基于二維碼技術(shù)的非牛頓流體流變性教學方法研究

高祥森 劉葉 時鳳霞 董燕

摘 要：非牛頓流體是石油、石化生產(chǎn)中最常見的流體。學生掌握其流變性是研究原油、鉆井液等復雜結(jié)構(gòu)流動的前提條件。然而傳統(tǒng)課程的教學效果不佳。隨著手機與微信的普及，二維碼已廣泛應(yīng)用于各項領(lǐng)域。作者經(jīng)多年摸索與實踐，初步形成了一套基于二維碼技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式。教學效果表明，該模式對提高學生興趣，降低學習難度具有顯著作用。

關(guān)鍵詞：二維碼；非牛頓流體；流變性；翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）17-0116-04

Abstract： Regular Formation Pore Pressure estimation methods mainly focus on straight wells. For those highly deviated wells， especially in the deviated segments， pore pressure estimation methods should be different from straight wells because of the special well trajectory. This paper proposes one formation pore pressure estimation method specially for the deviated segments， thus enlarging the well types for pore pressure estimation. Using this method， one well example is illustrated and proves good application effect.

Keywords： Highly deviated well； Horizontal well； Formation pressure； Mudstone anisotropy correction； Vertical depth correction.

石油工程領(lǐng)域涉及的流體大多數(shù)屬于非牛頓流體，如原油、鉆井液、完井液和壓裂液等。非牛頓流體種類繁多，流變性比較復雜，造成初學者學習難度大、學習興趣不足、課堂參與度較低等問題。二維碼是一種目前已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)終端交流方式，具有簡便快捷、信息傳遞量大且形式多樣的優(yōu)點，能夠有效地突破傳統(tǒng)課堂“單向式”教學方式，解放學生手腳，發(fā)散學生思維，給予他們更高的學習自由度。本文采用了一套基于二維碼技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式講授非牛頓流體流變性，取得了較好的教學效果。

一、基于二維碼技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式

在大量國內(nèi)外文獻調(diào)研基礎(chǔ)上，聯(lián)系實際授課中出現(xiàn)的問題，結(jié)合二維碼教學平臺的技術(shù)優(yōu)勢，我們通過不斷摸索與創(chuàng)新，總結(jié)出了“網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建→課前自主學習→課堂引導式教學→教學反思”的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式。

（一）網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建

網(wǎng)絡(luò)終端移動設(shè)備的普及與二維碼信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，既是實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的基礎(chǔ)，也是與傳統(tǒng)課堂的重要區(qū)別。因此，只有構(gòu)建出優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)教學資源才能為學生自學提供先決保障。這一環(huán)節(jié)的主要任務(wù)是根據(jù)教學目的，為學生優(yōu)選或開發(fā)相關(guān)學習視頻，上傳到二維碼開放平臺，生成二維碼并分享給學生。

（二）課前自主學習

在翻轉(zhuǎn)課堂教學模式中，新授知識大多被放在課前，由學生掃描二維碼后自主完成。這使得原本有限的課上時間得以延伸。在這一環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)根據(jù)授課目標，認真分析學情，針對重點與難點，為學生設(shè)計好自學思路并制作自學任務(wù)單。任務(wù)單包括學習目標、學習記錄、思考題等。學生通過掃描二維碼接收自學任務(wù)單，在觀看視頻的同時，完成相關(guān)題目并在線提交。學生自學中遇到問題后，可以通過在線平臺（如QQ群、微信群和藍墨云等）與師生線上互動討論，或整理歸納后提交給教師。教師獲得反饋問題與線上答題情況后，分析學生對內(nèi)容的掌握進度，及時發(fā)現(xiàn)自學難點或理解誤區(qū)，以便備課時更加具有針對性。

（三）課堂教學

這一環(huán)節(jié)分為四個階段。第一階段，教師總結(jié)二維碼網(wǎng)絡(luò)終端下的自學情況，如解答學生疑惑，指出自學中的共性問題等。對于新開課，教師還應(yīng)講解新教學內(nèi)容中的基礎(chǔ)概念，為學生下一階段學習奠定理論基礎(chǔ)。第二階段，學生通過實驗、觀摩、討論等形式自主探索新的學習目標。以本節(jié)課為例，學生在熟悉了非牛頓流體的流變現(xiàn)象與流變方程后，用實驗儀器觀察鉆井液的圓管層流，分析賓漢流體結(jié)構(gòu)流的形成原因并推導理論公式。第三階段，教師深化理論講解，對學生推導過程加以完善和修正，進一步推進學生對非牛頓流體理論的認識。第四階段，學生再次利用實驗儀器，驗證理論的正確性。課堂學習與課前自學一脈相承，學生與教師共同推動課堂進程，實現(xiàn)以學生為主體、教師為輔導的翻轉(zhuǎn)課堂。

（四）教學評價

相比傳統(tǒng)課堂的單一的評價模式（平時成績+考試成績），基于二維碼技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂增加了評價項目，使教學評價體系更為完善。（1）學生最終成績由預習成績、實操成績、理論成績、平時表現(xiàn)和考試成績五部分組成。通過二維碼在線學習情況給定預習成績，監(jiān)督學生積極落實自學項目；通過實操成績給定推動學生動手實踐；通過在線答題與討論成績給定激起學生的主觀能動性。（2）通過無記名打分方式評價任課教師，一方面客觀反映教師的教學效果，另一方面反饋學生對新教學模式的認可度。建設(shè)新型全面評價體系，既有效地助推了師生認真完成教學任務(wù)，又能客觀地反映教學過程中的成功與不足之處。只有師生共同努力，才能實現(xiàn)教學成果的最大化。

二、二維碼支撐“非牛頓流體流變性”翻轉(zhuǎn)課堂教學設(shè)計（見表1、表2）

三、基于二維碼技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學評價

教學評價分為對教師的教學效果與學生的學習成績評價兩個部分。教師與學生互相評價，保證評價體系完整全面，為后續(xù)的課程改革提供重要參考依據(jù)。完成課程學習后，教師和學生需要在規(guī)定時間內(nèi)提交無記名評價表（見下表）。學期末的校園評教結(jié)果顯示，97%的學生支持基于二維碼技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，認為學習過程輕松，學習效率有所提高。同時，結(jié)課考試試卷分析結(jié)果顯示，與往年考試情況相比，非牛頓流體部分的錯誤率明顯降低，說明學生對此教學方法的認可度較高。

（一）對教師的評價（見表3）

（二）對學生的評價（見表4）

四、教學反思

教學實踐結(jié)果表明，與傳統(tǒng)灌輸式教法相比，基于二維碼技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式更易被學生接受。靈活生動且貼近生活的教學視頻降低了學習門檻，激發(fā)出學生探索知識的興趣。同時，學生樂于親近電子終端，掃描二維碼即可開始自學，在現(xiàn)象觀察中思考問題、相互討論，有利于培養(yǎng)學生的科研素質(zhì)。線上答題檢驗了學生的自學情況，為教師針對性備課提供了重要參考依據(jù)，提高了課堂教學效率。教師對學生的成績給定設(shè)計推動了學生在教學過程中的主觀參與，使學生從被灌輸?shù)目腕w變成自主學習的主體。此外，二維碼后臺教學資源的構(gòu)建對任課教師的課程設(shè)計、知識擴展能力提出了更高要求，促使教師與學生相輔相成，共同參與課程的教與學。基于此，二維碼支撐的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式必將在大學應(yīng)用型課程建設(shè)中發(fā)揮重要作用，為提升學生自主思考能力、實操能力、應(yīng)用能力打下堅實基礎(chǔ)。

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