應(yīng)用PBL教學(xué)模式開展巖石物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐

韓學(xué)輝

中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東　青島　266580

應(yīng)用PBL教學(xué)模式開展巖石物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐

韓學(xué)輝

中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580

摘 要：本文辯證分析了LBL教學(xué)模式和PBL教學(xué)模式的關(guān)系，探討了PBL教學(xué)模式在“巖石物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)中應(yīng)用的必要性和可行性。通過課堂討論、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、主題研究報(bào)告3個(gè)途徑開展PBL實(shí)踐教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)方法以及復(fù)雜儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，并就問題設(shè)置、教學(xué)組織、考核機(jī)制問題總結(jié)了心得體會(huì)。

關(guān)鍵詞：PBL；LBL；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)模式

“巖石物理實(shí)驗(yàn)”是為勘查技術(shù)與工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門限選課，旨在傳授巖石物理實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法和技術(shù)，幫助學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)在地震、測(cè)井資料解釋中的“第二重刻度”的作用[1]。作為一門以實(shí)踐操作為主的課程，要求學(xué)生既能掌握基本實(shí)驗(yàn)測(cè)量原理，又有較強(qiáng)的儀器操作能力、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)及應(yīng)用能力[2]。為了更好地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們?cè)谡n程教學(xué)實(shí)踐中通過課堂討論、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、主題研究報(bào)告3個(gè)途徑引入了PBL教學(xué)模式[3]，并結(jié)合實(shí)踐情況就問題設(shè)置、教學(xué)組織、考核機(jī)制問題總結(jié)了心得體會(huì)。

一、LBL和PBL教學(xué)模式的辯證關(guān)系

LBL（Lecture Based Learning, LBL）指基于講授的教學(xué)模式，主要通過教師講授來傳授基本理論知識(shí)和基本概念，模式?jīng)Q定了教師的中心地位，而學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)地位。LBL教學(xué)具有條理清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)、易于組織的優(yōu)點(diǎn)。但由于師生互動(dòng)少，學(xué)生缺乏在學(xué)習(xí)中積極主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的鍛煉。

PBL（problem based learning, PBL）指基于問題探討或者問題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，通過以問題為基礎(chǔ)的討論式教學(xué)和啟發(fā)式教學(xué)傳授理論知識(shí)和基本概念，強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為中心”，教師僅起到引導(dǎo)作用。采用PBL教學(xué)模式有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力。但由于問題很難涵蓋課程所有的技術(shù)內(nèi)容，該模式教學(xué)很難保證教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性。

可見，LBL教學(xué)模式和PBL教學(xué)模式各有利弊。辯證來看，把LBL教學(xué)講授的一般性理論、方法作為“知識(shí)面”，把PBL教學(xué)中討論的問題作為“知識(shí)點(diǎn)”， 采用雙軌模式實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)”“面”結(jié)合才能相得益彰。

二、應(yīng)用PBL教學(xué)模式的必要性和可行性

“巖石物理實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)測(cè)量理論和操作技能以服務(wù)于儲(chǔ)層的地震、測(cè)井資料解釋。由于測(cè)量方法、油氣藏地質(zhì)特點(diǎn)和物理性質(zhì)的復(fù)雜性，課程教學(xué)中要解決好3個(gè)差異性：（1）一般性實(shí)驗(yàn)方法和特殊性實(shí)驗(yàn)方法的差異性，涉及到實(shí)驗(yàn)方法的適應(yīng)性，如含伊利石、蒙脫石等吸水膨脹粘土巖樣的制備應(yīng)使用煤油或鹽水等問題。（2）復(fù)雜儲(chǔ)層與常規(guī)儲(chǔ)層在測(cè)量參數(shù)、方案的差異性，是由復(fù)雜儲(chǔ)層的地質(zhì)特點(diǎn)和開發(fā)方案等問題決定的，如水淹層的實(shí)驗(yàn)要使用水或聚合物等驅(qū)替原油等問題。（3）參數(shù)之間理論關(guān)系的簡(jiǎn)潔性與實(shí)際關(guān)系復(fù)雜性的差異性。如碎屑巖聲波時(shí)差與孔隙度、泥質(zhì)含量關(guān)系還會(huì)受到巖石結(jié)構(gòu)、成巖作用的影響而導(dǎo)致復(fù)雜化等問題。若忽視這三個(gè)差異性，單純采用LBL教學(xué)，雖然能夠保證教學(xué)的系統(tǒng)性，但無助于學(xué)生在思考和實(shí)踐中深刻體會(huì)復(fù)雜儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)及評(píng)價(jià)問題產(chǎn)生的來源和解決方法，不利于培養(yǎng)創(chuàng)造性思維。

從教學(xué)模式上看，在應(yīng)用LBL教學(xué)模式講授常規(guī)儲(chǔ)層的一般性實(shí)驗(yàn)方法和方案后，積極引入PBL教學(xué)模式，讓學(xué)生通過小組討論來分析實(shí)驗(yàn)方法的適應(yīng)性以及復(fù)雜儲(chǔ)層在地質(zhì)特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)測(cè)量參數(shù)、實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法、實(shí)驗(yàn)方案以及儲(chǔ)層參數(shù)評(píng)價(jià)模型的特殊性是可以實(shí)施的，更有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力。立足于LBL教學(xué)模式，積極引入PBL教學(xué)模式，采用雙軌教學(xué)模式是符合LBL和PBL教學(xué)模式的辯證關(guān)系的，有助于提高教學(xué)效果。

三、PBL教學(xué)方法的實(shí)踐

根據(jù)教學(xué)大綱規(guī)定的課程教授內(nèi)容、時(shí)間和教學(xué)資源情況，筆者在教學(xué)中主要采用了課堂討論、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、主題研究報(bào)告3個(gè)途徑開展了PBL教學(xué)模式的實(shí)踐。

1．課堂討論

課堂討論這種PBL教學(xué)法適合在教學(xué)中穿插使用，筆者主要將其用于某一性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法的實(shí)施步驟、適用性分析以及不同實(shí)驗(yàn)方法的比較分析等內(nèi)容的講解上。（1）教師備課時(shí)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)置思考問題；（2）講課中穿插或下課前提出問題；（3）請(qǐng)各組同學(xué)討論后回答問題，同時(shí)鼓勵(lì)同學(xué)、老師相互提問；（4）總結(jié)、討論問題的答案。例如：在孔隙度測(cè)量方法一課，在介紹封蠟排液法測(cè)量巖樣總體積的原理、實(shí)驗(yàn)器材后請(qǐng)學(xué)生討論如何利用實(shí)驗(yàn)器材測(cè)量得到巖樣總體積以理解原理、測(cè)量方法、測(cè)量步驟及數(shù)據(jù)分析方法；在講完巖樣總體積、骨架體積和孔隙體積測(cè)量方法后，請(qǐng)同學(xué)們考慮如何在巖電實(shí)驗(yàn)中選擇孔隙度測(cè)量方法能夠保證孔隙度和膠結(jié)指數(shù)測(cè)量的對(duì)接。

這些啟發(fā)式的問題為學(xué)生提供主動(dòng)思考的機(jī)會(huì)，課堂討論既活躍了課堂氣氛，又有助于同學(xué)們通過思辨加深對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法和實(shí)驗(yàn)測(cè)量流程的認(rèn)識(shí)。

2．設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

為了幫助學(xué)生弄清實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法的差異性、巖石物理性質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系以及考慮到儲(chǔ)層的非均質(zhì)性等問題，在理論課采用LBL教學(xué)模式介紹典型案例后，筆者在實(shí)驗(yàn)課中引入了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究型實(shí)驗(yàn)來引導(dǎo)學(xué)生做探究性的學(xué)習(xí)[4]。實(shí)施這種PBL教學(xué)法的做法是：（1）在理論課上布置研究小課題，設(shè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求和?shí)驗(yàn)條件，小課題主要涉及兩物理性質(zhì)或多個(gè)物理性質(zhì)之間的關(guān)系并探討其物理原理、外界條件的影響等內(nèi)容。（2）讓學(xué)生課下討論完成實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法、實(shí)驗(yàn)儀器選擇、實(shí)驗(yàn)測(cè)量參數(shù)確定、實(shí)驗(yàn)測(cè)量步驟、實(shí)驗(yàn)操作的設(shè)計(jì)。（3）學(xué)生自主實(shí)施實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)處理后提交書面實(shí)驗(yàn)報(bào)告并推舉代表在課堂上匯報(bào)。為保證實(shí)施效果，筆者有意識(shí)地提供不同巖性、物性儲(chǔ)層的巖樣供同學(xué)們使用。例如：通過讓學(xué)生實(shí)驗(yàn)考察氦氣法孔隙度與飽水法孔隙度的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生明白水和氦氣在分子尺寸、粘度的差異性以及飽水法孔隙度使用的飽和度為100%這一假設(shè)條件在低孔低滲巖樣的孔隙體積測(cè)量的局限性；通過實(shí)驗(yàn)考察滲透率或聲波速度與孔隙度、泥質(zhì)含量的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)清它們之間存在的負(fù)相關(guān)關(guān)系以及不同巖性之間的差異性，并學(xué)會(huì)建立滲透率或聲波速度的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)公式以及應(yīng)對(duì)儲(chǔ)層的非均質(zhì)的方法等等。

通過這種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，可以引導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)到的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技能靈活運(yùn)用到解決實(shí)際問題或?qū)嶋H測(cè)量中去，促進(jìn)學(xué)生的定性分析、定量計(jì)算能力與工程估算及實(shí)驗(yàn)手段的結(jié)合，增加對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法的了解，培養(yǎng)工程技術(shù)意識(shí)與綜合應(yīng)用能力。

3．主題研究報(bào)告

為了幫助學(xué)生明白復(fù)雜儲(chǔ)層在測(cè)量參數(shù)、測(cè)量方案的特殊性并能夠形成系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)，筆者在LBL教學(xué)中介紹了常規(guī)儲(chǔ)層的測(cè)井評(píng)價(jià)特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)測(cè)量參數(shù)、實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法以及實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)后，將課程教學(xué)與同時(shí)開設(shè)的“測(cè)井?dāng)?shù)字處理與綜合解釋”課程教學(xué)有機(jī)結(jié)合，設(shè)置了“面向XX性質(zhì)儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)的巖石物理實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)”的主題研究報(bào)告，引導(dǎo)同學(xué)們?cè)诮鉀Q問題中自主學(xué)習(xí)復(fù)雜儲(chǔ)層巖石物理實(shí)驗(yàn)方法。具體地，要求同學(xué)們結(jié)合興趣和能力分組任選某一性質(zhì)儲(chǔ)層后，扮演5個(gè)角色來解決4個(gè)基本問題。（1）扮演測(cè)井分析家，確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選取，即：基于儲(chǔ)層地質(zhì)和工程特點(diǎn)，弄清楚該儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)參數(shù)有哪些，測(cè)井評(píng)價(jià)的難點(diǎn)在哪里，需要有哪些巖石物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目配合建立測(cè)井評(píng)價(jià)模型。（2）扮演實(shí)驗(yàn)巖石物理專家或?qū)嶒?yàn)室主任，組織實(shí)施實(shí)驗(yàn)測(cè)量，即：針對(duì)測(cè)試項(xiàng)目的特點(diǎn)和測(cè)試要求，根據(jù)各項(xiàng)目之間的關(guān)系來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的技術(shù)流程，既能做到準(zhǔn)確獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果，又能夠保證測(cè)試效率。（3）扮演實(shí)驗(yàn)室操作工程師，針對(duì)儲(chǔ)層的性質(zhì)特點(diǎn)來組織實(shí)施各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，確保實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。（4）扮演匯報(bào)人及高級(jí)評(píng)審專家，匯報(bào)交流研究成果并互相評(píng)判方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

相對(duì)于課堂討論和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，主題研究報(bào)告更強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合思考問題的能力，有助于學(xué)生從服務(wù)于儲(chǔ)層評(píng)價(jià)這一工程需要把所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)地“串”起來，解決“為什么測(cè)”、“怎樣測(cè)”以及“如何總結(jié)提高”的問題，最終把課堂討論、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)里面涉及的知識(shí)“點(diǎn)”整合成知識(shí)“面”，在復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步鞏固提高。

四、實(shí)踐的心得體會(huì)

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，PBL教學(xué)模式采用問題驅(qū)動(dòng)的方式能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和探究性，受到了學(xué)生的歡迎，取得了較好的教學(xué)效果。在實(shí)踐中，筆者也就問題設(shè)置、教學(xué)組織、考核機(jī)制問題得到了一些心得體會(huì)。

1．問題的設(shè)置

作為問題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，教師應(yīng)該特別注意問題的難易程度、綜合性和完成時(shí)間，做到既能夠保證授課的節(jié)奏和連貫性讓學(xué)生通過“點(diǎn)”“面”結(jié)合學(xué)好知識(shí)，又能夠保證學(xué)生順利解答問題而不挫傷學(xué)習(xí)的積極性。比較易于實(shí)施的做法是：（1）課堂討論設(shè)置的問題應(yīng)該以啟發(fā)性為主，難度要小，確保學(xué)生在短時(shí)間討論后就能作答，2～3分鐘內(nèi)完成一次課堂討論，每課時(shí)在授課中穿插或下課前安排2～3次討論，既適時(shí)活躍氣氛，又不因花費(fèi)太多時(shí)間而打亂LBL教學(xué)的節(jié)奏而影響知識(shí)講授的連貫性；（2）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的研究型小項(xiàng)目難度中等，任務(wù)明確，可按項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施[5]，確保學(xué)生通過討論確定實(shí)驗(yàn)方案后利用1～2實(shí)驗(yàn)課的課余時(shí)間就可以完成，以確保PBL教學(xué)和LBL教學(xué)在節(jié)奏上的同步；（3）主題研究報(bào)告難度中等偏上，強(qiáng)調(diào)綜合性，宜在授課伊始就布置，讓同學(xué)們一直帶著問題去學(xué)習(xí)、思考和完成，在課程結(jié)束時(shí)進(jìn)行結(jié)題匯報(bào)。

2．教學(xué)的組織

在實(shí)施課堂討論、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、主題研究報(bào)告時(shí)，宜采用“小組研討法”[6]?？蓪?shí)施的方法是：由學(xué)生自由選擇組成若干小組，通過小組內(nèi)部討論、分析以及解決問題，采用小組間辯論的方式進(jìn)行思辨來總結(jié)提高?！靶〗M研討法”為學(xué)生提供了一個(gè)相互學(xué)習(xí)的舞臺(tái)，“看、想、聽、說”的學(xué)習(xí)過程能讓學(xué)生集思廣益、取長(zhǎng)補(bǔ)短，不僅有助于活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，還有助于培養(yǎng)學(xué)生之間相互學(xué)習(xí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。特別地，對(duì)于主題研究報(bào)告這一綜合性很強(qiáng)的任務(wù)更需要小組同學(xué)群策群力才能完成。

3．考核機(jī)制

為了更好地保證PBL教學(xué)模式的實(shí)施，適度引入考核機(jī)制以激勵(lì)學(xué)生的積極性是必要的?？梢圆捎玫淖龇ㄊ牵焊鶕?jù)各小組在課堂討論、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、主題研究報(bào)告3個(gè)環(huán)節(jié)的表現(xiàn)評(píng)定平時(shí)成績(jī)基準(zhǔn)分，再根據(jù)組內(nèi)各同學(xué)的能力和活躍程度適當(dāng)加分。其中，小組的平時(shí)成績(jī)基準(zhǔn)分可由教師評(píng)分以及組間打分決定，同學(xué)能力分采用組內(nèi)自評(píng)方式給分，活躍程度可根據(jù)學(xué)生代表小組發(fā)言、匯報(bào)的次數(shù)和效果打分。這樣，既將小組所有成員的工作看作一個(gè)整體來評(píng)價(jià)，又考慮了各小組成員的個(gè)性，有利于創(chuàng)造組內(nèi)既互助又競(jìng)爭(zhēng)的學(xué)習(xí)氣氛。

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中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-9372 （2013）04-0063-03

收稿日期：2013-09-12；修回日期：2013-10-25。

作者簡(jiǎn)介：韓學(xué)輝，副教授，主要從事油層巖石物理實(shí)驗(yàn)和油藏儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)研究工作。

Practice and Experience of PBL Teaching Mode in the Teaching of Rock Physics Experiment

HAN Xue-hui
China University of Petroleum, Qingdao 266580, China

Abstract：The PBL teaching mode is employed in the teaching of rock physics experiment and some experience are obtained. Firstly, the relationship between LBL (Lecture Based Learning) and PBL (Problem Based Learning) is analyzed dialectically. Secondly, the necessity and feasibility of PBL teaching mode in the teaching of rock physics experiment is discussed. Thirdly, the practice of conducting students to learn the experimental methods and experiments design for the complicated reservoirs through the PBL methods which including class discussion, experiment design and research report for a certain topic are introduced. Finally, the way of setting problems, arranging classes and examining are summarized.

Key words：PBL; LBL; experiment teathing;teaching mode