◇长江大学机械工程学院 李宁 刘俊

武汉天之逸科技有限公司 艾乐

本文分析讨论了石油钻采机械课程互动教学面临的问题与机遇，并探讨了石油机械课程的线上线下相结合、课堂与生产现场和实验平台实时互融的协同互动教学模式。本研究将有助于提高课堂教学效果和课程目标达成度。

工程教育专业认证作为一种有效的工程教育质量保障体系，其核心理念主要包括：以学生为中心的教育理念、产出导向理念和持续改进机制等。工程教育专业认证工作的普及，推动了我国工程教育的理念更新和教学改革，已成为提升我国工程教育质量的重要手段和推动建设一流本科专业的重要举措。以学生为中心的理念，强调通过研究和实践来构建知识；通过知识的运用来发展创新思维和提高创新能力；通过自主、探索、互动的教学环境和教学范围，来引导和鼓励学生运用知识解决复杂工程问题。

课程是专业教育的核心和基础。专业认证关注课程质量的评价，尤其是专业核心课程的课程目标达成情况。在日常教学中，采用正确的教学方法、优化的教学模式和高度互动的教学过程是提高课程目标达成度的有效措施。在专业核心课程的教学中运用互动式教学，一方面有助于提高学生的学习兴趣、培养学习动机、提升课程教学质量和学习效果；另一方面通过平等、开放的师生互动，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，为学生自主学习和终生学习打下基础。

石油钻采机械课程是机械工程领域石油机械方向的专业主干课，与工程实践联系十分紧密。为了提高石油钻采机械课程的教学质量，学者们提出了一些教学改革意见。雷娜[1-2]等针对石油钻采机械课程传统教学和考核方式的不足，以OBE理念为核心，从教学内容、教学设计、考核方式、评分标准、考核内容等方面，提出教学改革意见。孙元伟[3]等提出将虚拟仿真实训技术运用到石油钻采机械课程的实践教学中，并充分利用网络授课的便利性，激发学生的创新意识和能力。赵海洋[4]等在石油钻采机械实训中引入学生分组和团队协作，将学生的被动学习变为主动学习，提高了教学效果。学者们分别从课堂教学和课程实训方面，提出了很好的教学改革举措。然而，如果能将课堂教学与实训实践有机结合起来，教学效果将会更好。因此，为了缩短课堂与生产实践之间的距离，本研究按照工程教育专业认证标准要求，探索石油钻采机械课程的协同互动教学模式。

1 基于工程教育专业认证的石油钻采机械课程教学目标

石油钻采机械课程在介绍钻井机械、采油机械、完井设备及井下工具的结构特点、工作原理、使用方法和维护保养等知识的基础上，综合应用物理学、力学、钻井工程、油气田开发工程、机械结构设计、机械加工与制造、机电控制等方面的知识，对石油钻采核心设备进行方案设计、分析计算、评价与改进。通过课程学习，培养学生的创新意识、创新设计能力、分析解决实际钻井工程和采油工程问题的能力和从事生产管理、工艺设计等实际工作的能力。培养精益求精的工匠精神，为学生从事石油钻采设备相关设计、制造、管理、维护和研究工作打下坚实的基础。

工程教育专业认证通用标准中要求，专业必须要有明确、公开、可衡量的毕业要求，而课程要满足认证标准要求，就必须能有效支持相应毕业要求的达成[4]。因此，从培养学生“解决复杂工程问题”能力的角度出发，制定了“石油钻采机械”课程的课程目标：①了解我国油气资源开发的国家战略和产业政策，正确理解和运用石油钻采设备相关的技术标准和安全规范。针对复杂工程问题，能够按照标准进行设备的系统方案分析与评价；②能理解石油钻采设备的结构组成、工作原理、设计和使用方法、技术参数，掌握各种钻采设备的技术参数和性能指标，能根据油气钻采工程的健康和安全要求，正确分析和评价复杂石油钻采设备的设计、制造、运行和管理方案；③掌握钻井液固控系统、采油设备、修井设备和压裂装备的工作机理和适用范围，并能理解和评价它们的设计、制造及运行对环境保护和社会可持续发展的影响；④结合石油钻采设备发展的新趋势、新理论和新技术，使学生能自主学习和终生学习。

为了切实达到上述课程目标，相关的课程内容、教学方式、考核内容、考核方式以及评分标准，都需要适当调整。石油钻采机械课程由原来的关注老师讲解重要设备的工作原理、设计计算和使用维护方法，转变到关注学生在石油装备方面学会了什么,掌握的程度如何，具备了哪些解决实际复杂工程问题的能力。更加注重过程考核，注重实验操作和动手能力，总之，课程教学的互动性要求明显提高。

2 石油钻采机械课程互动教学面临的问题与机遇

在工程教育专业认证之前的实际教学中，很多学生反映，在高校课堂中互动频率很低。一方面，教师的讲课方式照本宣书，没有新意，不能调动学生学习的热情；另一方面，一直以来受传统的教学思想的影响，学生不敢、不想也不愿与老师在课堂中有更多的眼神、语言或者是动作的交流。此外，大学生手中智能手机的信息查询、娱乐和游戏功能改变了高校课堂的气氛，部分同学习惯用手机即时查询课程相关信息，也有部分同学使用手机做与课堂无关的事情，课堂氛围变得沉寂。以上种种原因影响了师生课堂互动教学模式的构建。

2020年春季学期，由于新冠疫情的影响，学生不能按期返回学校上课，教育部组织全国高校开展了一场基于互联网的线上教学活动。此次线上教学覆盖范围之广、持续时间之长、师生参与规模之多是前所未有的。尽管线上教学还存在一些不足，尚不能完全取代线下教学，但疫情期间的在线教学活动使广大学生感受到了线上教学的互动性和趣味性，激发了学习兴趣。同时，也使授课教师及其教学团队成员，体验到了教师协同工作便利性、过程考核的便捷性和教学效果反馈的时效性，促进教学过程的及时、持续改进。这些将推动信息技术与课堂教学相融合，促进教学改革。

工程教育认证和线上教学模式，将推动师生互动教学模式的创新。在高校工程学科的课堂教学中，可以采用的互动教学模式主要有：提问激发式、主题讨论式、案例分析式、实践操作式和情景模拟式等。其中，日常教学中应用最多的是提问激发式、主题讨论式和案例分析式[5]，而运用情景教学和实践操作法的则相对较少。究其原因，一方面是因为一些教师长期形成的讲授式教学思维定式，以及课堂理论教学与工程实践教学在时间和空间上分离；另一方面是由于工程应用场景与课堂环境的差别巨大，虚拟现实和数字孪生技术在工程教育中的应用水平还有待提高。然而，当前的智能手机和4G/5G网络时代，已经打破了地域界限、设备互联和多媒体资源之间的壁垒。尤其是雨课堂、腾讯课堂、ZOOM和钉钉网课等一大批在线课程软件或APP的出现，使课堂教学中采用实践操作式和情景模拟式的在线互动成为可能。

3 石油钻采机械课程协同互动教学方式探讨

（1）建立线上线下相结合的校内外教师团队协同教学模式。对校内主讲教师、助理教师和校外教师进行合理的任务分工。校内主讲教师负责预习材料的选编，课堂讲授内容的组织和讲解；助理教师负责预习材料的发布、预习情况统计、课程作业和课程“项目”的辅导和评阅等；校外教师负责设备现场应用和维护保养教学材料的组织和现场讲解。

校内主讲教师、助理教师和校外教师，协同完成互动式教学的课程资料和考核机制；根据工程专业教育认证的要求，针对课程目标整理教学内容、课程资料和考核内容；建立完整、客观的过程考核和期末考核评价体系，设计石油机械课程的目标达成度分析系统。

（2）建立石油钻采机械课程的课堂与实验模拟平台协同的互动教学模式。石油钻采设备中的石油钻机和水力压裂机组为大型成套设备，采油地面设备体积通常也比较庞大，难以在实验室中运行或展示，相关的实践教学如果将学生带到作业现场进行，时间成本、经济成本和安全风险都比较大[6]。因此，建造石油钻采设备的实验模拟平台成为一种比较好的选择。例如以采油工程中广泛应用的游梁式抽油机为具体对象，搭建抽油机缩比模型的实验室监测平台。研究抽油机光杆载荷与位移、抽油机平衡度、抽油机有功功率和无功功率、抽油机运行声音信号、抽油机井口振动等在线状态参数的采集和监测系统，编写相关软件，建立抽油机实验平台与课堂的远程协同。综合运用雨课堂在线教学平台、工业远程传输模块和视频监控云台，搭建在线同步课堂，开展远程协同实验。

（3）设置石油钻采机械课程的学生“项目组”式互动学习任务。有效调动学生的主观能动性，是提升学习效率和培养专业能力的有效手段。石油钻采机械的应用范围较广、涉及多学科交叉融合、技术更新速度快，所以，课程相关的阅读材料非常丰富。可以采用雨课堂，提前布置材料阅读预习任务，分项目组开展讨论或提交专题分析报告，以提高课堂教学的效率和质量。

以项目方式开展教学，既可以与钻井机械现场应用中面临的实际问题相联系，例如针对某型石油钻机在某工况下的起钻时间计算问题；也可以与抽油机现场示功图与井下故障分析相联系。让学生以项目形式，从分析问题开始，提出解决方案，并跟踪现场问题的解决效果。

在课程考核方面，注重团队合作作业或项目的开发，让学生之间互动起来[7]。根据石油机械课程教学大纲中的重难点要求，围绕课程目标及其达成度指标，设计多组课程练习“项目”，编写学生学习指导材料和考核标准；通过功能参数和结构参数的组合，实现一题多卷，同时注重引导学生进行创新设计。

（4）将思政元素融入课程互动教学，激发学生的学习主动性。在互动学习实践中融入思政内容，实现全员全方位育人，激发学生主动学习的热情。例如，通过介绍陆地石油钻机和抽油机发展与社会进步的关系，激发学生的专业认同感和历史使命感，培养学生的工匠精神；通过学习和讨论油气水力压裂装备的大功率、大排量、电驱化和集群化发展趋势，使学生认识到石油装备的发展与国家“双碳”战略的密切关系，激发学生的社会责任感；通过了解石油钻机和有杆采油设备在国家重大工程中的应用，使学生既感受到石油钻采机械的重要性，更能感受到我们国家正在共筑中国梦，实现中华民族的伟大复兴，激发学生的爱国情怀和学习热情。

4 结束语

本文基于工程教育认证背景，研究石油机械课程的线上线下相结合、课堂与生产现场和实验平台实时交互的协同互动教学模式。通过校内外教师团队协同、课堂与生产现场设备协同和学生之间“项目组”协同方式，将课堂与工程现场融合，实现师生互动，学生互动，人机互动等多样化的互动形式，营造平等、活泼、生动的课堂氛围，将有助于提高课堂教学效果和课程目标达成度。