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油層物理教學改革措施

2023年10月18日

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[摘要]基於「油層物理」課程基本概念多、公式雜,傳統教學中存在課程綜合性強、教學手段欠缺、實驗模式單一等問題,採用問卷調查和機率統計研究方法,提出了構建模塊化教學、加強新型師資隊伍建設、完善礦場實物教學、輔以探究性實驗、開闢「第二課堂」教學新方式等措施。為今後同類專業基礎課的教學改革提供了一種新思路。
[關鍵詞]油層物理;教學現狀;教學手段;改革措施
一、引言
當前我國強勁的工業增長和不斷提升的國內生活水平加大了國內對能源的需求,而在這些能源中,石油扮演著不可或缺的重要角色。對於即將從事石油勘探開發工作的大學生來說,必須通曉和掌握油氣田開發所必備的基本知識,才能為我國石油工業的發展貢獻力量[1]。油層物理作為石油工程專業的一門專業基礎必修課,是學好後續專業課程,如採油工程、油藏工程、油藏數值模擬等課程的重要保證。
二、油層物理教學中存在的問題及分析
由於油層物理課程具有基本概念多、研究機理多、公式繁瑣複雜、實驗覆蓋面廣等特點,在課程學習中,學生易於產生畏難心理。隨著當前教學課時的不斷縮減,礦場技術日益推陳出新,後續專業課及考研提出新要求等情況的出現,油層物理課程逐漸變得學生難學、教師難教,極大地影響了石油勘探開發人才的培養效果。筆者以2015年6月份的油層物理問卷調查為基礎數據,採用機率統計法進行數據處理(機率為該選項人數占總人數的百分比)。針對油層物理教學改革進行一些探討。本次油層物理課程調查問卷以西南石油大學和哈爾濱石油學院2011~2013級石油工程專業的本科生為調查對象。以發放問卷的方式認真組織學生填寫,輔導員全程參與,進行數據採集。共發放問卷520份,回收問卷510份,有效問卷498份,問卷有效率為97.6%。被試中有男生397人,占79.7%;女生101人,占20.3%。調查主要內容包括課程體系、教學手段、實驗教學三個方面。
(一)課程體系綜合性強
1.學科交叉率高
油層物理是建立在多種基礎學科之上的交叉性學科,學習這門課程除了應具備數、理、化的知識外,普通地質學、物理化學、岩石力學等都是應具備的基礎知識,只要有一部分課程學得不好,就很容易造成某一章節的學習困難。在關於「哪些課程可以為油層物理做良好鋪墊」的調查中,學生對於普通地質學的需求度為71%,物理化學為40%,岩石力學為39%,大學物理為36%。
2.研究對象不可見
油層是一個深埋在地下幾百米甚至幾千米的地質實體,是人們在各種間接的測試資料中所定義出的概念模型,教學中最大的困難就是無法直接觀察和描述油層。學生對於油層不僅缺少客觀體驗,而且難以用直觀語言去描述。因此,對學生的基礎知識和想像力都提出了較高要求。
3.實用知識少,理論性較強
關於油層物理課程特點,65%的學生認為,該課程理論性強,公式繁瑣複雜,且數據計算易於出錯。這說明油層物理課程要求學生應具備較強的數學功底,同時也要有良好的專業素養,以及抽象問題具體化的能力。究其原因,由於每一章節均有其相應的公式及推導過程,學生在學習過程中思維不斷地在數學公式和油層模擬形態之間轉換,在宏觀現象和微觀理論之間來回徘徊,這些環節均會導致學生思維邏輯混亂。很多時候學生只是被動地將計算公式死記硬背,不能做到具體情況具體分析,最終造成實際教學效果不佳。同時,由於油層物理綜合性強,不僅要求教師要有良好的數學功底,而且要具備過硬的油氣藏專業基礎。也就是既要把數學知識講明白,又要有一定的礦場工作經驗,這對任課教師也是很大的挑戰。
(二)教學手段不完善
教學手段是大學教育過程中,為達到教學目的而組織和使用教學技術、教學用具、教學輔助材料以促使學生按預定要求進行學習的方法[2]。教學手段的選用值得每一位教師進行梳理和反思。關於教學手段的調查,最突出的是多媒體教學。學生認為課堂上多媒體課件呈現速度過快,導致無法記筆記(占59%)。其次,學生認為師生互動性不強,缺乏交流(占36%)。還有部分學生認為多媒體內容單一(占32%),課件與教材的差別大(占36%)。
(三)實驗教學亟待加強
1.實驗教學體系不健全
如今,油層物理實驗課教學不論從形式上還是從內容上都受到理論教學的限制,課程建設目標及要求不太明確,不太細緻。油層物理實驗教學與理論教學之間的關係應是,既保持一定的相關性又要有一定的獨立性。當前,油層物理教學內容僅簡單地依附於理論教學的基礎之上,形式上聯繫緊密,內容上的聯繫卻沒有真正建立,無法表現出實驗教學本身該有的連貫性和系統性。
2.實驗重視程度不夠
首先,實驗課的教學安排並沒有納入到正常的課程安排當中,很多時候學生理論課的進度很大程度上快於實驗課的進度,兩者進程並不一致。當實驗課與理論課發生衝突時,學生與教師均傾向於理論課教學,使得原本「先天不足」的實驗課學時更加得不到應有的保證[4]。另外,由於考核中實驗課占的比重較小,最後的總成績還是以理論課考試的成績為主,導致學生一直有一種重理論、輕實驗的思想存在。因此在實驗課上,學生的學習態度也不夠端正,最終體現為實驗課程教育的失敗。
3.設計性、探究性實驗少
當前,石油工程專業油層物理課程所開出的實驗項目主要有以下七項:岩石比面、岩石孔隙度、岩石絕對滲透率、岩石碳酸鹽含量、岩石含油含水飽和度(常壓乾餾法)、岩石毛管壓力曲線(半滲透隔板法)和非穩態油-水相對滲透率的測定。上述實驗大多為單元驗證性實驗或演示性實驗,缺乏創新設計類實驗。在關於實驗教學的調查中,絕大部分學生認為,要在保持驗證性實驗的基礎上加大設計性實驗的比例,占到61%。認為應該保留驗證性實驗的占18%,認為應加入大量設計性試驗的占17%。
三、教學改革方案及措施
(一)優化課程體系,完善教學內容
1.構建模塊化教學
模塊化的課程體系不僅優化教學內容,而且突出知識的實用性。對油層物理的教學內容進行模塊化設計,可劃分為以下三個模塊:儲層岩石的物理特性、儲層流體的物理特性、多相流體滲流機理。這三個章節相互穿插,前後呼應,既有獨立性又保持一定的相關性。逐級鋪墊,最終達到對油層形成一個整體全面的認識。
2.突出實踐環節
從專業建設的角度,進一步規劃油層物理課程的實踐環節,特別是針對油層物理課程教學相關的課程設計。首先,完善油層物理課程的授課內容以及設計方法,不僅要與教學大綱吻合,而且對學生進一步培養創新能力也要有指導意義。其次,結合教學內容,可引入地層流體高壓物性參數的應用環節。這些參數對於後續開設的油藏工程專業課中所涉及到的各種計算來說都是必不可少的,對今後學生在發現與認識儲層、評價與規劃儲層、提出合理的注采開發方案方面有著重要的指導意義。
(二)加強師資隊伍建設
針對具體的師資隊伍、教學現狀等特點,改革中重要的一點就是不斷提高教師教學能力,提升教學水平。引導高校教師從「能教書」走向「會教書」,從「願從教」走向「樂從教」,最終走向專業化發展道路[5]。
1.開展教師培訓計劃
課程組可制定油層物理教師職業培訓計劃,實施「國內訪學」、「海外培訓」,拓寬提升教學能力的渠道。引進校外優秀教師、教學課程資源,收集教師教學講座、教學培訓經典視頻、文本資料,並且鼓勵教學能力強的教師錄製教學精品課程。不僅可以提升整體師資隊伍素質,而且也使教師個人受益。
2.建立教師聽課制度
設立教師間相互聽課學習制度。每學期,該課程組的教師必須相互聽課兩次以上,並在期末彙報中講出個人感悟。激勵教師相互促進、相互借鑑、取長補短,優化全員教學水平,努力搭建教師交流平台。
(三)改革教學手段
1.建立和諧的師生關係,活躍課堂氣氛
課堂氣氛是師生課堂行為的心理背景,不同的課堂氣氛對學生的認知活動與情緒體驗具有不同的作用,並影響學生的學習效率與學習成績[6]。教師必須保證平等、和諧、民主、自由的師生關係以及輕鬆、活潑生動的教學氛圍,更多地與學生溝通互動,才能促進學生積極參與教學實踐,使學生在輕鬆愉快中主動地接受更多的知識。
2.教學方法多樣化,提升學習興趣
當前大學生聽課的一個突出特點是,對呆板的課堂教學不感興趣。因此,教師必須改變過去「灌」的教法,採取啟發式、探究式、討論式、參與式等教學方法[7],使學生擁有樂觀向上、活潑主動、積極協作、自信勇敢的態度,以利於學生的全面、持久發展。
3.教學手段現代化,增強課堂教學效果
(1)進行實物教學
將岩石樣品、流體樣品及實驗演示直接帶入課堂,在教師的指導操作下,學生可以近距離觀察實物,並有針對性地提出相關問題,加深學生對課程的理解並形成自我思考,使課程內容不再抽象。
(2)採用變換式提問
針對油層物理內容結構鬆散,公式繁瑣複雜的特點,首先要幫助學生明確學習目的。在此基礎上,教師通過歸納總結將科學的發問方法運用於課堂之上,如問題反思式發問、循序漸進式發問、旁敲側擊式發問、推敲類比式發問、刻意出錯式發問和案例分析式啟發等。對於有學習興趣的學生,要著重培養其發現問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力[8]。
(3)製作多媒體精品課件
在多媒體課件製作方面,應遵循油層物理的教學規律,體現專業培養目標,提高課件質量。首先,課件應具有直觀性,多方位地考察對象,突破傳統視覺限制。圖文聲像並茂,提升學生的情緒、注意力和興趣,加強學生對概念的理解和方法的掌握。如通過儲層的三維圖像展示,學生建立具體的油層概念,使他們認識到油層不是一個抽象的存在,而是具有構造和屬性特徵的客觀實體。其次,多媒體課件要有良好的交互性,讓所有的學生都能很好地參與到探討中來,變被動學習為主動,使學生能夠形成新的知識體系。課件應具有針對性,使對不同層次學生的教學成為可能。此外,多媒體課件應具有大信息量、大容量性、適時更新的教學內容,增強教學質量,提高教學效果。教師們在製作多媒體課件時,還應加強集體備課,集思廣益,在備課組長的協調、帶領下進行探討商榷,觀點上產生火花,激烈討論,最後共同協商、比較、補全,從而確定最佳選擇方案[9]。
(四)加強與完善實驗教學
1.加強實驗教學的重視程度
為了使油層物理實驗教學取得良好成果,當務之急就是要引起學生足夠的重視,把實驗教學體系真正納入常規教學任務中,摒棄重理論輕實踐的傳統觀念,保證實驗課程能夠正常有序進行。在教學內容和課程設置中,要明確擬定實驗教學的要求、方法,以及學時,認真詳細地制定對應的學分制度,讓學生從過去的「實驗課走過場」思維中走出來,端正態度。
2.結合具體教學內容,適量增加探究性實驗
在保證必要的驗證性實驗基礎上,可以根據實驗類型適當添加開放性實驗。開放性實驗是以學生為認知主體,學生自主、靈活地完成整個實驗內容。可培養學生的發散思維、創新思路,從長遠看具有重要的指導意義。此外還可以緊跟油層物理學科研究的最新動態,積極引入一些具有時代特色和研究熱點的實驗內容,儘可能將科研成果引入實驗教學當中,從而使油層物理的實驗教學具有時代性、方向性、前沿性。
(五)積極引入「第二課堂」教學
1.小組合作與探究性學習
教師可以讓學生在班級中組建學習小組,鼓勵學生自主探索、主動研究和靈活運用所學的知識,用心體會知識體系的產生和發展過程,培養學生健全的邏輯思維方式。實驗課教學過程中也可遵循此類方法,在小組探究性實驗、獨立實驗的基礎上,再通過小組之間的討論交流,加深學生對所選擇知識點的靈活運用與深層次理解,培養學生的團隊合作精神和溝通能力。
2.文獻閱讀與研究性學習
課堂上教師可以積極介紹石油工程專業相關核心期刊以及外文期刊,鼓勵學生廣泛閱讀相關科技文獻,摘抄相關資料,特別是鼓勵學生研讀碩博學位論文,並提交1篇油層物理某一相關知識點的調研報告。在此基礎上,組織學生進行一次交流和研討,鼓勵並指導有共同興趣的學生圍繞所調研的課題開展研究,培養學生的創新精神和科研能力。
3.科技創新活動嘗試
為了響應學校提出的組織開展大學生科技創新活動的號召,針對油層物理的知識,課程組組織學生選定科技創新主題。迄今已有十幾組學生進行了科技創新活動的嘗試,學生的研究興趣得到了極大提升,研究水平得到了很大改善。教學實驗室為學生課外科技創新活動提供了實驗平台。
四、結論與認識
鑒於油層物理課程綜合性強、基本概念多、公式複雜、實踐內容多等特點,通過分析油層物理目前教學中存在的諸多問題,提出了構建模塊化教學體系、優化教學內容、加強新型師資隊伍建設、明確教師聘用機制、營造和諧的課堂氣氛、進一步提高學生的學習興趣、改革教學評價方式和方法、完善礦場實物和實驗教學、增加探究性的實驗等改革措施,同時,需要開闢「第二課堂」教學,進行豐富多彩的課外教學活動。這樣,油層物理課程質量就能得到大幅度的提升,教學總體上也會得到學生的一致認可。此外,油層物理教學改革是一個循序漸進的動態過程,需要教研室的積極探索,勇於實踐。西南石油大學油層物理教研室將以質量創優為目的,堅持以人為本的原則,繼續進行教學改革探索,為石油工程人才的培養提供新思路、新方法。
[參考文獻]
[1]何更生,唐海.油層物理[M].北京:石油工業出版社,2003.
[2]程廣文.論教學方法[J].全球教育展望,2012,41(1):17-25.
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[4]李放放,王遠均.加強教師隊伍建設促進教學範式改革[J].中國高等教育,2014,50(8):50-51.
[5]宋廣文,劉鳳娟.試析良好課堂氣氛形成的條件[J].中國教育學刊,2010,31(9):55-58.
[6]姚利民,段文彧.高校教學方法改革探討[J].中國大學教學,2013,35(8):60-64.
[7]蘇學素,魏沙平,曹維荃等.非化學類專業有機化學課堂教學現狀問卷調查分析[J].西南師範大學學報(自然科學版),2012,37(11):124-127.
[8]李雅芬.集體備課的瓶頸與突破策略[J].教育理論與實踐,2011,31(17):139-141.
作者:卞小強 孫博文 單位:西南石油大學

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