曹志民，韓 建，呂秀麗，吳 云

（東北石油大學(xué)物理與電子工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

0 引言

智能油田建設(shè)是保障油氣資源戰(zhàn)略安全底線的關(guān)鍵所在[1]。然而，我國(guó)陸上油氣資源大多已進(jìn)入開(kāi)發(fā)中晚期，非常規(guī)油氣資源早已成為當(dāng)前我國(guó)支撐油氣生產(chǎn)的主力[2-3]。另一方面，海上油氣資源的可動(dòng)用能力還極大地受到各種因素的制約[3]。在這種情況下，智慧油田建設(shè)已經(jīng)成為我國(guó)油氣田發(fā)展的必然選擇。然而，與計(jì)算機(jī)視覺(jué)、智慧交通、智慧城市等領(lǐng)域相比，我國(guó)智慧油田建設(shè)才剛剛起步，還存在大量基礎(chǔ)性問(wèn)題需要解決，同樣，對(duì)于具有智慧油田建設(shè)所需創(chuàng)新能力的基層人才的需求也是非常迫切。

作為油田人工智能所必需的輔助技術(shù)，石油高校中電子信息工程、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等專業(yè)本科人才培養(yǎng)方面必須針對(duì)智慧油田建設(shè)需求進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整與改革[4-5]。其中，程序設(shè)計(jì)類課程群建設(shè)是一個(gè)重要領(lǐng)域，為此本文提出了一套有效的程序設(shè)計(jì)類課程群教學(xué)體系。

1 程序設(shè)計(jì)類課程群“石油+智能”頂層設(shè)計(jì)

為了完成程序設(shè)計(jì)類課程群教學(xué)理念和教學(xué)內(nèi)容的改革，首先采用產(chǎn)出導(dǎo)向的思想，從智慧油田建設(shè)所需創(chuàng)新型人才知識(shí)結(jié)構(gòu)，相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生需要對(duì)典型勘探開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)類型及特點(diǎn)、典型應(yīng)用的性能評(píng)價(jià)要求、人工智能相關(guān)基礎(chǔ)理論有一定的理解，同時(shí)還需要具有數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化以及機(jī)器學(xué)習(xí)方法等多方面程序設(shè)計(jì)能力。

基于以上產(chǎn)出導(dǎo)向的分析，程序設(shè)計(jì)類課程群整體教學(xué)理念應(yīng)該為：使學(xué)生在充分學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)基本知識(shí)和熟練掌握程序設(shè)計(jì)方法與技巧的前提下，進(jìn)一步了解勘探開(kāi)發(fā)及典型“石油+智能”復(fù)雜工程應(yīng)用的基本概念，并通過(guò)逐級(jí)遞進(jìn)的程序設(shè)計(jì)練習(xí)來(lái)切實(shí)掌握勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域數(shù)據(jù)處理基本原理和任務(wù)分析的外延思維，以完成智慧油田建設(shè)復(fù)雜工程中智能數(shù)據(jù)分析相關(guān)領(lǐng)域關(guān)鍵知識(shí)的積淀，為今后成為合格的具備足夠解決跨學(xué)科復(fù)雜工程問(wèn)題的智慧油田建設(shè)人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 程序設(shè)計(jì)類課程群“石油+智能”協(xié)同教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 “C語(yǔ)言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”—夯實(shí)基礎(chǔ)、培養(yǎng)能力

“C語(yǔ)言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是學(xué)生大學(xué)期間學(xué)習(xí)的第一門(mén)程序設(shè)計(jì)類課程，其教學(xué)理念必須以夯實(shí)基礎(chǔ)和開(kāi)拓視野為基礎(chǔ)。那么，這里說(shuō)的“基礎(chǔ)”除了高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的知識(shí)基礎(chǔ)外，還要通過(guò)對(duì)油氣工業(yè)知名的大工程、大突破等內(nèi)容拓寬學(xué)生的眼界、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，逐步滲透石油工業(yè)中勘探開(kāi)發(fā)典型應(yīng)用及典型數(shù)據(jù)的相關(guān)基礎(chǔ)。“C語(yǔ)言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的基礎(chǔ)包括如下幾個(gè)方面：

2.1.1 程序的基本組成及典型結(jié)構(gòu)

該部分的重點(diǎn)在于通過(guò)貫穿全課程始終的反復(fù)強(qiáng)調(diào)與對(duì)比，以常量、變量、指針等基本概念的理論定義及內(nèi)存中的物理實(shí)現(xiàn)及區(qū)別為基礎(chǔ)和根本，不斷深入理解數(shù)組、函數(shù)、結(jié)構(gòu)體、鏈表、樹(shù)、圖等越來(lái)越復(fù)雜的概念和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2.1.2 程序的調(diào)試和分析方法

作為學(xué)生接觸的第一門(mén)程序設(shè)計(jì)課程，該部分內(nèi)容的重點(diǎn)是要求學(xué)生建立良好的程序設(shè)計(jì)思維和習(xí)慣，并不斷在程序調(diào)試和分析過(guò)程中把變量、數(shù)據(jù)和內(nèi)存的關(guān)系進(jìn)行具體化，使學(xué)生真正掌握程序設(shè)計(jì)是和計(jì)算機(jī)“交流”的語(yǔ)言這一概念進(jìn)行深入理解。

2.1.3 算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)典型思維

前兩部分內(nèi)容是“C語(yǔ)言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”這門(mén)課的基本要求和整個(gè)程序設(shè)計(jì)體系的基礎(chǔ)。該部分通過(guò)算法、算法評(píng)價(jià)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)算法的影響等內(nèi)容的講解，以儲(chǔ)層巖性識(shí)別算法的性能評(píng)價(jià)及對(duì)比為例，幫助學(xué)生切實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法在復(fù)雜工程問(wèn)題解決過(guò)程中的重要性的理解，完成程序設(shè)計(jì)類課程體系中從學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)到解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)渡。

2.2 “MATLAB語(yǔ)言及實(shí)踐訓(xùn)練”—提高效率、豐富技能

2.2.1 以靈動(dòng)的函數(shù)設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)工程問(wèn)題分析的模塊化、接口化方法

MATLAB程序設(shè)計(jì)具有C語(yǔ)言程序無(wú)法比擬的靈活性，以實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)歷程為例，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)解決工程問(wèn)題過(guò)程中靈活實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)的模塊化，特別是接口設(shè)計(jì)的重要性，培養(yǎng)學(xué)生靈活地解決實(shí)際問(wèn)題的能力并建立良好的程序設(shè)計(jì)習(xí)慣。

2.2.2 以豐富直觀的數(shù)據(jù)可視化為重點(diǎn)，提高對(duì)工程問(wèn)題分析實(shí)現(xiàn)能力

承接“C語(yǔ)言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的大實(shí)驗(yàn)，以實(shí)際測(cè)井大數(shù)據(jù)及其聚類分析結(jié)果為基礎(chǔ)，通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)的可視化處理讓學(xué)生真正感受數(shù)據(jù)可視化重要性，提升學(xué)生數(shù)據(jù)分析和展示的實(shí)現(xiàn)能力。

2.2.3 以全面系統(tǒng)的科學(xué)計(jì)算為重點(diǎn)，增強(qiáng)工程問(wèn)題數(shù)學(xué)建模分析的能力

該部分內(nèi)容以測(cè)井大數(shù)據(jù)為載體，通過(guò)曲線擬合、缺失曲線重構(gòu)等形式，結(jié)合數(shù)據(jù)可視化過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)復(fù)雜工程為題地理解，建立良好的數(shù)據(jù)分析與相關(guān)方案設(shè)計(jì)的能力。

2.2.4 以人工智能實(shí)現(xiàn)體系為重點(diǎn)，建立對(duì)勘探開(kāi)發(fā)應(yīng)用中大數(shù)據(jù)分析的初步了解

通過(guò)典型機(jī)器學(xué)習(xí)方法的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生充分理解人工智能的概念和特點(diǎn)，結(jié)合前面的數(shù)據(jù)處理、分析及可視化學(xué)習(xí)，全面提升學(xué)生利用人工智能方法解決勘探開(kāi)發(fā)及相關(guān)領(lǐng)域工程問(wèn)題的能力。

2.3 “Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”—開(kāi)闊眼界、實(shí)現(xiàn)智能

Python語(yǔ)言的面向?qū)ο竽芰Α⒖蓴U(kuò)展能力及可解釋能力都非常優(yōu)秀，是進(jìn)一步夯實(shí)程序設(shè)計(jì)，特別是智能程序設(shè)計(jì)能力的高級(jí)語(yǔ)言。為此，“Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)理念是開(kāi)拓程序設(shè)計(jì)眼界，培養(yǎng)智能應(yīng)用設(shè)計(jì)能力。

2.3.1 以面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)工程問(wèn)題分析中任務(wù)對(duì)象的抽象

該部分內(nèi)容以Python語(yǔ)言基本語(yǔ)法為基礎(chǔ)，重點(diǎn)介紹面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想，并通過(guò)單砂體儲(chǔ)層類對(duì)象的建立增強(qiáng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力和對(duì)勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域應(yīng)用地理解。

2.3.2 以典型人工智能任務(wù)及實(shí)現(xiàn)為例，講解人工智能應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方法和理念

通過(guò)基于TensorFlow及OpenCV等相關(guān)Python工具的介紹和應(yīng)用，以基于CNN的人臉識(shí)別項(xiàng)目開(kāi)發(fā)為例，通過(guò)對(duì)比分析讓學(xué)生建立數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)質(zhì)量和算法質(zhì)量對(duì)問(wèn)題解決的重要性，進(jìn)一步梳理從數(shù)據(jù)到最終人工智能方案實(shí)現(xiàn)中各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)系和知識(shí)重點(diǎn)。

2.3.3 以實(shí)際勘探開(kāi)發(fā)大數(shù)據(jù)分析任務(wù)為例，鍛煉混合編程智能任務(wù)快速開(kāi)發(fā)能力

該部分內(nèi)容讓學(xué)生綜合利用MATLAB和Python程序設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，完成測(cè)井大數(shù)據(jù)巖性智能識(shí)別復(fù)雜工程問(wèn)題的人工智能解決方案設(shè)計(jì)，進(jìn)一步夯實(shí)學(xué)生利用人工智能技術(shù)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

通過(guò)以上三門(mén)程序設(shè)計(jì)類課程的綜合設(shè)計(jì)，不僅能夠從接觸程序設(shè)計(jì)開(kāi)始就建立學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)及人工智能的積極性外，還能通過(guò)持續(xù)加深融入的智慧油田建設(shè)相關(guān)內(nèi)容，切實(shí)提高電子信息工程專業(yè)本科生培養(yǎng)質(zhì)量。

3 結(jié)論

針對(duì)石油高?，F(xiàn)有程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)與飛速發(fā)展的智慧油田建設(shè)的要求越來(lái)越脫節(jié)的問(wèn)題，完成了“石油+智能”理念指導(dǎo)下的石油類高校程序設(shè)計(jì)類課程群設(shè)計(jì)，提升了課程群對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用。通過(guò)近一輪的教學(xué)實(shí)踐，相關(guān)老師普遍反映學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力和復(fù)雜工程問(wèn)題的分析能力得到了顯著提升，教學(xué)成果也得到了工程專業(yè)認(rèn)證入校專家的認(rèn)可，課程群建設(shè)為電子工程專業(yè)通過(guò)工程教育認(rèn)證作出了較大的貢獻(xiàn)。