滲流力學疊加原理探究教學模式與案例

李明川+杜殿發(fā)+馮其紅+谷建偉+張建國

摘要：滲流力學探究式教學是以學生為主體，主動參與教學過程探究的一種教學方法。剖析了引導探究→實施探究→深化探究“三部曲”的探究教學模式，探究了多井干擾的實質(zhì)（可用壓降疊加原理來描述），深入探究了多井干擾井產(chǎn)量和壓力規(guī)律。通過案例的實施，使學生深入理解和掌握所學知識，提高了自主學習和分析、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：滲流力學；探究教學；教學模式；疊加原理

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）07-0162-03

“探究”是指“深入探討，反復研究”[1]，也指“求索知識或信息特別是求真的活動”[2]。探究式教學是指在遵循事物發(fā)展規(guī)律前提下，借助探討、研究手段，尋找事物間內(nèi)在聯(lián)系，探索事物本質(zhì)特征，為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力的一種教學方法[3]。

最早提出探究學習方法的是美國教育家杜威，他主張教學應遵循“設置疑難情境、確定問題、提出假設、制定解決問題的方案并實施”的問題學習模式[4]。1961年美國芝加哥大學教授施凡布發(fā)表了科學探究的理科教學論，為探究學習模式奠定了理論基礎[5]。70年代薩其曼、施瓦布等人對探究式教學進行系統(tǒng)調(diào)查，并建立了注重教學信息處理過程本身的探究教學模式[6]。在日常的教學過程帶著問題去分析教材，創(chuàng)建一個類似的研究或相對專業(yè)的教學情景；學生學習也不要脫離現(xiàn)實，頭腦也要不斷地拓展，善于發(fā)現(xiàn)問題，從而培養(yǎng)自己運用所學知識來解決實際問題的能力。正如美國芝加哥大學J.J.Schwab教授強調(diào)，學生學習方法與過程，以培養(yǎng)學生的“創(chuàng)造力”，自我汲取知識的能力[7]。

一、滲流力學教學現(xiàn)狀

滲流力學是研究油、氣、水在油層中的運動形態(tài)和運動規(guī)律的科學，是以實驗為基礎，數(shù)學為工具，解決實際油氣開發(fā)為目的的一門應用型學科。滲流力學學科概念多、公式多，體現(xiàn)在研究目標和對象抽象，缺少客觀體驗，難以用直觀語言描述，理論推導特別多，使得教學過程枯燥，學生普遍有畏難情緒[8]。

傳統(tǒng)的滲流力學教學是教師“講解式”傳授，學生“被動式”學習[9]。教學主要采用“師講生聽”的教學模式，教學往往是以“教師為圓心，教材為半徑”的“傳教式”的理論知識講解過程，學生則是“封閉的課堂圈內(nèi)打轉(zhuǎn)”的“機械式”被動接收知識?！敖獭迸c“學”局限于“教材中心”，局限于“課堂圓圈”，是封閉式的教學過程。教學過程中教師起著“傳話筒”的作用，只是單向地向?qū)W生灌輸知識；學生對授課內(nèi)容起“影像”作用，在大腦皮層的知識“copy”及考試時簡單的“paste”過程。

二、滲流力學探究式教學模式

滲流力學探究式教學以實際滲流現(xiàn)象為基礎，遵循學生的認知規(guī)律，以素質(zhì)教育思想為指導，學生主動參與課堂教學為前提，以油氣滲流力學教材為探究內(nèi)容，以學生現(xiàn)實生活為參照對象，在教師的指導下，借助實驗現(xiàn)象自主地探索特定的滲流物理現(xiàn)象，認識和解決特有的滲流問題的方法和步驟，發(fā)現(xiàn)滲流物理現(xiàn)象各因素的內(nèi)在聯(lián)系，找出符合特有滲流現(xiàn)象的規(guī)律。在滲流力學課堂教學中，實施探究式教學程序按照：引導探究→實施探究→深化探究“三部曲”的模式來實施教學。該模式下教師的任務是調(diào)動學生的積極性，促使學生自己去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、獲取知識[10]。

1.引導探究。教師根據(jù)滲流力學教學目標和教學內(nèi)容要求，創(chuàng)設特定的教學、學習情景，引導學生進入探究教學過程。老師以生活實際為參照，創(chuàng)設特定的語言、形狀、聲色、實驗等情景來真實、全面地反映或再現(xiàn)探究的問題，營造探究的氛圍，激發(fā)學生主動參與教學的樂趣。

2.實施探究。學生根據(jù)已學的滲流物理現(xiàn)象，開拓思路大膽的假設，開展廣泛的素材和資源搜集、整合和處理，以小組形式進行討論、交流，充分地參與到探究教學過程。教師要鼓勵學生勇于創(chuàng)新，大膽嘗試，并對滲流情景進行分析和釋疑，以幫助學生構(gòu)建知識體系，獲取發(fā)現(xiàn)問題的方法；并用欣賞的眼觀點評學生探究過程的創(chuàng)新、思維和態(tài)度，對探究過程和結(jié)果進行優(yōu)化點評，總結(jié)設定滲流情景的規(guī)律和結(jié)論。

3.深化探究。教師在已發(fā)現(xiàn)的規(guī)律和結(jié)論基礎上，不斷地提升已有的理論知識，并對設定滲流教學情景遷移到關(guān)聯(lián)情景和學科；鼓勵學生運用所學到的知識解決實際問題，幫助學生將知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題方法和能力。

三、疊加原理探究教學案例

接下來以滲流力學“多井干擾”一節(jié)實施的教學實踐來開展探究教學模式的討論。

1.引導探究。

[目標和要求]運用多井干擾理論和壓降疊加原理解決多井生產(chǎn)時滲流規(guī)律。

[設置情景]在平面徑向滲流時，假設在無限大地層中心有一口井生產(chǎn)，而實際油田生產(chǎn)時總是有多井的存在，這些井同時生產(chǎn)時會有相互的影響嗎？對油井產(chǎn)量和壓力有什么樣的影響呢？遵循怎樣的規(guī)律？

2.實施探究。

[猜想與假設]學生假象：（1）油田多井生產(chǎn)時，相互之間沒有影響。（2）多井生產(chǎn)時相互有影響，對每口井產(chǎn)量減小、壓力降低。

[討論與交流]學生討論：按照每個組4—6同學討論。如果油井沒有相互影響，根據(jù)平面徑向流的壓力成對數(shù)曲線分布，并不斷地在地層中往外傳播，傳播到哪里去了呢？無限大的地層可以向無窮遠傳播，遇到井時能繞過去？

[分析與釋疑]老師參與：我們來分析一下具體情況。為了簡單起見，先討論兩口井的情況，在同一油層中有兩口生產(chǎn)井A和B同時生產(chǎn)（圖3）[11]。

[規(guī)律和結(jié)論]老師總結(jié)：可以看出多井同時生產(chǎn)時，地層壓力與重新進行了分布，且服從壓降疊加原理。推廣到多井同時工作時，地層中各點的壓力降應當是各井單獨工作時在該點造成的壓力降的代數(shù)和，稱之為壓降疊加原理。

3.深化探究。

[提升與遷移]學生參與：那為什么會有壓降疊加原理的規(guī)律呢？

老師回答：一口井工作時其壓力分布為拉普拉斯二階、線性、齊次偏微分方程，根據(jù)拉普拉斯線性疊加性兩個線性偏微分方程可以進行代數(shù)疊加。

學生參與：并聯(lián)電路中，總的電流為支線電流的綜合，那么對于這里的多井產(chǎn)量和壓力有怎樣的規(guī)律呢？

四、教學體會

通過滲流力學探究教學模式的構(gòu)建與疊加原理案例剖析，使我們體會到：

1.根據(jù)教學目標和要求的情景設計，有利于把握問題方向，激發(fā)了學生對問題探究的樂趣。

2.根據(jù)學生已有知識結(jié)構(gòu)，開展想象和假設，并進行小組討論、分析，在老師的幫助下分析釋疑尋找現(xiàn)象的規(guī)律和結(jié)論，提高了學生自主學習的積極性。

3.引導學生對規(guī)律和結(jié)果的實質(zhì)探究，提升已有的理論知識水平，并轉(zhuǎn)化為解決實際問題的方法和能力，培養(yǎng)了學生嚴謹、科學的探究精神。

參考文獻：

[1]夏征農(nóng)，陳至立.辭海[M].第6版.上海：上海辭書出版社，2011.

[2]Edmund Weiner，John Simpson.牛津英語詞典[M].第2版.倫敦：牛津大學出版社，1989.

[3]靳玉樂.探究教學論[M].重慶：西南師范大學出版社，2001.

[4]招清.探究式教學的理論探討與調(diào)查研究[D].濟南：山東師范大學，2007：16.

[5]徐學福.美國“探究教學”研究30年[J].全球教育展望，2001，（8）：57-63.

[6]鞏昂.我在美國上中學（高中卷）[M].北京：中國盲文出版社，2005：12-16.

[7]李明珠.探究式教學在思想政治課教學中應用研究[D].長春：東北師范大學，2013：13.

[8]雷登生，戚志林，李澗松，等.《油氣層滲流力學》課程教學改革思考[J].重慶科技學院學報：社會科學版，2011，（12）：177-178.

[9]許云鳳.探究式教學與傳授式教學辨析[J].教育探索，2006，（7）：22-24.

[10]王春華.高校教學中采用“探究式教學”摸式探析[J].黑龍江高教研究，2004，（3）：113-114.

[11]李明川，馮其紅.滲流力學教學中探究式課堂教學方法實例[J].職業(yè)教育研究，2013，（1）：102-103.

Abstract：Inquiry teaching in seepage mechanics is a teaching method that student is oriented，and participates actively into the teaching process. The inquiry teaching schema of "trilogy" for guide inquiry→implementation inquiry→deepen inquiry was analyzed，the essence of multi-well interference that can be described by the pressure drop superposition principle was inquired，and the rules on production and pressure was be inquired deeply. According to the implementation of the case，the students can understand intensively and master the learned knowledge，enhance the ability of self-directed learning and that of analyzing and solving the problems.

Key words：seepage mechanics；inquiry teaching；teaching schema；superposition principle