閻鳳元 劉凱 張蒙麗

【摘要】結(jié)合國家對全方位、高層次人才培養(yǎng)的需要，針對液體管道輸送所設(shè)學(xué)科多且復(fù)雜，與液體管道輸送相關(guān)的實驗教學(xué)內(nèi)容分散，且現(xiàn)有的實驗教學(xué)模式存在一些不容忽視的問題，提出了整合優(yōu)化各課程的關(guān)聯(lián)與協(xié)同作用，制定綜合性實驗教學(xué)計劃，分層次遞進式安排課內(nèi)課外實驗項目，加強科研項目向教學(xué)實驗轉(zhuǎn)化，并鼓勵學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目及學(xué)科競賽，實驗設(shè)備依托國家級虛擬仿真實驗中心，虛實結(jié)合，硬件設(shè)備與仿真軟件互為補充，綜合培養(yǎng)學(xué)生分析、創(chuàng)新、解決工程實際問題的能力，提升了專業(yè)實驗教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】實驗教學(xué) 整合優(yōu)化 虛實結(jié)合 分層遞進式

一、引言

《輸油管道設(shè)計與管理》課程是油氣儲運工程專業(yè)的一門主干課程，主要培養(yǎng)學(xué)生液體管道設(shè)計和運行管理的相關(guān)知識技能，該課程以輸油管道工程設(shè)計和運行管理為主線，闡述輸油管道的基本原理、工藝技術(shù)和設(shè)計計算方法，以及運行特點和管理原則。該課程理論與工程實際緊密結(jié)合，強調(diào)多學(xué)科知識在實踐中的綜合理解和應(yīng)用。在當(dāng)前的本科生培養(yǎng)方案中，與液體管道輸送相關(guān)的實驗教學(xué)較為分散，一般安排在課程內(nèi)實驗、相關(guān)選修課程實驗、仿真實訓(xùn)等各個環(huán)節(jié)中，造成教學(xué)實驗中原理性和驗證性實驗較多，設(shè)計性和綜合性實驗較少。同時由于管道技術(shù)發(fā)展迅速，實驗設(shè)計跟不上技術(shù)發(fā)展，導(dǎo)致教學(xué)實驗與實際工程應(yīng)用脫節(jié)嚴(yán)重，這是學(xué)生綜合實踐能力培養(yǎng)的短板，也影響了專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

中國石油大學(xué)（北京）油氣儲運工程系的教學(xué)團隊一直致力于實踐教學(xué)相關(guān)課題的研究，不斷完善校內(nèi)實踐教學(xué)設(shè)施，在教學(xué)體系、內(nèi)容、模式、方法等方面做了諸多改進。為進一步提高專業(yè)教學(xué)水平，油氣儲運工程系的教學(xué)團隊將根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)方案的要求，探索輸油管道系列課程之間的聯(lián)系，綜合各學(xué)科學(xué)識，研究新的綜合性課程實驗教學(xué)體系，提出更具系統(tǒng)性和完整性的實驗項目，使其具有更為明確的工程背景和創(chuàng)新性，對提高學(xué)生綜合分析解決相關(guān)問題及實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也更有價值。

二、實驗教學(xué)現(xiàn)存的問題

油氣儲運工程專業(yè)具有多學(xué)科交叉、在石油行業(yè)中覆蓋面最廣、直接面向工程領(lǐng)域等特點?！遁斢凸艿涝O(shè)計與管理》課程作為主干課程，為必修專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科，而涉及專業(yè)方向較強、與工程實際更為貼近的課程多為選修課程，如輸油管道水擊分析與控制、原油流變學(xué)及應(yīng)用、儀表檢測與管道SCADA系統(tǒng)、輸油管道優(yōu)化等，這些課程安排在不同學(xué)年，學(xué)生每學(xué)年只能選修部分課程，使得各個課程的實驗、實踐環(huán)節(jié)被分開講授，導(dǎo)致實驗教學(xué)內(nèi)容缺乏統(tǒng)一性和系統(tǒng)性，知識體系的綜合應(yīng)用效果得不到足夠的發(fā)揮，不利于提升學(xué)生綜合分析、解決工程問題及創(chuàng)新的能力。

（1）在以前單一課程教學(xué)中，存在著實驗內(nèi)容和項目相對單一，設(shè)計性和綜合性實驗較少，難度也不大；實驗課程之間無關(guān)聯(lián)，實驗內(nèi)容的安排沒有考慮到相關(guān)課程的前后銜接等問題。

（2）課內(nèi)實驗時間少、管道綜合性實驗少。在課內(nèi)實驗有限的學(xué)時內(nèi)，基礎(chǔ)性和簡單的綜合性實驗較多，能夠自主發(fā)揮的設(shè)計性、創(chuàng)新性及長輸管道整體運行實驗較少，知識和技能比較碎片化，不系統(tǒng)。由于實驗隨課程走，也造成了實驗體系被割裂，分散在各個學(xué)期。

（3）課程實驗教學(xué)內(nèi)容不能及時更新，學(xué)生自主創(chuàng)新發(fā)揮余地少，與工程技術(shù)發(fā)展聯(lián)系不夠緊密，各種新材料、新工藝、新技術(shù)在設(shè)計中體現(xiàn)較少，不能為學(xué)生進一步的科研和就業(yè)提供優(yōu)勢。

（4）缺少對實踐環(huán)節(jié)有效的評價機制。實踐環(huán)節(jié)應(yīng)隨技術(shù)的發(fā)展不斷更新，對教學(xué)質(zhì)量的評價監(jiān)控沒有科學(xué)的方法，無法整體提升實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)水平。

根據(jù)上述實踐教學(xué)中存在的問題，今后的實踐教學(xué)應(yīng)依托專業(yè)實驗室和虛擬仿真實驗中心，優(yōu)化現(xiàn)有課程群的實驗實踐環(huán)節(jié)，搭建綜合性實驗實踐平臺，力求涵蓋相關(guān)知識和技能，以鍛煉學(xué)生的綜合設(shè)計分析復(fù)雜工程問題的能力，提高學(xué)生在社會和行業(yè)中的競爭力。

三、教學(xué)改革內(nèi)容

1.整合優(yōu)化各課程的關(guān)聯(lián)與協(xié)同作用，制定綜合的實驗教學(xué)計劃

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)對輸油管道系列課程的實驗項目進行重構(gòu)和系統(tǒng)優(yōu)化，將實驗內(nèi)容放在課程群整體教學(xué)大綱中考慮，建設(shè)輸油管道課程群的系統(tǒng)實驗教學(xué)環(huán)境，通過對輸油管道設(shè)計與管理、儀表檢測與管道SCADA系統(tǒng)、原油流變學(xué)及應(yīng)用、輸油管道水擊分析與控制、仿真實訓(xùn)等專業(yè)課程知識關(guān)聯(lián)程度的分析，制定課程順序及實驗內(nèi)容。首先根據(jù)教學(xué)團隊研討的結(jié)果調(diào)整了各課程的上課時間，使學(xué)生按照一定的知識邏輯順序?qū)W習(xí)各門課程，將涉及管道設(shè)備的課程放在前面，通過輸油管道設(shè)計與管理課程進行綜合學(xué)習(xí)，將管道輸送的具體問題分析課程放在后面，組成了遞進式的學(xué)習(xí)模式。

2.虛實結(jié)合，硬件設(shè)備與仿真軟件互為補充，提高實驗教學(xué)質(zhì)量

專業(yè)實驗主要通過實驗設(shè)備、仿真計算、實物模擬工程站場運行等方式培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力。由此，實驗室自行設(shè)計并建設(shè)了長輸管道運行模擬控制中心、站場可操作半仿真實物模型及小型模擬實驗裝置，涵蓋長距離原油管道仿真系統(tǒng)、長距離成品油管道仿真系統(tǒng)，通過界面圖形和數(shù)值仿真計算軟件對接，實現(xiàn)“真實”模擬管道水力系統(tǒng)及控制操作，該系統(tǒng)不僅能模擬站場操作、管道正常運行工況，還能模擬管道水擊、泄漏和誤操作等事故工況，并且能模擬事故應(yīng)對處理的效果等。學(xué)生可以通過仿真軟件計算管道系統(tǒng)的水力、熱力情況，通過實物實驗設(shè)備進行控制操作。這些仿真設(shè)施極大的彌補了現(xiàn)場實習(xí)能看不能動的缺陷，使學(xué)生不僅能動手操作，而且能看到現(xiàn)場看不到的管道內(nèi)運行情況的瞬態(tài)變化，實現(xiàn)一加一大于二的效果。同時，我校這些自主開發(fā)的軟件和設(shè)備已推廣到其他院校，得到了一致好評。

3.分層次安排課內(nèi)課外實驗項目，遞進式培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力

輸油管道設(shè)計與管理課程群涉及多門專業(yè)課程，工程性較強，但主要針對課程要求制定，使得課內(nèi)實驗學(xué)時少。對本門課程來說，兼顧了基礎(chǔ)性和綜合性，但與輸油管道工程實際的結(jié)合不夠。針對這一情況，在兼顧課程教學(xué)目標(biāo)及整體實踐體系要求、實驗室硬件基礎(chǔ)上，大力開發(fā)設(shè)計型實驗、綜合型實驗，研究探索型實驗作為補充，完善實驗課程體系，同時部分實驗項目作為選修實驗、開放實驗，鼓勵學(xué)生在課余時間段完成，做到不同課程實驗相結(jié)合、實驗與工程設(shè)計相結(jié)合、校內(nèi)實驗與校外實習(xí)相結(jié)合、課程實驗與競賽創(chuàng)新相結(jié)合，系統(tǒng)提高學(xué)生實踐創(chuàng)新能力。

4.致力于將科研項目轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)與時俱進的合格工程人才

中國石油大學(xué)（北京）油氣儲運專業(yè)有非常優(yōu)秀的教學(xué)科研團隊，也非常注重科研成果向教學(xué)課程的轉(zhuǎn)化。將科研課題中代表性的內(nèi)容與實驗教學(xué)過程中的重要知識相聯(lián)系并應(yīng)用于實驗教學(xué)，即鍛煉了學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，又激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。近年來，專業(yè)教學(xué)科研團隊已轉(zhuǎn)化了多項科研項目，開發(fā)了管道瞬態(tài)模擬計算軟件LPS、長輸管道密閉輸送實驗裝置、成品油庫運行管理軟件、典型站場模擬等多個實驗設(shè)備和軟件，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了綜合性和創(chuàng)新性實驗項目。同時，為學(xué)生參加各種專業(yè)競賽和參與科研提供支持。教學(xué)結(jié)果表明這些以科研為基礎(chǔ)的實驗內(nèi)容對培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的優(yōu)秀人才具有積極的推動作用。

5.依托大學(xué)生創(chuàng)新及學(xué)科競賽，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析、創(chuàng)新、解決工程實際問題的能力

教師在選題、設(shè)計、實驗等方面適度引導(dǎo)，鼓勵學(xué)生充分利用實驗室的各項資源，自主選擇專業(yè)課題進行設(shè)計并實踐，組織學(xué)生參與科研項目和創(chuàng)新性實驗及設(shè)備開發(fā)等活動。目前，本專業(yè)學(xué)生超過三分之二都參加過國家、省級及學(xué)校組織的“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類實驗計劃項目”，其中部分取得了優(yōu)異的成績。專業(yè)性競賽是學(xué)生將課堂理論知識和現(xiàn)場工程實踐相結(jié)合的重要平臺。近年來，為激發(fā)學(xué)生的能動性和創(chuàng)造性，鼓勵學(xué)生參加“石油工程設(shè)計大賽”“油氣儲運工程設(shè)計大賽”等專業(yè)競賽，賽題均來源于工程實際。通過對題目的分析和設(shè)計可以考察學(xué)生對所學(xué)課程的理論知識掌握的深度和廣度，以及對工程現(xiàn)場和系統(tǒng)工藝等相關(guān)知識學(xué)習(xí)認(rèn)知的能力，同時將競賽作為創(chuàng)新實驗項目的重要補充，教師提供指導(dǎo)，實驗室提供模擬計算工具等，以此鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

四、改革效果

通過液體管道輸送課程群的實驗教學(xué)改革，優(yōu)化調(diào)整實驗教學(xué)體系，更新實驗教學(xué)內(nèi)容，用多種方式增加綜合創(chuàng)新性實驗項目，培養(yǎng)學(xué)生分析解決實際工程問題的能力，對傳統(tǒng)實驗教學(xué)進行深化改革，在實際中取得了良好的教學(xué)效果。3年來，在本科生培養(yǎng)上，除必修及選修實驗課程外，每年均有部分學(xué)生參與相關(guān)科研項目及創(chuàng)新課題研究，為就業(yè)和繼續(xù)深入科研打基礎(chǔ)。全國石油工程設(shè)計大賽我校學(xué)生三年共獲得一等獎7項、二等獎5項、三等獎41項的優(yōu)異成績。在已開展兩屆的油氣儲運工程設(shè)計大賽也有所斬獲，并在2017年獲得優(yōu)秀組織團隊獎。

五、結(jié)語

隨著學(xué)科的分化與綜合，課程之間的聯(lián)系愈加緊密。課程群可以完善知識創(chuàng)新體系，形成協(xié)同關(guān)系，有效利用教學(xué)資源，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。通過對液體管道輸送課程群的實驗教學(xué)改革，整合實驗資源，優(yōu)化實驗內(nèi)容，形成了分層遞進式的綜合實驗教學(xué)體系，提高了設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性實驗的比例，多渠道、多方面鍛煉了學(xué)生解決實際工程問題的能力。實驗教學(xué)改革為學(xué)生進一步深入專業(yè)領(lǐng)域的研究和就業(yè)提供了堅實的支撐，獲得了良好的教學(xué)效果。

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