石油工程專業(yè)管柱力學(xué)本科教學(xué)改革探索

翟曉鵬　樓一珊　朱亮　吳惠梅

摘要：石油管柱力學(xué)是石油工程非常重要的基礎(chǔ)學(xué)科。針對石油管柱力學(xué)本科教學(xué)過程中存在的教材適用性不強(qiáng)、學(xué)生課堂積極性不高和考核難以起到評教效果的問題，分析其原因，以“溫故、啟示、鞏固”為教學(xué)準(zhǔn)則，綜合考慮該學(xué)科的特殊性以及與其他專業(yè)學(xué)科的相關(guān)性，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式和考核方法提出了一系列改革措施并進(jìn)行實(shí)踐探索，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：管柱力學(xué)；油氣井工程；研討式教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）05-0126-02

石油管柱作為石油鉆采的重要工具，在鉆井、完井、采油以及增產(chǎn)的各個(gè)階段都起到至關(guān)重要的作用。它是地面信息向井下傳遞的渠道，也是井下物質(zhì)傳輸?shù)降孛娴耐ǖ溃凸苤谟蜌饩こ?，猶如脊柱之于人體。石油管柱力學(xué)課程本科教學(xué)按排在鉆進(jìn)工程、采油工程專業(yè)課之后，是為了作為各個(gè)專業(yè)課的橋梁，使學(xué)生能夠?qū)λ鶎W(xué)知識觸類旁通，融會貫通，更好的掌握專業(yè)知識。但從長期的教學(xué)情況來看，學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)流于形式，沒有達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。本文針對石油管柱力學(xué)在教材內(nèi)容、課堂現(xiàn)狀、教學(xué)方法以及考核評估環(huán)節(jié)存在的問題，提出了一系列的改進(jìn)措施，并在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐，為提高該課程教學(xué)效果作出了有益的探索。

一、石油管柱力學(xué)本科教學(xué)存在的問題

長江大學(xué)石油管柱力學(xué)本科教學(xué)計(jì)劃設(shè)置在第六學(xué)期或第七學(xué)期，課程計(jì)劃為5周，共30個(gè)學(xué)時(shí)，長期以來，由教授、副教授、講師教研團(tuán)隊(duì)擔(dān)任主講?？偨Y(jié)任課教師和學(xué)生反映的教學(xué)情況，該課程主要存在以下問題。

1.參考教材各個(gè)章節(jié)側(cè)重點(diǎn)、難點(diǎn)不同，理論教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)。石油管柱總體分為鉆柱、套管柱、油管柱、抽油桿柱四大部分，部分教材和專著主要介紹鉆柱的運(yùn)動與受力分析，另外一部分教材和專著則主要介紹套管和油管的服役條件和失效模式，由于教材的側(cè)重側(cè)重點(diǎn)不同，沒有跟其他學(xué)科關(guān)聯(lián)，失去了輔助性教材的實(shí)際意義。石油管柱力學(xué)是一門數(shù)學(xué)和力學(xué)的交叉學(xué)科，相關(guān)教材部分章節(jié)公式復(fù)雜，在進(jìn)行理論講解和習(xí)題分析過程中需要用到微積分、常微分方程等高等數(shù)學(xué)知識，這些內(nèi)容有些學(xué)生當(dāng)初就沒有學(xué)好，有的學(xué)生即使當(dāng)時(shí)學(xué)好了，在用時(shí)也已經(jīng)遺忘或者不能靈活運(yùn)用，學(xué)習(xí)時(shí)就會感到困難，不愿聽下去，失去學(xué)習(xí)的興趣。

石油管柱技術(shù)處于不斷發(fā)展中，尤其是非常規(guī)頁巖氣連續(xù)油管壓裂技術(shù)、稠油熱采井的注采一體化管柱技術(shù)等都遇到常規(guī)管柱力學(xué)沒有遇到的問題，使得常規(guī)管柱力學(xué)在解決這些特殊問題時(shí)，顯得捉襟見肘。因此需要在管柱力學(xué)教學(xué)中引入新技術(shù)介紹章節(jié)，開拓學(xué)生視野。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)不同，課堂難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生方面的情況大概可以分為兩類，一類主要是面臨大四畢業(yè)學(xué)分不足，需要選修課增加學(xué)分；一類是求知，為了獲取更多的知識。前者抱著“混學(xué)分”的態(tài)度，對課堂理論教學(xué)不重視，特別是教師在講解復(fù)雜公式的時(shí)候，基本上就不聽講，后者主要是對新知識的探求，注重課堂知識的汲取，但對公式不感興趣，更側(cè)重于知識面的拓展。他們的共同點(diǎn)就是知識面的拓展，對知識的求知欲。

3.考核難以收到教評效果。作為一門選修課，管柱力學(xué)如何考核一直是困擾教師的難題。如果最終考核成績根據(jù)平時(shí)成績來定，那么這門課的學(xué)習(xí)因?yàn)槭チ丝己说募s束力，就會流于形式，失去教學(xué)意義；如果按照必修課考核方法進(jìn)行試卷考試，又容易讓這門課的學(xué)習(xí)陷入上綱上線的老套，使學(xué)生失去學(xué)習(xí)的積極性。如何讓考核與課堂教學(xué)相結(jié)合，收到教學(xué)與考核互相促進(jìn)，相互評價(jià)的效果，是我們要面對的難題。

二、管柱力學(xué)本科教學(xué)改革措施

課程內(nèi)容既要考慮到石油管柱力學(xué)與其他專業(yè)學(xué)科的相關(guān)性，又要考慮該課程自身的特殊性，在此指導(dǎo)思想上，從三方面進(jìn)行教學(xué)改革。

1.授課教材做到重點(diǎn)突出，關(guān)聯(lián)其他學(xué)科，理論聯(lián)系實(shí)際。在授課中對現(xiàn)有教材進(jìn)行了遴選，在重點(diǎn)講述原有教材共同包含的部分，如鉆柱屈曲載荷分析、井底鉆具動力學(xué)等的同時(shí)，增加了稠油熱采管柱受力及失效預(yù)防措施、海上噴射導(dǎo)管鉆井技術(shù)、非常規(guī)連續(xù)油管壓裂技術(shù)章節(jié)。同時(shí)對每一部分做適當(dāng)?shù)男薷?，力爭做到增加廣度，減少深度，增加趣味性，減少理論性，結(jié)合工程實(shí)際，加深學(xué)生對專業(yè)的理解。對含有大量復(fù)雜公式的章節(jié)，適當(dāng)采用簡化計(jì)算，淡化公式的復(fù)雜性。

2.引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，嘗試研討式教學(xué)，促進(jìn)教學(xué)形式多樣化。課堂教學(xué)不能只限于PPT授課，也可加入其他形式的教學(xué)手段，如實(shí)驗(yàn)室教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合。筆者在講述套管失效機(jī)理時(shí)，就結(jié)合室內(nèi)數(shù)顯式液壓材料試驗(yàn)機(jī)（WZS-100D），進(jìn)行管材試樣應(yīng)力應(yīng)變實(shí)驗(yàn)。事實(shí)證明，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)非常感興趣，部分學(xué)生親自上機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，對不同載荷作用下管材的應(yīng)力應(yīng)變曲線和性能變化有了更深入的理解，這極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

研討式教學(xué)起源于德國，是以學(xué)生為主體，由教師設(shè)定討論主題，通過交流、研討形式來研究某一課題的一種教學(xué)方式。通過研討式教學(xué)可培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、研究能力。課堂上強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主人翁意識，才能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。筆者曾在課堂中布置了“非常規(guī)壓裂中管柱受力模型及失效原因”的論題，大部分學(xué)生都在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上積極發(fā)言，陳述己見。有的學(xué)生指出滑套壓裂技術(shù)存在的弊端，這與涪陵頁巖氣部分氣井增產(chǎn)改造措施由滑套壓裂改為射孔聯(lián)作壓裂的現(xiàn)場情況吻合。充分說明研討式教學(xué)可以開啟學(xué)生思維，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)能動性，培養(yǎng)學(xué)生自主研究能力。

3.注重反芻教學(xué)，在課堂中進(jìn)行考核評估。石油管柱力學(xué)公式多，須反復(fù)練習(xí)才能掌握?？己说哪康恼菫榱烁玫卣莆者@些知識點(diǎn)。因此課堂教學(xué)以“溫故、啟示、鞏固”為準(zhǔn)則，注重學(xué)習(xí)過程的積累消化，反芻教學(xué)正是針對這一點(diǎn)而設(shè)計(jì)的，在教學(xué)引入反芻教學(xué)，對前面的知識點(diǎn)，在后面應(yīng)用時(shí)重新回顧，并注重對前面知識點(diǎn)與現(xiàn)在知識點(diǎn)的結(jié)合應(yīng)用。對重要的知識點(diǎn)，在課堂中進(jìn)行隨堂考核，可以給學(xué)生一定學(xué)習(xí)壓力，又利于知識點(diǎn)的融會貫通，還能起到考核的目的。

三、實(shí)踐效果

筆者在2014至2015年兩年期間對石油管柱力學(xué)教學(xué)進(jìn)行了一系列嘗試性改革，其中引入科技前沿技術(shù)，與非常規(guī)開發(fā)接軌的教學(xué)內(nèi)容受到學(xué)生的喜愛，擴(kuò)展了學(xué)生的視野，讓學(xué)生進(jìn)一步了解到所學(xué)學(xué)科與工程應(yīng)用的關(guān)系。研討式教學(xué)因?yàn)閷W(xué)生基礎(chǔ)和重視程度的不同，部分學(xué)生表現(xiàn)良好，也有部分學(xué)生參與熱情不高，從文獻(xiàn)資料上生搬硬套觀點(diǎn)，并未完全達(dá)到開啟思路的教學(xué)目的，因此該教學(xué)方式改革還需要進(jìn)一步探索。反芻教學(xué)能夠強(qiáng)化知識點(diǎn)吸收，加強(qiáng)了所學(xué)知識點(diǎn)的運(yùn)用能力。

四、結(jié)論

本文針對目前石油管柱力學(xué)本科教學(xué)存在的教材適用性不強(qiáng)、學(xué)生課堂積極性不高和考核難以起到評教效果的問題，從注重教材理論聯(lián)系實(shí)際、教學(xué)方式多樣化和加強(qiáng)反芻教學(xué)三方面進(jìn)行改革，取得了一定教學(xué)效果。實(shí)踐表明：注重教材適用性，理論聯(lián)系實(shí)際，調(diào)動學(xué)生的課堂積極性，才能使選修課起到教學(xué)輔助的教學(xué)目的。教材研討式教學(xué)和強(qiáng)化反哺教學(xué)，能夠促進(jìn)知識點(diǎn)的吸收，加深知識的理解，并能擴(kuò)寬學(xué)生的視野，雖然有一些的地方還需完善，但對提高學(xué)生的理論水平和從實(shí)際生產(chǎn)角度分析解決問題的能力有極大幫助，有利于培養(yǎng)石油類工程型人才和研究型人才。

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