面向工程實(shí)際需求的輸氣管道設(shè)計(jì)與管理課程教學(xué)的改革

黃斌　張繼紅　成慶林

摘要：本文針對我國石油天然氣工業(yè)的工程實(shí)際情況，分析了油氣儲運(yùn)專業(yè)輸氣管道設(shè)計(jì)與管理課程教學(xué)中存在的問題。論文提出通過跟蹤輸氣管道工程的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和需求，改革輸氣管道設(shè)計(jì)與管理課程教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力和創(chuàng)新能力。改革教學(xué)內(nèi)容和方式，提高油氣儲運(yùn)工程本科生的培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：油氣儲運(yùn)工程；輸氣管道設(shè)計(jì)與管理；課程教學(xué)；工程實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）34-0092-02

“輸氣管道設(shè)計(jì)與管理”課程是油氣儲運(yùn)工程本科階段的主干專業(yè)課，在整個專業(yè)課程設(shè)置中占有重要地位。該課程以培養(yǎng)畢業(yè)生從事輸氣管道的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)營管理能力為基本目的，學(xué)生畢業(yè)后掌握長距離輸氣管道工藝方面的設(shè)計(jì)及管道運(yùn)營管理的基本理論、方法與工具。該課程的主要內(nèi)容有天然氣的基本性質(zhì)、天然氣管道的設(shè)計(jì)、工藝計(jì)算、站場和管道的運(yùn)營管理等，包括輸氣管道穩(wěn)態(tài)水力和熱力計(jì)算、輸氣管道與輸氣站聯(lián)合工作的工況分析與模擬、輸氣管道設(shè)計(jì)等。目前，幾乎全國所有油氣儲運(yùn)工程的本科專業(yè)都開設(shè)了該課程，甚至有部分學(xué)校將其設(shè)置為主干專業(yè)課程。但在該課程32～48學(xué)時的講授過程中，始終存在課程的內(nèi)容與實(shí)際有一定的脫節(jié)的現(xiàn)象。首先，課程主要突出了基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原理和管理內(nèi)容，如果不經(jīng)過課程設(shè)計(jì)等過程，學(xué)生很難將該課程內(nèi)容與其就業(yè)后進(jìn)入的設(shè)計(jì)、運(yùn)營或建設(shè)單位的工作內(nèi)容直接結(jié)合；其次，輸氣管道設(shè)計(jì)與管理的工程技術(shù)發(fā)展日新月異，現(xiàn)代輸氣管道工程涉及到多學(xué)科的綜合應(yīng)用，管道運(yùn)營管理更進(jìn)入全數(shù)字時代，課程內(nèi)容設(shè)置落后于實(shí)際工程技術(shù)發(fā)展水平。這些問題也是全國工科高等教育面臨的一些共性問題，而教育部在2010年啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”時，提出了該計(jì)劃的目標(biāo)，即強(qiáng)化學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，促進(jìn)工程教育改革和創(chuàng)新，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)我國工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量的全面提高，為我國高等工程教育的改革奠定了基礎(chǔ)。因此，隨著我國天然氣管道技術(shù)迅速發(fā)展，輸氣管道設(shè)計(jì)與管理這門課程內(nèi)容應(yīng)及時改革，以適應(yīng)我國天然氣管道工程發(fā)展的實(shí)際需求。

一、課程教學(xué)目標(biāo)的改革與定位

1.緊跟天然氣管道工程技術(shù)的發(fā)展。天然氣管道工程是關(guān)系國計(jì)民生的大型工程。當(dāng)前天然氣管道進(jìn)一步向大口徑、高壓力、高鋼級和高度網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，關(guān)鍵設(shè)備和控制系統(tǒng)的進(jìn)步制約天然管道工程技術(shù)水平的發(fā)展。2012年西氣東輸二線工程全面供氣，2014年西氣東輸三線西段全線貫通，2015年年底將全線投產(chǎn)，每一條大型輸氣管道的投產(chǎn)，都將使億萬民眾受益。預(yù)計(jì)未來十年仍將是我國乃至全世界天然氣管道的高速發(fā)展時期。展望未來的天然氣管道工程技術(shù)，用于管道的泄漏檢測技術(shù)，管道自動焊接和超聲波檢測技術(shù)，管道生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用，管道安全評價與風(fēng)險管理技術(shù)，管道快速搶維修技術(shù)和管道節(jié)能與環(huán)保技術(shù)等是管道工程技術(shù)中發(fā)展的重點(diǎn)。而課程的教學(xué)內(nèi)容很少涉及這些技術(shù)，因此，在課程教學(xué)過程中，應(yīng)適當(dāng)引入這些技術(shù)。

2.課程教學(xué)目標(biāo)改革。工程類本科專業(yè)課程設(shè)置可以分為基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課?；A(chǔ)課是所有工程類課程的基礎(chǔ)，是基礎(chǔ)原理和思維方法；專業(yè)基礎(chǔ)課是基礎(chǔ)課和專業(yè)課的銜接，是工程技術(shù)的基礎(chǔ)；專業(yè)課是面向工程設(shè)置的，是基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課在本學(xué)科的實(shí)際應(yīng)用，是解決本學(xué)科特定工程問題的工具。輸氣管道設(shè)計(jì)與管理屬于專業(yè)課，通過該課程的講授，應(yīng)達(dá)到以下的教學(xué)目標(biāo)：①培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識解決工程實(shí)際問題的能力。輸氣管道設(shè)計(jì)與管理課程在各個高校的教學(xué)計(jì)劃不同，但一般都安排在第三學(xué)年的第二學(xué)期或者第四學(xué)年的第一學(xué)期。在學(xué)習(xí)該課程時，學(xué)生已經(jīng)完成了基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課如傳熱學(xué)、熱力學(xué)、水力學(xué)、泵與風(fēng)機(jī)等課程的學(xué)習(xí)，該課程的學(xué)習(xí)實(shí)際是將各門課程綜合運(yùn)用的過程。如水力計(jì)算部分是以工程流體力學(xué)為基礎(chǔ)的，熱力計(jì)算則是以工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)為基礎(chǔ)，管道的設(shè)計(jì)計(jì)算和運(yùn)行管理部分則時刻離不開前面所學(xué)過的各門課程。在該課程的學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生將專業(yè)基礎(chǔ)課中的定律和工具應(yīng)用于工程實(shí)際，遇到工程實(shí)際問題通過歸納總結(jié)分析，鍛煉學(xué)生利用已學(xué)知識解決工程實(shí)際問題的能力，不止讓學(xué)生明白“學(xué)會了什么”，更是讓學(xué)生懂得“如何用”[1]。②培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。創(chuàng)新能力是工科學(xué)生培養(yǎng)的基本要求，沒有創(chuàng)新能力的畢業(yè)生很難成為一名優(yōu)秀的工程師。好奇心和興趣是創(chuàng)新的源泉，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應(yīng)該將常規(guī)培養(yǎng)和學(xué)生個體特長密切結(jié)合，著重學(xué)生個性的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的長處，否則，學(xué)生就會失去創(chuàng)新的動力，課程教學(xué)就變成千篇一律的復(fù)制過程。可以結(jié)合輸氣管道工程領(lǐng)域的創(chuàng)新成果，如輸氣管道上應(yīng)用的新技術(shù)、管道工業(yè)的新產(chǎn)品、前沿的工藝等，根據(jù)課程的內(nèi)容整理這些成果創(chuàng)新的過程，及該創(chuàng)新成果發(fā)現(xiàn)、思考、解決問題的過程，歸納和總結(jié)出具有啟發(fā)意義的案例，以啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維。同時，教學(xué)過程中可以總結(jié)相關(guān)工程研究中那些前沿的、熱點(diǎn)的、尚未解決的實(shí)際問題，提出發(fā)現(xiàn)、分析和解決這些問題的思路和途徑的建議或意見，啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用已經(jīng)掌握的知識自主探究、創(chuàng)新性地應(yīng)對這些問題?？傊n程教學(xué)目標(biāo)的定位不僅要培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對工程領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的好奇心，鼓勵學(xué)生針對個性問題的個性思考，使他們能夠在興趣的引領(lǐng)下在科學(xué)的海洋任意遨游，運(yùn)用自己獨(dú)特的視角去發(fā)現(xiàn)和解決問題，從而更大限度地培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力[2]。

二、課程教學(xué)內(nèi)容和方式改革

1.借鑒CDIO理念，重新構(gòu)思教學(xué)內(nèi)容。CDIO是“構(gòu)思”（Conceive）、“設(shè)計(jì)”（Design）、“實(shí)施”（Implement）、“運(yùn)行”（Operate）四個英語的首字母[3]。CDIO理念是，以工程項(xiàng)目為載體，讓學(xué)生主動地在實(shí)踐課程中完成工程項(xiàng)目，進(jìn)而掌握基礎(chǔ)科學(xué)知識。CDIO培養(yǎng)大綱將工程類本科生的能力劃分為四個層面，包括個人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力、工程基礎(chǔ)知識和工程系統(tǒng)能力，要求必須以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生同時在四個層面達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)[4]。這些能力恰好是目前傳統(tǒng)工程專業(yè)教學(xué)方式所沒有關(guān)注的，運(yùn)用CDIO理念開展輸氣管道課程的教學(xué)改革是培養(yǎng)該四種能力的好辦法。因此，在教學(xué)過程中增加輸氣管道的設(shè)計(jì)任務(wù)，讓輸氣管道的課程設(shè)計(jì)過程貫穿整個教學(xué)環(huán)節(jié)，每完成一定學(xué)習(xí)任務(wù)，則要求學(xué)生完成相應(yīng)部分的輸氣管道的設(shè)計(jì)任務(wù)。這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識后，很快將所學(xué)知識應(yīng)用到實(shí)際的工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，既熟練掌握了所學(xué)內(nèi)容，又增強(qiáng)了實(shí)際動手能力[5]。

2.注重輸氣管道工程前沿技術(shù)的引入。當(dāng)前，輸氣管道工程技術(shù)正處于高速發(fā)展階段，每一條大型輸氣管道的設(shè)建設(shè)過程都是輸氣管道工程技術(shù)的重大革新之旅，每一條輸氣管道的投產(chǎn)都意味著輸氣管道工程的技術(shù)水平又上升到了新的高度。在課程內(nèi)容安排上，密切關(guān)注國內(nèi)外輸氣管道工程的建設(shè)情況，介紹在管道設(shè)計(jì)、施工過程中的亮點(diǎn)，根據(jù)新聞報(bào)導(dǎo)跟蹤通報(bào)熱門管道的最新進(jìn)展。這些內(nèi)容的增加，有助于學(xué)生了解管道工業(yè)前沿技術(shù)的最新進(jìn)展，還有利于提高課堂學(xué)習(xí)效率，激發(fā)學(xué)生對課程和工程技術(shù)的熱愛，起到一舉多得的作用。

3.增加案例教學(xué)。在該課程內(nèi)容中，當(dāng)涉及到管道、站場設(shè)計(jì)的內(nèi)容時，由于教材篇幅有限，只能實(shí)現(xiàn)以較簡單的方式，用管道縱斷面圖、站場流程圖等作以簡單介紹，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)該部分時，很難與實(shí)際情況結(jié)合，學(xué)習(xí)效果不佳。教師在這部分內(nèi)容的講解過程中，可以搜集學(xué)生較為熟悉的天然氣管道的資料，拿到可以公開用于課堂教學(xué)的資料，如流程圖、安裝圖，再配合以實(shí)物圖片、影像資料，利用少部分學(xué)時，讓學(xué)生建立一個圖紙和實(shí)物的一個對應(yīng)關(guān)系，從而起到較好的教學(xué)效果。

4.豐富的教學(xué)手段和方式?，F(xiàn)代的工程教育應(yīng)該走出粉筆加黑板的傳統(tǒng)模式，采取傳統(tǒng)與現(xiàn)代、理論與實(shí)踐、講授與討論相結(jié)合的多種方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生獨(dú)立思考問題的能力。例如，在實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)過程中搜集相關(guān)素材，將課堂上難以用實(shí)物演示的壓縮機(jī)、旋流分離裝置等設(shè)備制成3D動畫，利用動畫來演示壓縮機(jī)的工作工程、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，讓學(xué)生更容易掌握教學(xué)中的難點(diǎn)、重點(diǎn)，使教學(xué)和學(xué)習(xí)活動更生動；可以準(zhǔn)備值得探討思考的問題，讓學(xué)生分組完成，或者在學(xué)期初布置設(shè)計(jì)類作業(yè)，在課程推進(jìn)的過程中，逐漸完成設(shè)計(jì)作業(yè)的每一步，讓學(xué)生在學(xué)后立即有實(shí)踐的機(jī)會；另外，可以在課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生通過親手設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，進(jìn)而分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出自己的結(jié)論。通過這些實(shí)踐，既有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、思維表達(dá)能力及團(tuán)隊(duì)合作精神，又可為學(xué)生更好地走上工作崗位打下良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]時銘顯.美國工程教育改革與發(fā)展趨勢[J].高等工程教育，2002，（5）：9-13.

[2]林健.卓越工程師創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].高等工程教育研究，2012，（5）：1-17.

[3]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（03）：1-6，9.

[4]顧學(xué)雍.聯(lián)結(jié)理論與實(shí)踐的CDIO——清華大學(xué)創(chuàng)新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009，（1）：11-23.

[5]黃斌，傅程.基于CDIO理念的“輸氣管道設(shè)計(jì)與管理”課程改革初探[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012，（22）：185.