毕刚　李蒙蒙　刘志坤　窦亮彬　王瑞　韩强

摘  要：完井工程是石油工程本科专业的主干课程之一，针对传统教学方式在石油人才培养中的现状及教学中存在的问题，提出基于CDIO-OBE理念的完井工程课程教学设计与实践，以提高学生自主学习、创新实践和团队合作的能力。该文通过对课前-课堂-课后三个教学活动阶段的方案设计，从理论教学、实践教学、考评模式等方面对完井工程课程教学模式进行创新，初步形成“课前线上预习、课堂理论学习、课后拓展实践和以赛促教”的教学模式。在CDIO-OBE特定理念背景下的教育过程，帮助学生树立职业道德、团队精神和分享意识，为应用型人才培养模式创新提供参考和启示。

关键词：CDIO-OBE理念；完井工程；教学方法；教学改革；石油工程人才培养

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）16-0142-04

Abstract： Completion engineering is one of the main courses of petroleum engineering undergraduate program. Aiming at the status quo of traditional teaching methods in petroleum personnel training and the problems in teaching， we put forward the design and practice of completions engineering course teaching based on the concept of CDIO-OBE， in order to improve the students' ability of independent learning， innovation and practice， and teamwork. In this paper， through the program design of three teaching activity phases： pre-course， classroom and post-course， the teaching mode of Well Completion Engineering Course is innovated in terms of theoretical teaching， practical teaching and assessment mode， and the teaching mode of "pre-course online pre-study， classroom theoretical learning， post-course practice and competition for teaching" is initially formed. The educational process under the specific concept of CDIO-OBE helps students to establish professional ethics， team spirit and sharing consciousness， which provides reference and inspiration for the innovation of applied talent cultivation mode.

Keywords： CDIO-OBE concept; well completion engineering; teaching methods; teaching reform; petroleum engineering talent cultivation

在全球信息化高速发展的大背景下，技术和理念的创新使得知识获取和传授方式正在发生深刻变革，当今教育教学模式和方法的改革正在如火如荼地开展。许多高校在实践类课程中探索基于CDIO工程教学模式的实践，在理论教学中采用OBE教学理念和方法，这些教学创新都为一流本科课程建设做出了可学习、可引导的教学改革实践经验。CDIO由麻省理工学院建立，是世界广泛使用的先进现代工程教育理念。在实践教学方面，CDIO教育教学模式代表工业产品从研发到运行的整个生命周期所经历构思、设计、实施和运作的过程。OBE理念是以学生为中心、教师为主导组织、以问题为导向、任务为驱动，持续改进的教学模式。不同于传统课程，其重点关注学生学习课程结束后具备什么样的能力，能为社会发展做些什么样的贡献。CDIO和OBE理念都贯穿了教育理念的转变，就是在教学过程中以教师为中心转变为以学生为中心，教育教学改革的重点已经是学生参与式学习、学生在实践中学习[1]。

传统教育中教师主要采取灌输方式教授知识，即学生被动地接受知识，这种教学方式重传授而轻参与、重理论而轻实践。针对普通高校石油工程专业教育质量问题，提出以CDIO-OBE教育理念为导向的完井工程课程教学改革方法，设置课程设计，激发学生学习兴趣，使学生在学中做，在做中学。完井工程课程教学改革将理论教学、实验教学和考评模式进行整合，一方面使学生学习理论知识和专业技术，培养学生解决实际问题、创新协作的能力；另一方面，提高高校石油工程专业教育质量，实现高质量培养应用和创新石油工程人才的目标。

一  传统完井工程课程教学实践中存在的问题

（一）  传统课堂教学授课时间有限

完井工程是石油工程类本科生必修的一门重要专业课程，课程主讲内容包括完整的完井工程方法设计以及油气井测试与投产等，共计2个学分，32个学时。在课程中涉及较为复杂的完井工艺、特殊井下工具和具体工艺流程，需要实际操作和实物演示，学生通过课本有时难以理解。然而课堂时间有限，教师无法利用充足的时间讲解课程内容和开展实践，因此，需要构建系统和完善的课程教学体系，促进课程教学改革研究[2]。本文结合CDIO-OBE教育理念，通过进一步构建系统的线上线下融合式教学模式，保障这门课程的教学质量，取得更好的教学效果，培养学生的工程思维和创新能力，激发学生提高自主学习能力、创新思维和工程素质。

（二）  理论教学内容需要完善和更新以适应社会发展

完井工程是一门实践性非常强的专业课程，教师授课同样需要结合石油工程实践不断完善。随着社会的发展和技术的创新，石油工程中一些新工艺、新技术、新方案不断完善，钻井工程方面，斜井、水平井也得到较广的应用，课程设计也应适当地增加或补充油田生产中的实际信息和数据。此外，在教学过程中，由于教学内容中的实际数据信息种类繁多，数据量巨大，难以及时、精确地为学生提供数据，同时也存在着大学课程参数管理数据库不完善等问题。在高校课堂中，要开设钻完井的专题，利用油田的真实资料及数据库，让该课程的设计能更好地反映出工程的实际情况。

（三）  课程实践教学环节落实不到位

完井工程课程非常强调理论和实践的统一，传统教学模式在教学方案设计时，虽然考虑了实践教学课时，但是由于实验设备和授课时间的限制，往往达不到理想的教学效果。完井工程课程尤其是工艺设计理念部分，必须与钻、完井工程的实际状况相结合，若缺少实习环节则会造成学生对知识的理解与掌握程度不一致。课程实践教学环节是理论教学的延伸，是促进学生深化理解知识和实践统一的重要手段，高效课堂上更应该重视学生学习过程中理实统一、理实一体，培养具备实践能力的合格石工专业人才。

二  基于CDIO-OBE教育理念的课程设计框架

（一）  以课前和课中为重点的理论教学

有机整合线上和线下模式，探索线上线下相融合的教学方法。互联网时代的来临，改变了师生获取信息的方法与途径，如何将信息技术更好地融入教育是当前教育活动中的一个重大命题。此外，随着新冠感染疫情的暴发，在线教育也迎来了空前的发展，在后疫情时代，线上与线下结合的教学方式被提升到了一个新的高度。因为面授的成本有限、时间也有限，所以要把面授的时间用来达到更高的认知水平。线上学习时间有弹性的基本认知目标，把课前视频学习、课前自我测试和课堂教学有机地结合在一起，把线上和线下的教学方式与精品共享资源课程真正地结合在一起，设计出最适合的教学情景，从而建立起一种融合式的教学模式[3]。与传统的“教师讲课-布置作业-学生回家练习”的方式相区别，采用翻转课堂的教学方式，实现“学生在线学习-课堂探讨-课后巩固”，学生们在进行知识的学习，同时课堂也成为了教师与学生、学生与学生进行互动的地方，在师生间建立密切的关系，以实现更好的教学效果。另外，在学校已有的教育教学资源基础上，开发、整理大量的完井工程教学信息资源，构建课程教育资源库，创造数字教学环境，从而助力教学改革的发展。

（二）  理论联系实际创新教学内容进行实践教学

延伸课程教学，加强实践教学环节。完井工程是一门实践性非常强的课程，教学过程中不可避免地要涉及完井的机械和井下工具，通过钻井与完井机械和井下工具能够更好体现出相关理论。课程设计要真正做到与现场实际工程设计内容相符合，设置钻井与完井工程专题，采用油田生产实际数据进行教学研究分析。在教学方案设计时，将32学时的纯课堂教学改为28+4模式，其中教学内容特别包括现代完井工程新方法（4学时），增加4学时课堂实践，实践设置在学校建设的石油工程技术训练中心，以实物展示、操作、动画等工具辅助教学，促进学生基础学习的不断深层次延伸。通过实践教学突出学生主体作用，激发学生自主学习动力。探索以学生为主体的教学模式，采用多样化的教学手段，尽可能让学生参与课堂，充分发挥教师的引导、帮扶和激励作用，提高学生学习的主观能动性。

（三）  课后考评形式多样化，开展赛教结合

课程采用多样化的考评方式，引领学校教学内容和教学方法的改革。完井工程课程在教学过程中需采用实际资料进行课程设计，通过钻井与完井机械和井下工具为学生授课，理实一体化的教学模式使学生能够更好地理解书本内容，提高学习效率。在考评模式方面，从传统的单纯考卷成绩为主导转变为考卷、课堂、实践、作业等多方面考察相结合。另外，课程设计要真正做到理论和实践相结合，在教学内容上与现场实际工程设计相符合，还可以在考评模式上设置钻井与完井工程专题相关专业技能大赛，鼓励所有学生参加专业技能比赛，在比赛过程中，学生既可以学习完井工程系统理论和其他相关专业知识，并且能够将理论内容付诸实践。课程专业比赛是学生提高专业技能的重要途径，通过赛教结合的形式变被动学习为主动学习，进一步提高学生学习兴趣，增强学习效果。

三  基于CDIO-OBE教育理念的完井工程课程教学改革探究

（一）  基于现代化信息技术优化课程理论教学

基于CDIO-OBE教育理念的完井工程课程在教学过程中，应该特别强调理论与实践相结合、基本概念与学科新技术、新工艺相结合。首先，教师在多媒体教学课件中需配有大量来自我国油田现场的图片，结合实际工程应用，与油田生产实际情况紧密联系，播放教学内容相关的视频，使学生有更加直观的感受。其次，应用现代化信息技术，使学生能够把大数据统计方法、智能方法与课程内容相融合。除在课堂上学到的知识之外，还要在课下学习与课程内容有关的相关软件，尤其是要能生成有关完井工艺的动画演示视频，理解有关的工艺过程、设备的工作原理，比如通过 Flash动画来演示射孔工艺、冲砂工艺以及封隔器的工作原理。针对常用的完井工具（筛管）、常用的作业工具（如封隔器）、典型的作业装备（如压裂小车），通过实物或模型演示，让学生对每种工具的特殊外形以及装备的特殊构造有一个直观的认识。再次，利用信息化技术，开发出包括井筒结构设计参数、尾管下入深度等有关参数设计的软件，在此基础上，教师要根据信息化、大数据、智能化等知识，开发相应的设计计算软件，让学生对各参数的计算有一个更清楚的认识。在教学中运用多媒体和信息技术，把动画、图片和课堂板书相结合，使学生们的学习兴趣大增，提高了课堂的信息量，提高了课堂的效率。

随着网络教学工具的不断发展，结合线上教学平台的混合式授课模式，体现着以学生为主体的教学理念。完井工程课程教学活动设计方面，紧密围绕线上教学平台开展课程理论教学活动是改革的重要内容，通过进行线上教学课程设计，学生在课前主动开展线上学习，充分尊重学生作为学习中心的主体地位，教师发挥引导作用。线上教学平台包括课程通知、签到、课程讨论、作业、考试和成绩管理等模块，可以准确且及时记录学生自主学习情况，充分激发学生学习主观能动性。另外，在线下教学活动中，强调时间留给学生展示和讨论，教师引导学生学习课程内容。在课堂上把主动权留给学生，课前学生通过线上视频提前学习教学内容，课堂上向老师和同学做重点汇报以及实践分析，老师进行完善和指导。和过去传统授课模式不同，线上线下融合式教学模式中教师重视对学生的辅导和交流，学生学习互动性强，教学和学习时间重新构建，提高课堂教学效率。

（二）  以CDIO-OBE理念优化实践教学过程

CDIO和OBE理念都贯穿了教育理念的转变，就是在教学过程中以教师为中心转变为以学生为中心，教育教学改革的重点已经是学生参与式学习、学生在实践中学习。完井工程课程以互联网信息技术教学为基础，将传统的教学模型与工程实际应用、钻完井与开发一体化相结合，以现代先进的钻探技术及完井体系为载体，以学生为中心，提高学生的学习兴趣，开阔学生的眼界[4]。按照新课程改革的要求，强化课程的建设，改进课堂教学方法，建成数学模型实验室，把一些实践性比较强的章节与教学模型结合起来，在一些章节上可以进行实地教学。在实践环节中，可以布置课外作业，鼓励学生阅读有关的文献，进行归纳和分析。同时，为学生提供一种开放式的教学环境，让学生们在课余时间也能进行参观实验室、研究实践操作，从而提高学生的分析与解决问题的能力。通过将课堂教学与实验教学相结合，将间接经验与直接经验相结合，将知识与技能相结合，以学生实际操作为基础，使学生能够更好地了解完井工程的理论知识，并将其运用到实际工作中去。

（三）  多样化教学模式与教学质量评价改进

近年来，随着信息技术在教育界的普及，翻转课堂也逐渐成为大学课堂教学的主流。基于CDIO和OBE教育理念改革，翻转课堂就是对课内和课外的时间进行重新调整，把学习的主动权交给了学生，就是在教学过程中以教师为中心转变为以学生为中心，强调学生参与式学习、学生在实践中学习。与传统的“教师讲课-布置作业-学生回家练习”的方式相区别，在翻转课堂的教学方式中，“学生在线学习-课堂探讨-课后巩固”，学生们在进行知识的学习，同时课堂也成为了教师与学生、学生与学生进行互动的地方，包括答疑解惑、知识应用等，以实现更好的教学效果[5]。在完井工程课堂上，鼓励学生开展分组展示，以小组参加课题的研究，同时还可以利用实验室的资源，让学生走进实验室，帮助老师做好实验准备、数据观察和整理，让学生对实验的流程、原理有一个全面的理解和掌握，能够增强学生在实验中的分析合作能力。另外，基于CDIO和OBE理念下的教学质量评价应该更加注重综合性，结合考卷、课堂、实践和作业等多方面内容进行考查，并举行专业相关的技能大赛，通过赛教结合的教学方式进一步促进学生学以致用的能力，提升学习效果。

四  课程教学模式改革的主要特色

（一）  教学模式创新

基于CDIO-OBE理念为核心的教学模式，对教师提出了更高的要求。按照课程设计目标，完井工程课程设计流程主要涵盖课前学生自主学习、课中学生课堂讨论学习、课后学生巩固学习三个关键环节。对以“记忆”“理解”为目的的理论知识，通过信息技术手段，将其置于课堂前的线上视频学习中，并由学生自行完成；将“应用”“分析”等更高层次的认知对象，放入课堂教学，通过翻转课堂形式，在老师的引导下循序渐进地进行学习，提高学生的学习主动性和探究合作能力；课后通过个人和小组作业练习巩固所学内容[6]。另外，课程改革将完井工程32学时的纯课堂教学变为28+4模式，28学时课堂教学和4学时实践教学，纳入教学大纲，编写实践课指导书和实践课教学大纲。

（二）  课程教学理念和教学资料平台化创新

基于CDIO-OBE理念的教学模式转变了对学生进行灌输教学的思想，通过理论和实践相结合的教学模式提高学生学习的主动性，体现石油工业特色和工程思维的教学理念。另外，学校投入资源建设教学资源课程库，利用精品资源课程共享，使得学生有更多自主学习的机会[7]。完井工程课程建立并系统完善统一的课程教学资料，包括大纲、教材、多媒体课件、教案、授课计划和复习练习题。每位教师上课时，都能以此平台资料为蓝本进行个性化的微调，即充分发挥个人的讲课和与所带专业结合特点，同时也保证了授课内容的完整性及授课内容和教学进度的一致性。通过教学资料平台化创新，使得教师有更多的时间投入课程设计，能够有效促进教育教学改革实施效果[8]。

（三）  考评模式创新

基于CDIO-OBE理念的教学模式转变对课程考评模式提出了新的要求，更加强调以学生为中心的综合性考评模式。完井工程课程充分考虑不同专业的特点，对课堂作业和课堂实践环节加入各专业的特色内容，建立个性化授课内容。课程在考核机制上，通过学校试题库建设项目，建成课程基础试题库，考试题以该试题库为基础；其次，优化课程考核机制，由原来的单纯考卷成绩为主导转变为考卷、课堂、实践和作业等多方面考察相结合，充分调动学生参与到课程中来的积极性；另外，组织石油工程相关的专业技能比赛，以多样化的考评模式强化理实一体的教学方式，提高学生专业能力[9]。

五  结束语

本文基于CDIO-OBE理念对完井工程课程教学模式进行改革，以提高学生自主学习、创新实践和团队合作的能力。通过结合现代信息化手段进行授课，开展线上线下相结合的理论教学、理论联系实际创新实践教学、多样化考评模式提高授课效率，实现以学生为中心的理论与实践结合的教学模式[10]。完井工程课程改革将工程教育的CDIO理念应用于实践教学中，让学生参与实践，培养学生的工程设计能力、实践能力和团队精神；按照教学大纲要求，其中重点难点部分按照OBE中“产出为导向、以学生为中心”设计教育理念开展教学，让学生参与课堂、融入课堂。通过融合式教学模式创新改革，能够激发学生学习兴趣，使学生在理论知识、设备原理和实践能力方面得到较大的提高，学生能够将知识和实践结合起来，主动学习、思考和解决问题，在专业课程学习中培养学生的创新实践意识和能力，从而提高高校石油工程专业教育质量，实现高质量培养应用型和创新型石油工程人才的目标。

参考文献：

[1] 苏永军，李鹏程，贾悦，等.基于“CDIO+OBE”理念的应用型本科院校毕业设计优化与实践研究——以水利水电工程专业为例[J].绿色科技，2021，23（23）：248-250.

[2] 盛茂，张逸群.基于雨课堂的石油工程专业完井工程混合式教学设计与实践[J].教育现代化，2018，5（21）：183-184.

[3] 石云，张达，殷娜，等.国家级一流线上线下混合式本科课程的教学改革与实践——以自然灾害概论为例[J].教育观察，2023，12（25）：58-61.

[4] 曾佳.石油工程专业“采气工程”课程教学改革探索[J].广东化工，2022，49（3）：225-227.

[5] 马春燕，陈惠英，贾燕冰.项目式翻转课堂教学设计及考核评价体系建设——“单片机原理与接口技术”课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2023（21）：116-119.

[6] 王成优，周晓，常树旺，等.以学生为中心导向的信号与系统实验教学改革[J].高教学刊，2023，9（35）：142-145.

[7] 刘峰，张益，马先林，等.基于OBE理念的油藏数值模拟课程教学方法改革与实践[J].高教学刊，2023，9（36）：132-135.

[8] 刘阳，杜松华，禤欣.新文科背景下电子商务专业“创新融合”发展模式研究[J].科技风，2023（24）：120-122.

[9] 张忠华.基于Blackboard平台的混合教学探索——以《计算机基础》为例[J].教育科学论坛，2017（12）：57-60.

[10] 裴晓林，陈丽，杨飞龙，等.新工科背景下化学师范专业化工基础课程教学改革探索[J].化工高等教育，2023，40（6）：98-103.

基金项目：陕西省研究生教育综合改革研究与实践项目“行业特色学科高水平科研项目支撑学术学位研究生培养的创新与实践——以石油与天然气工程学科为例”（YJSZG2023101）；西安石油大学2023年校级教育教学改革研究项目“基于CDIO-OBE理念的《完井工程》教学方法改革与实践”（JGYB202311）

第一作者简介：毕刚（1984-），男，汉族，陕西靖边人，博士，副教授，硕士研究生导师。研究方向为石油与天然气工程。