李忠厚

一、引言

“實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，是應(yīng)對發(fā)展環(huán)境變化、把握發(fā)展自主權(quán)、提高核心競爭力的必然選擇，是加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式、破解經(jīng)濟發(fā)展深層次矛盾和問題的必然選擇，是更好引領(lǐng)我國經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)、保持我國經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展的必然選擇?！贝髮W(xué)教育是引領(lǐng)創(chuàng)新發(fā)展的重要陣地，這就要求大學(xué)教育的職能從單純的傳播理論定律到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索、科學(xué)研究與為我國經(jīng)濟服務(wù)的轉(zhuǎn)變。延安大學(xué)石油工程與環(huán)境工程學(xué)院對石油工程專業(yè)選修課“物理法采油采氣新技術(shù)”進行基于開放式實驗室的教學(xué)模式改革。

二、建立模塊化課程教學(xué)平臺

依托地域和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目優(yōu)勢，以培養(yǎng)學(xué)生實踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為目標，開放式實驗教學(xué)已經(jīng)成為大學(xué)生認識油、氣田，掌握課程基本理論和石油工程采油采氣前沿知識火熱的物理法采油采氣新技術(shù)，從事物理法開采頁巖氣方案編寫，海上采油采氣平臺設(shè)計、井下工具設(shè)計以及物理法提高采收率是新技術(shù)創(chuàng)新的主要平臺。

延安大學(xué)作為一個綜合性大學(xué)，學(xué)科門類齊全，各個理工科基礎(chǔ)實驗設(shè)施基本配備到位。石油工程專業(yè)實驗涉及化學(xué)、機械、物理、流體力學(xué)、計算機等各個領(lǐng)域，勢必要求石油工程專業(yè)的學(xué)生在實驗領(lǐng)域發(fā)散思維，不能局限于一臺實驗設(shè)備或者一個實驗室，而是多種不同領(lǐng)域的實驗室的結(jié)合，這些都是在開放式實驗室的前提下才能辦到的。

模塊化課程教學(xué)平臺就是在開放式實驗平臺的基礎(chǔ)上建立的。選修課課程的設(shè)置不再局限于傳統(tǒng)的一門固定的教材，而是根據(jù)系統(tǒng)模塊化原理，以物理法采油采氣新技術(shù)的工藝技術(shù)原理為基礎(chǔ)，建立分層次，多級別的課程模塊管理系統(tǒng)，將聲波采油和聲波解堵與頁巖氣的開發(fā)結(jié)合起來，將電磁采油和采氣結(jié)合起來等整合成相對完整獨立的課程模塊。由學(xué)生按照培養(yǎng)計劃要求和個人興趣、工作需要對教學(xué)模塊進行選擇。從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進個性化發(fā)展和創(chuàng)新能力的提高。

學(xué)生在模塊化課程教學(xué)平臺上可以選擇在開放式實驗平臺上進行相關(guān)的創(chuàng)新性實驗。石油學(xué)院提供院內(nèi)各實驗室結(jié)合提供全流程實驗平臺。與傳統(tǒng)實驗教學(xué)的教師課堂講授實驗原理、理論定律，實驗教師講解實驗設(shè)備操作，實驗員準備實驗樣品不同；開放式實驗室提供學(xué)生從樣品的采集，樣品的準備和樣品的測試全流程的實驗平臺。由學(xué)生進行巖心鉆取實驗室、油層物理實驗室、油田化學(xué)實驗室、采油油藏實驗室等各個實驗室的操作，各個實驗室由實驗教師進行實驗設(shè)備指導(dǎo)，學(xué)生從被動地聽從安排到主動地申請各個實驗室進行操作，可以根據(jù)自己的具體時間安排學(xué)習(xí)進度和相關(guān)實驗，從而保證每一個學(xué)生在學(xué)完一個模塊后能夠獲得相關(guān)的技術(shù)或者工藝技能。

三、建立多手段的教學(xué)模式

1.建立在開放式實驗室基礎(chǔ)上動畫實驗演示平臺

學(xué)生在依托大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目提出自主設(shè)計的實驗方案時，首先需要了解現(xiàn)行的常用實驗設(shè)備是什么和開放式實驗室平臺能夠提供的實驗設(shè)備有哪些。這些工作在沒有動畫實驗演示平臺時很難操作的，尤其是專人負責的儀器設(shè)備；學(xué)生自身的時間和精力有限，社交資源匱乏，不能在有限的時間內(nèi)籌集到需要的信息。只有在建立動畫實驗演示平臺的基礎(chǔ)上，學(xué)生能夠在網(wǎng)絡(luò)上查詢需要的信息。最重要的是，學(xué)生可以通過網(wǎng)站信息平臺了解到有哪些實驗設(shè)備，以及這些實驗設(shè)備能夠用來做什么實驗，這樣學(xué)生在進行項目申報前就已經(jīng)進行了個性思考和組織調(diào)研等具有創(chuàng)新性能力培養(yǎng)的工作了。

動畫實驗演示平臺可以為學(xué)生自主設(shè)計的實驗提供儀器設(shè)備的實驗操作流程。學(xué)生在查詢到需要用到的實驗設(shè)備時，還需要了解這些實驗設(shè)備，尤其是高精尖的實驗設(shè)備它們的儀器操作步驟。很多大型設(shè)備，多是從國外進口，價格昂貴，維護費用高，維護周期長，一旦操作失誤，會給國家和單位造成很大的經(jīng)濟損失，從而會延誤科研研究和技術(shù)開發(fā)。通過建立動畫實驗演示平臺，學(xué)生在進行大型實驗設(shè)備的操作時，可以邊按照平臺的指示邊進行實驗設(shè)備的操作。比如學(xué)生自主設(shè)計的聲波采油試驗中，需要使用油藏工程實驗室的恒速驅(qū)替實驗系統(tǒng)。

學(xué)生在做實驗準備前，必須對驅(qū)替系統(tǒng)的平流泵進行循環(huán)試車；這個過程要求進出水管道必須是單一液相蒸餾水，不能出現(xiàn)微小氣泡，尤其不能混入空氣；學(xué)生必須按照平臺提供的實驗步驟一步步進行操作，并且和顯示器所顯示的數(shù)據(jù)一一比對，不能有絲毫馬虎。在所有實驗準備工作完成以后，學(xué)生在進行驅(qū)替實驗時，需要設(shè)定流體的驅(qū)替速度。設(shè)定的驅(qū)替速度必須在儀器的承受范圍之內(nèi)，并且要和試驗樣品相匹配，才能使恒速驅(qū)替實驗系統(tǒng)在最佳的工況下運作，這些匹配的過程就是培養(yǎng)學(xué)生的解決問題和分析問題的創(chuàng)新能力。

2.建立基于教學(xué)發(fā)展中心創(chuàng)新研發(fā)平臺

延安大學(xué)為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，建立了教學(xué)發(fā)展中心。學(xué)生可以在教學(xué)發(fā)展中心請教不同學(xué)科的教授、副教授和校外的兼職教授，高級工程師為他們提供在常規(guī)課程中學(xué)習(xí)不到的理論知識和現(xiàn)場工藝的技術(shù)指導(dǎo)。

物理法采油采氣新技術(shù)是一門與現(xiàn)場工藝結(jié)合非常緊密的課程。比如物理法開采頁巖氣中的超聲霧化排水工藝就涉及水平井頁巖氣開采中水平井段產(chǎn)出地層水的超聲霧化問題。頁巖氣在開采的過程當中常常會出現(xiàn)氣水同產(chǎn)的現(xiàn)象，不同程度地伴有產(chǎn)層水進入井底，而這些產(chǎn)層水也會對頁巖氣的開采造成不同程度的影響，將會嚴重地影響到頁巖氣的采收率甚至導(dǎo)致停產(chǎn)，同時這些產(chǎn)層水也會對環(huán)境造成一定的潛在污染和資源的浪費。

學(xué)生在教學(xué)發(fā)展中心與來自頁巖氣開采一線的延長油田高級工程師經(jīng)過探討，一致認為對頁巖氣井氣水同產(chǎn)的問題，主要集中在如何豐富氣井資料的研究基礎(chǔ)上，對頁巖氣水平井地層出水規(guī)律進行定量描述和預(yù)測，并結(jié)合氣體滲流理論利用超聲霧化設(shè)備進行探討氣水同流的機理。最后學(xué)生給出了自主設(shè)計的實驗方案和施工工藝步驟，即收集頁巖氣水平井開采方式及使用量、氣井產(chǎn)量、氣井伴生產(chǎn)出地層水量等基礎(chǔ)資料，確定采樣方案。進行超聲波霧化地層水實驗，對超聲波霧化地層水規(guī)律進行研究，并結(jié)合氣井產(chǎn)量、巖心對超聲波不同頻率，不同功率、不同作用方式對超聲波霧化模式進行刻畫。準備氣舉試驗所需材料，采集頁巖氣不同烴類組分的氣體樣品，并對樣品進行前期處理，在采油工程實驗室進行氣舉試驗，分析在不同烴類組分氣體流量下的攜帶液體的能力。最后，進行頁巖氣水平井超聲波排水增產(chǎn)現(xiàn)場試驗，給出超聲波排水增產(chǎn)技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用模式。

3.建立校企合作模式下的現(xiàn)場教學(xué)模式

在實現(xiàn)高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和企業(yè)單位聯(lián)合的創(chuàng)新模式指導(dǎo)下，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，可以轉(zhuǎn)變單一的學(xué)校內(nèi)的課程教學(xué)為校企聯(lián)合的現(xiàn)場教學(xué)。一則可以彌補高校缺乏大型和高精尖設(shè)備的短板，二則可以鍛煉學(xué)生的思考和實踐能力。只有緊密和生產(chǎn)實際相結(jié)合，解決生產(chǎn)實際中出現(xiàn)的問題，才能快速提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

開展本科生或者研究生常駐研究院所的實驗教學(xué)模式，研究院所的高級別科研人員從事的大多是開創(chuàng)性實驗，所解決的大多都是學(xué)科前沿未曾面臨的科研難題。本科生或者研究生常駐研究院所，參與這些科研實驗和相關(guān)的科研小組討論，可以極大開闊學(xué)生的眼界，學(xué)習(xí)相應(yīng)的創(chuàng)新方法和創(chuàng)新思路，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

石油學(xué)院的研究生常駐位于西安的延長研究院，開發(fā)了多種物理法采油采氣技術(shù)，尤其在頁巖氣領(lǐng)域。在水平井開采頁巖氣的過程中面臨著頁巖氣井水平段產(chǎn)出水水淹的問題。為了解決這個問題，學(xué)生和科研人員進行了大量的自行設(shè)計的實驗，不僅給出了相關(guān)的科研報告，還與企業(yè)聯(lián)合申請了相關(guān)的發(fā)明專利，極大鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四、建立學(xué)生自主探索選修課教學(xué)和創(chuàng)新能力的考核體系

轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的課堂教師教授實驗原理、實驗室實驗教師講授實驗設(shè)備、實驗員準備實驗樣品，為學(xué)生根據(jù)學(xué)科前沿知識自主選擇研究方向、自主設(shè)計實驗方案、自行進行實驗準備和實驗操作、自行進行實驗數(shù)據(jù)處理的自主探索實驗教學(xué)體系。面臨物理法采油采氣新技術(shù)選修課課程中的頁巖氣勘探開發(fā)的學(xué)科前沿，學(xué)生自主選擇了頁巖氣的產(chǎn)出機理方向，自主設(shè)計了研究頁巖氣的解析吸附實驗方案，利用油田化學(xué)實驗室和油層物理實驗室以及跨學(xué)科的環(huán)境工程實驗中的分光儀實驗設(shè)備，給出了實驗數(shù)據(jù)并進行了相關(guān)的數(shù)據(jù)處理和公式擬合，給出了相關(guān)的研究報告。

基于開放式實驗室的選修課的教學(xué)不再以考核學(xué)生對技術(shù)原理和工藝知識的掌握程度為目標，而是以學(xué)生利用現(xiàn)有的技術(shù)手段和實驗儀器進行未知領(lǐng)域探索和研究的創(chuàng)新能力的考核為目標。第一是考核學(xué)生的對學(xué)科前沿的把握程度，是否能夠及時了解學(xué)科前沿的研究進度。第二是考核學(xué)生對未知領(lǐng)域問題的思考能力，只有深入思考，才能提出可行的實驗方案，并能對實驗可能出現(xiàn)的結(jié)果有一定的分析處理能力。因此，從選修課的選擇，實驗方案的設(shè)計、實驗的數(shù)據(jù)處理等幾個方面入手建立有利于培養(yǎng)創(chuàng)新能力的考核體系。

五、結(jié)語

石油工程專業(yè)選修課“物理法采油采氣新技術(shù)”的教學(xué)改革不是簡單地通過傳統(tǒng)的單一課堂講授原理和實驗室進行本科生實驗來進行學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的，而是通過建立在開放式實驗平臺上的模塊化課程教學(xué)、多手段的教學(xué)模式和自主探索與創(chuàng)新能力考核體系上的。這讓我們深深感受到，轉(zhuǎn)變專業(yè)選修課教學(xué)思想，專業(yè)選修課教學(xué)手段，要進一步注重專業(yè)選修課的技術(shù)更新，才能更好地提供有利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)生動手解決實際問題的能力。

參考文獻：

[1]黃曉敏，曾松榮，柯 野，等.實驗室開放式教學(xué)改革與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].實驗技術(shù)與管理，2006，23（3）：16-18.

[2]屈 鋒，程火焰，陽國峰.土木工程專業(yè)實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].高等建筑教育，2011，20（3）.