变现行的考核机制。例如，平时成绩占比60%，包括考勤10%、实验成绩20%、随堂测试成绩10%、作业成绩10%以及课堂表现成绩10%;期末成绩作为考查学生整个学期对本课程的学习总结，占比40%。这种课程成绩考核方式更加科学化和合理化，可使学生在学习中思考，在思考中学习，不断总结，不断提升。

五、加强师资队伍建设

虽然高等教育在“卓越工程师计划”“质量工程”等措施下取得了进步，但是高校工程教育改革仍须完善，许多问题还在探索和实践之中。拥有企业工作经历或参加过企业实践工作培训的大学教师是“卓越工程师计划”对教师的关键要求[9]。

在新工科建设和工程教育认证背景下，对师资队伍的要求不仅仅是“知识渊博、综合素质好”，而是要更加突出新工科多学科专业的交融性和学科专业的产业性。这就要求教师不但要拥有渊博的知识以及丰富的产业经历，而且要具有强大实践教学能力，还要对“互联网+”平台和信息技术的应用充分了解;更要具有高尚职业情操以及爱岗敬业的良好综合素质，等等。具体来说，教师一定要拥有渊博的知识面，丰富的产业经历;要具有工程教育理念、教育教学能力、实践教学能力，还要掌握“互联网+”平台和信息技术的应用;更要具备爱岗敬业、高尚的职业情操和良好的综合素质等[10]。应完善教师队伍培养机制，力争培养一大批有信念、有理想、有仁爱之心、有道德素养、有扎实学识的高素质教师队伍[11]。可见，现有的师资队伍建设要求与新工科建设对师资队伍的要求仍然有一定的差距。

（一）以现有的油层物理教师队伍为基础

在实施“卓越工程师计划” “工程专业认证”后，现有的师资队伍的教育教学水平有了一定的提高，但仍不能完全达到新工科对师资队伍建设的要求。为了符合新工科建设对师资队伍的要求，要对现有的油层物理教师进行培训，以增加其产业经历，例如通过挂职锻炼，让教师不断积累解决各种油层物理前沿学科问题的经验。这是提高油层物理师资队伍建设的一个重要法宝。学院或课题组应定期制订油层物理教师培训课程，让教师定期参加培训。同时，出访交流也是提高油层物理师资队伍的教学水平和教学能力的一个重要渠道。教育水平固然重要，但也要看重师资队伍的道德修养和职业素质，教师只有具备良好的道德修养和职业素质，才可以成为学生的典范，才能引领社会向前发展。

（二）健全教师队伍的考核评价机制

通过细致合理的考核评价，向教师提出中肯的反馈意见，可以有效引导教师提高教育教学水平，进而保证教学质量以及人才培养质量。教师考核评价不但能够反映出内容的丰富性以及针对性，而且还可以通过此种方式大大激发教师的自觉性。

六、结束语

在新经济蓬勃发展的情况下，围绕具有新理念的工程教育、人才培养的新模式、教育教学的新质量等内容开展新工科背景以及工程教育认证背景下的课程改革研究，是今后教育工作者面临的挑战和机遇。当然，学生也需积极配合，要具有终身学习的意识以及自主学习的意识，不断提高学习能力以及知识适应能力。笔者对油层物理的教学改革进行了深入研究，结合油层物理课程的理论教学和实践教学，采用“线上教学+传统教学”混合式学习、PBL教学模式，这些教学模式符合我国现阶段新工科建设背景下工程教育的改革方向，有利于提升学生的科学素质与工程素养，培养学生的创新能力，增强学生的学习兴趣，同时这对于提升油层物理的教学质量也有重要意义。

[ 参考文献 ]

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[4] 卞小强，孙博文.油层物理教学现状分析与改革措施探讨[J].石油教育，2016（1）：34-38.

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[8] 卞小强，姚健.油层物理课程中MOOC教学模式的实践与思考[J].石油教育，2016（6）：55-60.

[9] 袁天夫，赵晓丽，江潇潇，等.新工科背景下师资队伍建设的思考[J].中国现代教育装备，2017（23）：22-23+38.

[10] 许迈进，楼成礼，李伟.澳大利亚高水平大学师资队伍建设的特点与启示[J].高等工程教育研究，2008（6）：124-127.

[11] 卞小强，魏蒙.《巴黎协定》背景下石油工程专业课程的改革探究[J].大學教育，2020（2）：74-76+80.