《聲波測井》課程改革與實踐方法研究

唐 軍，章成廣

（長江大學 地球物理與石油資源學院，湖北 荊州434023）

《聲波測井》課程改革與實踐方法研究

唐 軍，章成廣

（長江大學 地球物理與石油資源學院，湖北 荊州434023）

聲波測井是在鉆孔中使用測量聲速或聲幅等物理性質(zhì)的儀器來辨別地下巖石、流體性質(zhì)以及評價固井質(zhì)量的方法，是勘探和開發(fā)油氣田的重要手段。目前，聲波測井存在教學內(nèi)容陳舊，授課方法單一等影響教學質(zhì)量的問題。本文首先介紹了新課程內(nèi)容的改編，即立足新穎、實用和針對性的統(tǒng)一，然后重點闡述了課堂教學與實際生產(chǎn)、傳統(tǒng)教學和多媒體教學相結(jié)合的教學手段的實施，最后從教師的啟發(fā)式授課，演、講、練教學過程的合理銜接以及注重培養(yǎng)學生自學能力等三個方面論述了聲波測井課程教學過程的優(yōu)化設(shè)計。

聲波測井；課程改革；實踐方法

聲波測井是地球物理測井的重要方法之一，是在鉆孔中使用測量聲速或聲幅等物理性質(zhì)的儀器來辨別地下巖石、流體性質(zhì)以及評價固井質(zhì)量的方法，是勘探和開發(fā)油氣田的重要手段。《聲波測井》課程也是我?？辈榧夹g(shù)與工程專業(yè)的核心課程。由于該課程是集數(shù)學、物理學、地質(zhì)學、電子學、信息處理于一體的課程，對于學習者是否已具備必要的基礎(chǔ)知識要求較高。例如：由于聲波測井方法研究的對象是地球，則要求學生具備較扎實的地質(zhì)背景知識；其觀測手段是儀器，學生又必須了解電路和電子技術(shù)；其觀測結(jié)果是聲波波形或離散的數(shù)據(jù)資料，那么學習者要具備信息科學方面的基礎(chǔ)知識信號分析、資料處理等?？傊?，聲波測井課程的學習難度較其他石油類課程要高。

聲波測井的發(fā)展以斯侖貝謝（Schlumberger）公司1935年推出的聲波測井儀為起點，經(jīng)過了上世紀50年代的單發(fā)雙收聲波速度測井儀和60年代的井眼補償聲速儀，而后隨著電子和信號處理技術(shù)的發(fā)展，上世紀70年代又出現(xiàn)了長源距聲波測井儀，采用數(shù)字記錄全波波形，使得聲波測井在油田勘探開發(fā)中發(fā)揮越來越大的作用。[1-3]為了適應(yīng)新的地質(zhì)和工程環(huán)境的要求步入21世紀后，測井裝備和技術(shù)向高可靠、高精度、高效率、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。[4]與此同時，為了整合資源，達到增強企業(yè)競爭力，進軍國際市場，中國石油測井有限公司、西部鉆探公司以及長城鉆探公司先后組建，在深化企業(yè)內(nèi)部管理，融合提升原有實力的同時，也力主自主創(chuàng)新，打造核心競爭力。比如，中國測井公司就自主研發(fā)制造了EILog測井成套設(shè)備并已投入生產(chǎn)。[5]

然而，聲波測井課程教學與石油企業(yè)迅猛發(fā)展存在嚴重的不協(xié)調(diào)。目前，各石油高校所用的《聲波測井》教材基本上都是上個世紀80年代的教材，教學內(nèi)容陳舊，新的技術(shù)和方法沒有得到體現(xiàn)；在教學手段上沒有很好地將傳統(tǒng)教學方式和現(xiàn)代教學方式實行較好的結(jié)合；并且由于擴招導(dǎo)致的本科生源質(zhì)量下降以及教師的教學藝術(shù)等問題，使教學效果和質(zhì)量很難得到保證。[6]本文針對聲波測井發(fā)展現(xiàn)狀，從教學內(nèi)容、教學手段、教學過程介紹長江大學《聲波測井》課程改革的方法以及取得的認識。

一、教學內(nèi)容的完善與更新

聲波測井經(jīng)過70多年的發(fā)展，聲源從單極子變?yōu)槎鄻O子，記錄方式從模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，記錄的數(shù)據(jù)從簡單的一維首波幅度值變?yōu)槎S全波波列信息，處理方法從簡單的威利時間公式的應(yīng)用變?yōu)槟依〞r域、頻域信號分析的各種方法，這就要求聲波測井課程內(nèi)容與時俱進，緊跟社會發(fā)展潮流[7]。但是目前教材和教學內(nèi)容存在嚴重老化的問題，所以，在對測井學科發(fā)展狀況及趨勢進行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，《聲波測井》的教學內(nèi)容、教學大綱有必要制訂新的方案，并且在具體的教學內(nèi)容編排上上力求達到新穎、實用和針對性相結(jié)合的特點。

（一）新穎表現(xiàn)在反映聲波測井技術(shù)的新理論、新方法

在消化吸收已有教材、教學內(nèi)容優(yōu)點的基礎(chǔ)上，對目前各種聲波測井新方法進行充分的調(diào)研和探討，博采眾長，盡量反映聲波測井技術(shù)的新理論、新方法、新應(yīng)用。并同時力求措辭準確，表達正確，引入成熟內(nèi)容，回避爭議觀點。

（二）實用性和針對性表現(xiàn)在注重本門課程的特點和性質(zhì)，緊密結(jié)合本科畢業(yè)生在現(xiàn)場的應(yīng)用情況

為突出實用性，在授課內(nèi)容及課時安排上重視基本概念和基本原理的講述，重視理論知識的思想引導(dǎo)，不過分強調(diào)繁瑣公式的推導(dǎo)。針對性體現(xiàn)在立足于目前聲波測井技術(shù)的發(fā)展狀況和現(xiàn)場應(yīng)用情況主要介紹聲波測井的物理基礎(chǔ)，裸眼井孔中的聲波，聲波測井換能器，重點講述聲波速度測井，聲波全波列測井，套管井中的聲波測井和多極陣列聲波測井的基本原理及其應(yīng)用。

另外，為方便學生進一步學習本學科其它相關(guān)知識，在授課時中注意中文名詞和英文名詞的雙向使用，并且在介紹重要名詞概念附英語注釋。

二、教學手段的研究與改革

針對傳統(tǒng)的板書教學和現(xiàn)代的多媒體教學兩種手段進行比較和分析，在對《聲波測井》課程本身的特點進行充分研究的基礎(chǔ)之上，提出適合于《聲波測井》的主導(dǎo)教學手段。在教學藝術(shù)與手段的研究過程中，主要體現(xiàn)理論與實踐、傳統(tǒng)與多媒體教學兩相結(jié)合在教學中的作用。

（一）課堂教學與生產(chǎn)實際相結(jié)合，充分發(fā)揮校企合作的優(yōu)勢

提倡案例教學，將理論與實踐的結(jié)合落到實處，注重基本知識與新興技術(shù)的結(jié)合。為了使課程講解具體生動，做到理論與實踐的有機結(jié)合，開拓學生的眼界，加深對現(xiàn)場的認識，除了講授基本知識點，在課堂上還結(jié)合油田的生產(chǎn)實際，探討一些新方法、新技術(shù)的來龍去脈，讓學生在聽故事當中學到更多的新知識。

（二）傳統(tǒng)教學和多媒體教學相結(jié)合，各展所長

傳統(tǒng)教學手段注意細節(jié)，有利于學生逐步認識新知識點，但要求課時安排充足；多媒體教學形象生動，通過色彩、聲音等元素能夠引起學生的學習興趣，但由于大多數(shù)同學在中學階段從未接觸而存在一定的不適應(yīng)。所以，傳統(tǒng)教學和多媒體教學各有利弊，在具體的授課過程中，應(yīng)當將兩者有機結(jié)合起來。根據(jù)教學內(nèi)容，選擇恰當?shù)募夹g(shù)手段和表現(xiàn)形式。聲波測井是建立在生產(chǎn)實踐基礎(chǔ)上的，有些實踐過程或生產(chǎn)設(shè)備單靠老師的口頭描述或用粉筆描繪難于表達清楚，而且學生也難于理解。對這些內(nèi)容如果用3D或flash動畫形象、生動、直觀地顯示出來，再加上老師深入淺出的講解，便能加深學生對問題的理解與接受，提高學習的積極性。而且，對于學生以前在其他前設(shè)課程中已完整論述、比較熟悉的內(nèi)容略講，采用多媒體可以節(jié)省大量的板書時間。例如靜學中的關(guān)于平衡微分方程、幾何方程以及本構(gòu)方程的推導(dǎo)，以及楊氏模量、泊松比和拉梅系數(shù)關(guān)系式的建立等等，可以用多媒體大屏幕顯示出來，讓學生用較少的時間回顧加深印象。教師可以有較多的時間介紹一些科技的前沿，同時可以有較多的時間進行提問質(zhì)疑，加強了互動性，使課堂氣氛更加活躍，提高學生對本課程的學習興趣，大大擴大了學生的知識面。

在教學中，將講授課仍然作為一種主要的教學形式，發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用。一部分較難理解的理論性強，或者偏于現(xiàn)場環(huán)境的知識點，采用傳統(tǒng)講授方式更利于學生理解和掌握。這種講授不再是簡單的講、學生聽，更不是照本宣科，而是以傳統(tǒng)的重點講授為主，多媒體為輔。例如在講授固體中縱、橫波傳播過程中質(zhì)點振動方向與傳播方向的關(guān)系時，若采用動畫的形式直觀地講解，或者直接用動畫演示微觀粒子的運動狀態(tài)，則學生更加容易理解，這也是傳統(tǒng)的黑板板書或者簡單的圖片所不能體現(xiàn)的。

在一些特定的章節(jié)，選擇合適的軟件，必要時需要教師自己制作一些能體現(xiàn)教育主體的教育思想和教學特色的課件。明確教學目標、精選課件內(nèi)容、精心組織表現(xiàn)形式以達到優(yōu)化課堂教學結(jié)構(gòu)。但要始終注意，多媒體教學的地位是“輔助”，而不是“替代”。

三、教學過程的研究與實踐

對教學藝術(shù)進行研究，即科學合理的教學過程設(shè)計是保證各種教學手段實施的前提。針對《聲波測井》課程新舊結(jié)合的授課內(nèi)容、傳統(tǒng)與現(xiàn)代包容的教授手段，教學過程的優(yōu)化設(shè)計必不可少。

（一）在精講多練的基礎(chǔ)上進行啟發(fā)式授課

精講，即集中精力對聲波測井中的基礎(chǔ)知識，比如固體聲波方程的建立、不同介質(zhì)之間波的反射與折射、偶極子聲源激發(fā)的聲場等相關(guān)知識點、基本原理和重點內(nèi)容精心組織，精心講授，講知識的精華，講知識的內(nèi)在聯(lián)系，引導(dǎo)學生建立系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)。多練，即增加習題課，討論課，加強綜合訓練。在此基礎(chǔ)上，展開對一些聲波測井新方法、新技術(shù)的介紹。在具體授課過程中，以逐步引導(dǎo)的方式展開教學，讓學生主動去思辨分析，從而獲得新知識，提高獨立分析問題、解決問題的能力。

（二）演、講、練前后銜接，注重書本知識與生產(chǎn)實踐的結(jié)合

聲波測井課程教學充分利用計算機、投影儀等多媒體設(shè)備，進行演、講、練的教學方法，即實踐——理論——實踐的教學方法。在教學過程中首先演示教學內(nèi)容，指出章節(jié)的重難點，讓學生帶著問題有的放矢聽課，通過老師的講解，得出結(jié)論，最后再通過課程設(shè)計進一步將理論深化，達到事半功倍的效果。

聲波測井是一門實踐性很強的學科，學院堅持以社會實踐活動為依托，實現(xiàn)油田與學?；印W院利用校企合作關(guān)系，與多家油田及公司建立了穩(wěn)定的實習基地和產(chǎn)學研合作教育培養(yǎng)基地。通過石油企業(yè)為本專業(yè)提供獎學金、專業(yè)軟件、技術(shù)咨詢、社會實踐、畢業(yè)設(shè)計等多方面的支持，極大地保證了教學效果。

充分利用暑假時間，讓部分研究生、本科生到各個油田進行社會實踐。實習指導(dǎo)以油田方為主，學校和油田緊密合作，保證了專業(yè)實習的效果。比如，江漢油田測井公司每年把安排本科生的生產(chǎn)實習當作生產(chǎn)任務(wù)來抓，從處領(lǐng)導(dǎo)到教育科、生產(chǎn)中隊以及生產(chǎn)小隊都有專人負責接待安排學生實習，廠校雙方共同合作，積極主動按照實習教學大綱與實習計劃有條不紊地安排好實習，全面保證實習順利進行。每次實習完畢，廠校雙方及時總結(jié)，互通情報。這樣使生產(chǎn)實習的組織安排制度化、規(guī)律化、科學化，實習效果十分明顯，實習質(zhì)量得到提高。這其中也包括了對聲波測井諸多儀器的直觀認識。

本科生通過實踐了解了石油工業(yè)的發(fā)展歷程，又感悟了石油先輩們的艱苦奮斗，愛崗敬業(yè)的優(yōu)良傳統(tǒng)，為獻身石油行業(yè)打下了思想基礎(chǔ)。

（三）注重學習方法指導(dǎo)，培養(yǎng)自學能力

教與學是互動的兩個方面。教師不但要教給學生知識，更要教會學生如何獲得知識。既要重視教法，更要重視指導(dǎo)學生的學法。在教學過程中，盡量多教給學生如何理解、分析、歸納、總結(jié)問題，避免死記硬背、機械地理解問題，引導(dǎo)學生學會舉一反三，掌握學習的方法，培養(yǎng)自學能力。特別是對于一些基礎(chǔ)比較好，對聲波測井課程有濃厚興趣的同學，學科組老師采取“開小灶”的精英培養(yǎng)方法。比如，由學院《聲波測井》課程組教師指導(dǎo)的本科生興趣小組 “水泥膠結(jié)測井數(shù)值模擬實驗研究”、“二維面陣聲波探頭實驗與設(shè)計”分別被確立為2009年度、2010年度校級大學生創(chuàng)新性實驗。

《聲波測井》課程改革與實踐研究只是我校施行國家“質(zhì)量工程”的一個縮影。“質(zhì)量工程”對于提高我國的高等教育質(zhì)量，增強我國的自主創(chuàng)新能力，建設(shè)創(chuàng)新型國家具有重要的戰(zhàn)略意義，它是一項長期而艱巨的工程。我們只有牢固樹立人才培養(yǎng)是高校的根本任務(wù)、質(zhì)量是高校的生命線、教學是高校中心工作的理念，繼續(xù)深化教學改革與實踐，不斷探索新方法、新思路，才能為祖國培養(yǎng)更多更好的高層次專業(yè)人才。

[1]楚哲涵.聲波測井原理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1987.

[2]王冠貴.聲波測井理論基礎(chǔ)及其應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,1988.

[3]姜皓,楚澤涵,薛梅.聲波測井儀器發(fā)展及刻度井研究[J].特種油氣藏,2001,8(4):92-95.

[4]金鼎,王敬農(nóng),等.中國石油測井技術(shù)態(tài)勢及科技發(fā)展方向[J].測井技術(shù),2007,31(2):95-98.

[5]王斐.弘揚大慶精神和鐵人精神，發(fā)展有中國石油測井特色的企業(yè)文化[J].石油教育,2008,(1):104-106.

[6]張學山,張穎.數(shù)學課程的改革與實踐[J].上海工程技術(shù)大學教育研究,2007.12-16.

[7]章成廣,肖承文.李維彥.聲波全波列測井響應(yīng)特征及應(yīng)用解釋研究[M].武漢:湖北科學技術(shù)出版社,2009.