摘要：將仿真模擬技術(shù)引入實(shí)訓(xùn)教學(xué)，可以充分調(diào)動(dòng)感覺(jué)通道、運(yùn)動(dòng)通道和思維通道的學(xué)習(xí)機(jī)能，使學(xué)生接受知識(shí)的效率明顯提高。在鉆井技術(shù)專業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)中，通過(guò)仿真模擬設(shè)備模擬鉆井生產(chǎn)和操作過(guò)程，學(xué)生可實(shí)際動(dòng)手完成對(duì)生產(chǎn)裝置的實(shí)際操作，鞏固所學(xué)知識(shí)，鍛煉獨(dú)立工作能力，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。

關(guān)鍵詞：仿真模擬；實(shí)訓(xùn)教學(xué)；職業(yè)培訓(xùn)

近年來(lái)，仿真模擬技術(shù)引起了人們的廣泛關(guān)注，不僅在軍事領(lǐng)域、科技領(lǐng)域，而且在職業(yè)培訓(xùn)領(lǐng)域都成了研究的熱點(diǎn)。利用仿真技術(shù)可以構(gòu)造出想象的環(huán)境，并可以實(shí)現(xiàn)利用自然的方式與這種虛擬環(huán)境進(jìn)行交流。石油工業(yè)是我國(guó)主要支柱產(chǎn)業(yè)之一，屬于高度自動(dòng)化、技術(shù)密集型工業(yè)。對(duì)高職高專鉆井技術(shù)專業(yè)的學(xué)生來(lái)講，要通過(guò)理論學(xué)習(xí)和校內(nèi)外實(shí)際操作，初步掌握?qǐng)龅毓?、?nèi)外鉗工、井架工、副司鉆、司鉆等崗位的操作技能，這是總的要求。但對(duì)鉆井技術(shù)專業(yè)校內(nèi)實(shí)習(xí)來(lái)講，如何在確保技能培養(yǎng)效果的前提下，解決實(shí)訓(xùn)設(shè)備投入成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大、實(shí)訓(xùn)費(fèi)用昂貴等實(shí)際問(wèn)題，是當(dāng)前亟須思考的問(wèn)題。渤海石油職業(yè)學(xué)院石油工程系積極把仿真技術(shù)引入實(shí)訓(xùn)教學(xué)，在高職教

學(xué)改革方面作了一些探索和嘗試。

鉆井技能訓(xùn)練的基本特點(diǎn)

實(shí)訓(xùn)設(shè)備成本高、維護(hù)保養(yǎng)工作量大一部鉆機(jī)少則2000萬(wàn)元，多則上億元，學(xué)校購(gòu)買(mǎi)鉆機(jī)負(fù)擔(dān)太重。另外，鉆機(jī)安裝在室外，需要經(jīng)常性的日常保養(yǎng)維護(hù)，工作量很大。

鉆井操作技能具有多樣性特點(diǎn)，且勞動(dòng)強(qiáng)度大鉆井作業(yè)不是單一的重復(fù)操作，每一崗位都有不同的操作技能。鉆井作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大是眾所周知的事實(shí)，盡管隨著科技的發(fā)展，鉆井作業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)化程度進(jìn)展很快，但整個(gè)鉆井行業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度仍然很大。

互相配合、聯(lián)合作業(yè)鉆井操作是多人協(xié)同配合的聯(lián)合作業(yè)，離開(kāi)了群體將失去鉆井操作的意義。因此，鉆井操作的技能訓(xùn)練要進(jìn)行多崗位、協(xié)同配合的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的集體主義精神。

危險(xiǎn)性大鉆井操作因受操作者的素質(zhì)、設(shè)備和工具的好壞，協(xié)同配合的水平，個(gè)體技能的高低等多方面因素的制約，未知因素很多，容易發(fā)生人身安全事故，輕者致傷致殘，重者有生命危險(xiǎn)。因此，實(shí)習(xí)安全是鉆井技能訓(xùn)練中至關(guān)重要的問(wèn)題。

把仿真模擬應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)

仿真模擬，即逼真模仿研究對(duì)象。仿真可以分為物理仿真和計(jì)算機(jī)仿真兩大類。物理仿真的優(yōu)點(diǎn)是直接、形象、易信，但模型受限、易破壞、難以重用。計(jì)算機(jī)仿真將研究對(duì)象進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，建模編程，且在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行實(shí)現(xiàn)，可及時(shí)升級(jí)軟件，模擬先進(jìn)的工藝措施、儀器設(shè)備，而且可以重復(fù)演示、反復(fù)使用。其實(shí)，仿真很早就應(yīng)用于科研和諸多領(lǐng)域包括操作教學(xué)在內(nèi)，比如，服裝專業(yè)的裁剪操作，一些實(shí)訓(xùn)用紙張?zhí)娲媪?，我系制作的模型防噴器組及遠(yuǎn)控臺(tái)等，都可以稱為物理仿真；而現(xiàn)在用的鉆井及井控模擬器，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬鉆井及實(shí)施井控，可以稱之為計(jì)算機(jī)仿真。

人類接受知識(shí)的過(guò)程是多通道綜合作用的過(guò)程，這些通道主要有感覺(jué)通道，包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、平衡感覺(jué)、嗅覺(jué)和味覺(jué)；運(yùn)動(dòng)通道，包括手、眼、足、身體和語(yǔ)言；思維通道，包括大腦的記憶、分析、聯(lián)想和決策。傳統(tǒng)的教學(xué)方法只利用了較少的通道，如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等，因此教學(xué)效率不高。現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展不僅對(duì)教學(xué)改革提出了需要，也為此提供了可能。充分運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)的思想、方法、技術(shù)、手段，特別是系統(tǒng)論、信息論、控制論、協(xié)同論、突變論等科學(xué)方法及一切現(xiàn)代化媒體和信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新成果，使仿真操作系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

把仿真模擬技術(shù)引入實(shí)訓(xùn)教學(xué)，學(xué)員置身于仿真環(huán)境之中，可以充分調(diào)動(dòng)感覺(jué)通道、運(yùn)動(dòng)通道和思維通道的學(xué)習(xí)機(jī)能，接受知識(shí)的效率明顯提高。借助高技術(shù)手段深化教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)教學(xué)訓(xùn)練模擬仿真化，是一場(chǎng)創(chuàng)新教學(xué)手段和方法的變革，而這場(chǎng)變革的核心就是模擬和仿真。從2003年起，我院與西南石油大學(xué)計(jì)算科學(xué)學(xué)院聯(lián)合開(kāi)發(fā)鉆井、修井仿真模擬器，這套鉆井、修井仿真模擬器主要由以下三部分組成：（1）前端學(xué)員操作系統(tǒng)。包括柴油鉆機(jī)司鉆控制臺(tái)（或電動(dòng)鉆機(jī)司鉆控制臺(tái)）、參數(shù)顯示臺(tái)、防噴器控制臺(tái)、阻流器控制臺(tái)、高壓（立管）管匯、阻流器控制臺(tái)等。（2）后臺(tái)教師主控系統(tǒng)。包括教師主控機(jī)、圖形處理機(jī)、激光打印機(jī)等。（3）大屏幕投影系統(tǒng)。包括投影儀、投影屏幕等，主要負(fù)責(zé)顯示由圖形處理機(jī)產(chǎn)生的真彩色、真三維動(dòng)畫(huà)圖形，讓所有教師及學(xué)員能夠?qū)崟r(shí)地、清晰直觀地跟蹤作業(yè)過(guò)程，再現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)場(chǎng)景。

仿真模擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

形象性仿真操作能創(chuàng)造一個(gè)與實(shí)際近乎相同的特性環(huán)境。如鉆井模擬器，仿真操作面板與鉆機(jī)實(shí)際操作面板可以完全吻合，仿真操作與實(shí)際鉆機(jī)操作在面板控制部分幾乎完全一致。

交互性仿真操作不同于電化教學(xué)，電化教學(xué)學(xué)員是被動(dòng)式、單向式，雖然直觀但不具備交互性；而在仿真操作過(guò)程中，學(xué)員與操作對(duì)象能進(jìn)行交互，可以大大激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣。學(xué)員參與仿真，可建立起使人如身臨其境的“交互式虛擬現(xiàn)實(shí)世界”。仿真過(guò)程具有“沉浸—交互—構(gòu)想”三個(gè)基本特征，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造虛擬環(huán)境，特別強(qiáng)調(diào)學(xué)員參與其中的身臨其境的沉浸感，同時(shí)學(xué)員與虛擬環(huán)境之間可以有多維信息交互作用，學(xué)員從定性和定量綜合集成的虛擬環(huán)境中，可以獲得對(duì)操作對(duì)象的感性和理性的認(rèn)識(shí)。

全面性仿真操作軟件可充分考慮實(shí)際環(huán)境中的各種因素，避免由于特定條件而導(dǎo)致的操作結(jié)果的單一取向。如下鉆桿發(fā)現(xiàn)溢流時(shí)關(guān)井操作仿真，能對(duì)溢流量、關(guān)井程序、下鉆桿的操作等多方面進(jìn)行仿真。

安全性仿真操作不會(huì)對(duì)操作對(duì)象如設(shè)備、儀表、元件等造成實(shí)質(zhì)性損害，更不會(huì)因操作失誤對(duì)學(xué)員造成人身危害。如鉆井作業(yè)仿真不會(huì)因?qū)W員操作失誤造成設(shè)備本身?yè)p壞，如碰天車、砸井口等事故出現(xiàn)后，不會(huì)造成設(shè)備本身?yè)p壞。而且，仿真中的聲、光警報(bào)及語(yǔ)言提示，完全可以對(duì)學(xué)員操作錯(cuò)誤進(jìn)行提醒和糾正。

全天候性仿真操作不受天氣、氣候制約，無(wú)論刮風(fēng)下雨還是嚴(yán)寒或高溫都可進(jìn)行。實(shí)際的鉆井現(xiàn)場(chǎng)操作都在野外，要受天氣、氣候制約。

節(jié)約性引入仿真操作教學(xué)，最根本的好處是對(duì)原材料、工量具、儀表設(shè)備的節(jié)約。如鉆井作業(yè)操作一次，要消耗柴油，需要鉆桿、吊卡、液壓鉗等，同時(shí)由于操作錯(cuò)誤，還可能引起設(shè)備的毀壞等嚴(yán)重事故。而仿真操作過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)無(wú)油料消耗，避免設(shè)備和元件損壞。再如數(shù)控仿真，虛擬毛坯替代實(shí)際材料，虛擬冷卻液替代實(shí)際冷卻液，可極大地降低操作消耗，且刀具不會(huì)因?yàn)檫M(jìn)給量過(guò)大而損壞。在化學(xué)仿真中，酸、堿、鹽類都是虛擬物品，沒(méi)有消耗，更沒(méi)有污染。

高效性仿真操作可縮短材料、儀器或工卡量具的準(zhǔn)備過(guò)程，操作完成后，也節(jié)省了回收時(shí)間。在仿真操作過(guò)程中，學(xué)員可以輕松對(duì)操作過(guò)程初始化，對(duì)未能完成的操作進(jìn)行狀態(tài)存貯，對(duì)已完成的操作進(jìn)行調(diào)入回顧，極大地提高了操作效率。

直觀性在模擬器上可以看到實(shí)際中看不到的現(xiàn)象：（1）在模擬器上關(guān)井，可以觀察到環(huán)形防噴器的關(guān)井工作原理?？吹介l板防噴器的閘板動(dòng)作；（2）鉆頭在井底工作時(shí)可以通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)顯示在地層中鉆進(jìn)的情形；（3）壓井過(guò)程中壓井液循環(huán)的情形直觀，立管壓力、套管壓力變化曲線一目了然。總之，模擬器可使復(fù)雜的理論簡(jiǎn)單化，使抽象的問(wèn)題形象化。

考核與評(píng)分在高職院校中專業(yè)技能的實(shí)際操作考試是教學(xué)中的重要一環(huán)，鉆井專業(yè)的考試準(zhǔn)備工作費(fèi)時(shí)、耗材量大、評(píng)分工作繁雜。該套鉆井模擬器可以在學(xué)員操作結(jié)束時(shí)自動(dòng)打分，消除了主觀因素的影響，客觀、公平、合理，也減輕了教師的工作量。

仿真模擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)的效果

渤海石油職業(yè)學(xué)院石油工程系是中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司（CNPC）指定的9家國(guó)內(nèi)井控培訓(xùn)機(jī)構(gòu)之一，具有國(guó)際鉆井承包商協(xié)會(huì)（IADC）國(guó)際井控培訓(xùn)資質(zhì)。仿真模擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)在全日制學(xué)生校內(nèi)實(shí)習(xí)以及職工培訓(xùn)中應(yīng)用，取得了顯著效果（見(jiàn)下表）。

作為一種新的教學(xué)模式，仿真模擬實(shí)訓(xùn)與傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)方法相比有諸多優(yōu)點(diǎn)，但必須注意的是，仿真實(shí)訓(xùn)畢竟不是真正的對(duì)實(shí)際對(duì)象的操作，本身有一定的局限性。在采用仿真實(shí)訓(xùn)后，可縮短但絕不能完全拋開(kāi)真實(shí)的實(shí)習(xí)過(guò)程。鉆井專業(yè)采用仿真輔助實(shí)習(xí)的同時(shí)，還要給學(xué)生安排必需的校外實(shí)習(xí)，校企聯(lián)合，工學(xué)交替，為企業(yè)培養(yǎng)出技能過(guò)硬的急需人才。

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作者簡(jiǎn)介：

黃守國(guó)（1965—），男，河北清河人，渤海石油職業(yè)學(xué)院石油工程系實(shí)訓(xùn)辦主任，講師，研究方向?yàn)槭吐殬I(yè)教育。