卞小強 郭黎明
[摘 要]油層物理課程專業(yè)性極強,此門學科在石油工程領域發(fā)揮著重要的作用。油層物理是眾多石油高校與油田開展合作項目的重要學科,這為石油專業(yè)學生的實踐以及創(chuàng)新提供了有力的條件。新工科以及工程教育認證對油層物理教學內容的優(yōu)化、教學手段的創(chuàng)新、課程考核方式的改革以及油層物理學科的教學模式改革提出了新的要求。
[關鍵詞]油層物理;新工科;工程教育認證;教學改革
[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2021)10-0036-04
油層物理具有知識覆蓋范圍大,專業(yè)基本概念多,公式煩瑣,實驗模式單一,課程比較抽象等特點。油層物理是非常實用的一門基礎課程,在石油類專業(yè)中,它不但是后續(xù)專業(yè)基礎,更是通往專業(yè)人才培養(yǎng)的橋梁。學習油層物理可以培養(yǎng)學生的思維創(chuàng)新能力以及邏輯推理能力,為學生后續(xù)專業(yè)課程的學習奠定堅實的基礎。在工程教育認證背景下,新工科的提出[1]對于如何更加有效地促進油層物理課程教學對人才培養(yǎng)質量的提升尤為重要。目前,同時考慮工程教育認證背景和新工科建設條件下的油層物理課程教學改革的研究幾乎沒有報道。基于此,筆者旨在對新工科建設和工程教育認證背景下的油層物理教學改革進行探索。
一、新工科的內涵和工程教育認證
(一)新工科的內涵
新工科是國家針對高等學校全面推進高等工程教育以適應新經(jīng)濟發(fā)展所提出來的新概念,其目標是培養(yǎng)一大批新興工程科技人才以滿足我國在新形勢下產(chǎn)業(yè)革命及經(jīng)濟發(fā)展對人才的需求。新工科的內涵:1.以樹立美德、培養(yǎng)人才為指導;2.以適應變化、塑造未來為建設理念;3.以繼承創(chuàng)新、交叉融合、協(xié)調共享為主要途徑,進而培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型的卓越工程人才[2]。新工科建設具有理念新、要求新以及途徑新等特點。在新工科建設過程中,面臨著以下問題:教育理念不適應、人才結構不適應、培養(yǎng)人才模式不適應以及知識結構體系不適應。
(二)工程教育認證
在工程教育認證過程中,石油工程專業(yè)作為其中的一個重要組成部分,其所開設的專業(yè)基礎課程油層物理不僅需要學生掌握該課程的基本概念、基本原理,同時在此背景下,要把“以學生為中心”的教學理念作為提高教學水平的一個重要手段,探討石油工程專業(yè)油層物理課程教學改革的優(yōu)化方向,以此來實現(xiàn)石油工程專業(yè)人才培養(yǎng)的目標。
工程認證教育的核心內容為Outcomes-based Education(OBE教育理念),具體表現(xiàn)為:1.以學生為中心,以就業(yè)為導向;2.以學業(yè)輸出為導向;3.以學習結果來展開。在OBE教育理念中,不是考慮學生何時學習和怎樣學習,而是將學生能否成功和學會了什么作為重心,OBE教育理念旨在促進學生特定能力的培養(yǎng)。作為一種教育模式的革新,OBE教育理念與傳統(tǒng)意義上高度重視投入和內容驅動的教育理念有較大的不同。在整個教育過程中,施教者應當能夠清楚地了解學生的現(xiàn)有水平和畢業(yè)時應該達到的水平,弄清使學生達到相應水平所需要設計的適合學生的教育結構,注重學生的學習產(chǎn)出。可見,擁有一支志向遠大、德行高尚、內心純粹的教師隊伍是教書育人的光榮事業(yè)的根本[3]。
在新工科+工程教育認證背景下,油層物理教學改革既是機遇又是挑戰(zhàn),這對于石油類專業(yè)的相關人員至關重要。
二、油層物理教學內容的優(yōu)化
油層物理作為一門基礎課程,對石油類專業(yè)學生尤為重要。油層物理建立在實驗的基礎上,其實踐性極強,是油藏工程、采氣工程、采油工程等專業(yè)課程的基礎。油層物理的主要教學內容是讓學生掌握有關儲層巖石和儲層流體的物理性質,以及流體在儲層巖石中的基本滲流機理的知識。
(一)油層物理理論教學內容的優(yōu)化
油層物理理論教學內容可以通過構建模塊化的課程體系對其進行優(yōu)化。油層物理課程體系的模塊化一方面可以通過教學內容的優(yōu)化進行,另一方面還可以突出課程內容的實用性。筆者將油層物理的理論教學內容劃分為三個模塊:1.儲層巖石的物理特性模塊;2.油氣藏流體的物理特性模塊;3.多相流體的滲流機理模塊。模塊一,儲層流體的物理特性包括:儲層巖石的孔隙結構及孔隙性,儲層巖石的滲透性、敏感性等。模塊二,油氣藏流體的物理特性包括:天然氣、地層原油以及地層水的高壓物性。模塊三,多相流體的滲流機理包括:儲層巖石中界面現(xiàn)象的分析、潤濕性、毛管壓力曲線、驅油過程中的阻力效應、相滲透率等。劃分的這三個模塊內容由淺及深,逐級鋪墊,交相呼應,可以對油層物理課程內容形成一個完整的知識架構,從而讓學生達到一個較為全面的認識[4]。
(二)油層物理實驗教學內容的優(yōu)化
1.改變傳統(tǒng)的實驗教學方法。大多實驗教學方法是“理論講解—教師演示—學生操作”的模式,即教師首先講解實驗內容的原理和相關知識,給學生進行相關實驗演示,學生再進行機械性的實驗操作。傳統(tǒng)的機械實驗教學方法極大地削弱了學生的思考和創(chuàng)新能力,應形成一種靈活新型的實驗教學方法,把學生作為實驗教學的主體,教師對學生進行實驗指導,盡可能讓學生參與到實驗之中[5]。學生在課下要對實驗原理、實驗方法、實驗器材等內容進行預習,課上教師先抽查學生對實驗的了解程度,然后再對其進行補充指導;學生先進性實驗操作演示,教師再進行規(guī)范性操作實驗。這種模式能讓學生真正融入實驗中,還可以達到讓學生提前預習實驗理論知識以及實驗操作的目的。這種“學生為主體,教師為指導”的新方法,不僅能夠極大地提高學生對實驗教學的學習興趣,還能夠培養(yǎng)學生的思考能力以及實踐動手能力。
2.提升實驗教學內容的多樣化。傳統(tǒng)油層物理實驗教學內容包括巖石孔隙度的測定、巖石比面的測定、巖石絕地滲透率的測定、巖心流體飽和度的測定、巖石毛管壓力曲線的測定。這些實驗內容大多是以課程教學大綱為基礎而制訂的,具有實驗方法單一、實驗內容限定較死的缺點。為克服這些缺點,就要擴大實驗內容的范圍,使實驗教學內容多樣化??梢酝ㄟ^設定部分選修實驗內容,增加同一實驗的不同方法來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力,這有助于發(fā)揮學生的主觀能動性,使科研得到快速發(fā)展[6]。
三、油層物理教學手段的創(chuàng)新
在新工科建設以及工程教育認證進行得如火如荼的背景下,為了給我國石油工業(yè)的發(fā)展做出貢獻,石油工程類專業(yè)學生應當牢牢掌握油氣田開采必需的專業(yè)知識以及專業(yè)技能。作為石油專業(yè)的基礎課程,油層物理具有知識覆蓋范圍大、基本概念較多、公式復雜、實驗模式單一、課程知識抽象等特點,在此背景下,油層物理的教學改革顯得尤為重要。筆者針對油層物理的課程特點以及教學實踐過程中遇到的問題,結合新工科建設和工程教育認證對油層物理課程的教學手段進行了研究。
(一)混合式教學
受新冠肺炎疫情的影響,教育部提出了線上教育“停課不停學”的要求,出臺了一系列線上教學的指導性意見。眾多網(wǎng)絡教育平臺迎來了井噴式的發(fā)展,例如,騰訊會議、釘釘?shù)绕脚_。與傳統(tǒng)的課堂教學相比,網(wǎng)絡教學有許多優(yōu)勢:靈活、方便、快捷、學習空間和時間不受限制等。雖然線上教學存在一些弊端,不會完全取代傳統(tǒng)教學,但線上教學已經(jīng)逐漸成為教學形式的重要補充,在幫助眾多師生度過此次疫情中發(fā)揮了重要的作用。
隨著ICT(電子信息技術和通信技術)的迅速發(fā)展,ICT已經(jīng)被引入教學領域,線上學習得到了廣泛的普及?;旌蠈W習其實是將面對面的傳統(tǒng)教學和線上教學結合在一起,并且采用不同的教學模式、教學方法以及教學工具,以優(yōu)化學習成果和教學成本。混合式教學使高等教育的觀念得到了轉變,并不斷地塑造學生的學習過程[7]?!霸诰€課堂+傳統(tǒng)課堂”的混合式教學,如“MOOC+傳統(tǒng)教學”“釘釘+傳統(tǒng)教學”“騰訊會議+傳統(tǒng)教學”較為經(jīng)典。
Massive Open Online Course作為一種網(wǎng)絡學習方式,其特點是規(guī)模較大,內容相對開放。在油層物理教學中運用MOOC并融合傳統(tǒng)教學模式,借鑒遠程教育的智慧建立和完善學習支持系統(tǒng),可以充分發(fā)揮MOOC的功能,實現(xiàn)網(wǎng)絡技術對教育發(fā)展的重要影響[8]。在課前,教師可以制作相關授課視頻,視頻長度在10分鐘左右。為了能夠讓學生帶有目的性地觀看視頻,可以將問題放在視頻開頭。在觀看視頻的過程中,學生記下不明白的地方,通過網(wǎng)絡在線平臺(如騰訊會議、釘釘、微信、QQ等)與教師、同學交流,大家共同進步。教師要盡可能多地運用表格以及圖表的形式來形象地體現(xiàn)教學內容,以此激發(fā)學生的學習興趣,從而提高學生的學習效率。在課堂上,教師首先進行視頻回顧,對于本章節(jié)的重點、難點做出概括,然后進行著重講解。教師在授課的同時可以提出一些問題,讓學生分組討論得出答案并進行回答。教師所提的問題可以涉及一些其他學科與油層物理課程相關的部分,讓學生運用本學科外的知識來解決油層物理中遇到的問題。教師在教學工作中要盡量考慮到每位學生。在本科教學工作中,科研工作是教學內容的重要補充,教師可以把授課過程融入科研項目當中,給學生介紹一些與授課內容相關的科研項目,讓學生在獲得理論知識的同時得以實踐,這有助于提高學生的學習積極性。課后,學生要及時歸納總結當天所學內容,溫習掌握的知識點,還要及時解決沒有掌握的部分。此外,教師要多了解學生的學習情況,定期與學生進行互動,及時解決學生遇到的問題。教師要把學生互動過程中得到的信息隨時整理、總結,并反饋到教學過程當中,因材施教,以期實現(xiàn)師生共同進步。
(二)PBL( Problem-Based Learning)教學模式
PBL教學模式,即以學生為中心、以問題為導向。PBL教學模式把以往的靜態(tài)教學轉變?yōu)閯討B(tài)教學。在整個教學活動中,學生是中心,教學活動需要依據(jù)學生的實際和學科特點來開展,知識的構建需要借助于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、弄清本質等過程。PBL教學模式強調“輸出”教學,主線是解決現(xiàn)實問題,而不是通過學科知識的內在邏輯來確定講授內容。教師確定可行的目標,并組織學生為解決實際問題有目的地進行收集資料、小組討論、總結成果等活動。在上述活動中,教師應當從策劃者的角度給予合理建議,而不是作為領導者或者旁觀者。
在油層物理這門課程中,多相流體的滲流機理是教學中的難點和重點。教師須從以下方面開展教學。
1.提出問題:在前期章節(jié)中已經(jīng)分別研究了儲層巖石本身所具備的一些儲集和滲流性質,那么在高度疏松的彎曲毛細孔道構成的巖石中,多相流體的分布和流動又具有哪些綜合特性呢?
2.指導學習:對于上述提出的問題,學生需要了解油水在巖石孔隙中如何分布,在滲流過程中會發(fā)生怎樣的變化,可以采用哪些參數(shù)來描述地層中的一系列阻力,如何消除或減少上述附加阻力。教師需為學生提供相關學習資料供學生自主探究。
3.小組內討論:學生可以自由的組成小組。譬如,一個班級有40名學生,可以把學生平均分為8個小組,在學生學習結束以后,小組內以及小組之間進行學習交流。最后,每個小組需要提交本小組的分析報告并派出一名代表針對分析報告進行匯報,同時回答來自其他小組的同學提問。
每位學生的最終成績構成可以包含以下幾個部分:學習報告成績所占比例為30%,小組內討論發(fā)言成績所占比例為30%,小組綜合成績所占比例為40%。最后綜合得出每位學生的成績。
PBL教學模式給予了學生豐富的學習體驗,增強了學生的學習參與感,極大地發(fā)揮了學生的主觀能動性,提高了學生的學習效率。
四、油層物理課程考核方式改革
合理的考核方式不僅可以考查教師的教學和學生的學習情況,而且可以考查學生的學習積極性。教師應當提升成績考核體系的質量,盡量使考核科學化和客觀化?,F(xiàn)在常用的成績考核體系中,平時成績比重為30%,而期末成績的比重高達70%,可見,現(xiàn)行的成績考核機制并不合理。對此,需要根據(jù)現(xiàn)實情況來改變現(xiàn)行的考核機制。例如,平時成績占比60%,包括考勤10%、實驗成績20%、隨堂測試成績10%、作業(yè)成績10%以及課堂表現(xiàn)成績10%;期末成績作為考查學生整個學期對本課程的學習總結,占比40%。這種課程成績考核方式更加科學化和合理化,可使學生在學習中思考,在思考中學習,不斷總結,不斷提升。
五、加強師資隊伍建設
雖然高等教育在“卓越工程師計劃”“質量工程”等措施下取得了進步,但是高校工程教育改革仍須完善,許多問題還在探索和實踐之中。擁有企業(yè)工作經(jīng)歷或參加過企業(yè)實踐工作培訓的大學教師是“卓越工程師計劃”對教師的關鍵要求[9]。
在新工科建設和工程教育認證背景下,對師資隊伍的要求不僅僅是“知識淵博、綜合素質好”,而是要更加突出新工科多學科專業(yè)的交融性和學科專業(yè)的產(chǎn)業(yè)性。這就要求教師不但要擁有淵博的知識以及豐富的產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷,而且要具有強大實踐教學能力,還要對“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺和信息技術的應用充分了解;更要具有高尚職業(yè)情操以及愛崗敬業(yè)的良好綜合素質,等等。具體來說,教師一定要擁有淵博的知識面,豐富的產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷;要具有工程教育理念、教育教學能力、實踐教學能力,還要掌握“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺和信息技術的應用;更要具備愛崗敬業(yè)、高尚的職業(yè)情操和良好的綜合素質等[10]。應完善教師隊伍培養(yǎng)機制,力爭培養(yǎng)一大批有信念、有理想、有仁愛之心、有道德素養(yǎng)、有扎實學識的高素質教師隊伍[11]??梢?,現(xiàn)有的師資隊伍建設要求與新工科建設對師資隊伍的要求仍然有一定的差距。
(一)以現(xiàn)有的油層物理教師隊伍為基礎
在實施“卓越工程師計劃” “工程專業(yè)認證”后,現(xiàn)有的師資隊伍的教育教學水平有了一定的提高,但仍不能完全達到新工科對師資隊伍建設的要求。為了符合新工科建設對師資隊伍的要求,要對現(xiàn)有的油層物理教師進行培訓,以增加其產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷,例如通過掛職鍛煉,讓教師不斷積累解決各種油層物理前沿學科問題的經(jīng)驗。這是提高油層物理師資隊伍建設的一個重要法寶。學院或課題組應定期制訂油層物理教師培訓課程,讓教師定期參加培訓。同時,出訪交流也是提高油層物理師資隊伍的教學水平和教學能力的一個重要渠道。教育水平固然重要,但也要看重師資隊伍的道德修養(yǎng)和職業(yè)素質,教師只有具備良好的道德修養(yǎng)和職業(yè)素質,才可以成為學生的典范,才能引領社會向前發(fā)展。
(二)健全教師隊伍的考核評價機制
通過細致合理的考核評價,向教師提出中肯的反饋意見,可以有效引導教師提高教育教學水平,進而保證教學質量以及人才培養(yǎng)質量。教師考核評價不但能夠反映出內容的豐富性以及針對性,而且還可以通過此種方式大大激發(fā)教師的自覺性。
六、結束語
在新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展的情況下,圍繞具有新理念的工程教育、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學的新質量等內容開展新工科背景以及工程教育認證背景下的課程改革研究,是今后教育工作者面臨的挑戰(zhàn)和機遇。當然,學生也需積極配合,要具有終身學習的意識以及自主學習的意識,不斷提高學習能力以及知識適應能力。筆者對油層物理的教學改革進行了深入研究,結合油層物理課程的理論教學和實踐教學,采用“線上教學+傳統(tǒng)教學”混合式學習、PBL教學模式,這些教學模式符合我國現(xiàn)階段新工科建設背景下工程教育的改革方向,有利于提升學生的科學素質與工程素養(yǎng),培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力,增強學生的學習興趣,同時這對于提升油層物理的教學質量也有重要意義。
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[責任編輯:陳 明]
[收稿時間]2020-05-26
[基金項目]西南石油大學本科課程教學改革研究項目“新工科+工程教育認證背景下油層物理教學模式探究”;四川省2018—2020年高等教育人才培養(yǎng)質量和教學改革重點項目“產(chǎn)出導向、學為中心的石油工程一流人才分類培養(yǎng)體系重構與實踐”(JG2018-382)。
[作者簡介]卞小強(1979-),男,江蘇揚州人,博士,教授,西南石油大學石油與天然氣工程學院副院長,研究方向:油氣藏工程理論。