膠體與表面化學課程教學模式改革與探索

王繼剛 范振忠 劉慶旺 聞守斌 曹曉春

1.廣東石油化工學院 廣東茂名 525000

2.東北石油大學 黑龍江大慶 163318

膠體與表面化學課程是根據(jù)石油工業(yè)發(fā)展的需要，按照工科教育思想改革的人才培養(yǎng)模式而構建的專業(yè)主干課。該課程以基礎化學、有機化學、物理化學、油層物理、石油工程等專業(yè)課為基礎，在重點闡述膠體與表面化學課程中的基本概念、原理的同時，還竭力傳授其在石油領域的應用及其最新發(fā)展動態(tài)。通過本課程的學習，使學生掌握膠體與表面化學基礎，理解石油鉆采、儲集過程中存在的化學問題的本質，并能夠運用相關知識闡明油田化學助劑的協(xié)同效應和作用機理，為學生學習后續(xù)專業(yè)課及從事油氣田開發(fā)工作提供必備的專業(yè)儲備。

該門課程屬于專業(yè)性強的基礎理論課，理解起來相對較困難，涉及的內容廣、概念多、機理性知識點繁雜，生硬的講解使學生感覺比較枯燥、乏味。針對這種情況，課程組教師不斷總結實踐教學方面存在的問題，積極組織學生進行探討，以培養(yǎng)適應現(xiàn)代化石油工程需要的人才為目標，探索膠體與表面化學理論課程的實踐教學改革與措施。

1 完善教學大綱 重組考核比例

膠體與表面化學是一個多學科交融的與石油工程領域息息相關的學科，廣義上包括介觀體系化學和表面界面化學專業(yè)知識。以往的教學大綱，僅局限于本本教育，書本知識與專業(yè)設置脫節(jié)現(xiàn)象嚴重，教學與考核模式單一。新的教學模式下，應注重將教學與石油工程的具體實際緊密聯(lián)系在一起。通過課程講授、研討、實驗以及布置課外作業(yè)的方式，讓學生了解膠體與表面化學的基本概念、膠體形成以及界面知識的基本原理；掌握膠體制備、穩(wěn)定性以及失穩(wěn)的原理、方法和步驟，用膠體與表面化學理論原理解釋油田開發(fā)中的現(xiàn)象，解決油田開發(fā)中所遇到的問題。

隨著石油工業(yè)的發(fā)展，溶膠與凝膠在油氣井增產(chǎn)增注中的作用越來越不可替代，對膠體與表面化學的前沿技術的要求也越來越高。因此，課程組教師把油田生產(chǎn)實際中存在的科學問題和科研成果介紹給學生，并把學生感興趣的科學問題引入教學案例中，激發(fā)學生的科研興趣與創(chuàng)新意識[1]。例如，在講授膠體穩(wěn)定性章節(jié)中，在完成膠體帶電與DLVO理論等內容基礎上，引入壓裂液體系的成膠以及破膠穩(wěn)定性實例，用各種壓裂液的輔劑帶電特性解釋與了解壓裂液在施工和地層中的破膠過程與作用機理。這樣不僅使學生體會到膠體微觀結構與功能的關系，而且還了解了新概念及新知識的形成背景及意義。

此外，為了更全面反映學生學習與知識點掌握情況，加大了對教學實踐環(huán)節(jié)的考核比例。最終成績由考試卷面成績、教學實踐成績和實驗成績三部分組成?？荚嚥糠种攸c考查學生對基礎知識和基礎理論的掌握和應用能力，滿分100分，總占比60%；教學實踐成績包括資料收集整理、作業(yè)撰寫以及學生展示成果時的PPT制作、口頭表達、問題講解等方面的表現(xiàn)，突出考核學生分析實際問題、解決問題的能力，根據(jù)主題新穎性和回答問題情況綜合給出成績，滿分100分，總占比20%；實驗成績包括實驗設計、動手能力、實驗結果分析和實驗報告撰寫等，滿分100分，總占比20%。教學實踐在考核中提高比重，有利于提高學生的學習熱情，營造良好的學習氛圍，使原本不清楚的問題或混淆的概念得到解決和理解。

2 課堂教學創(chuàng)新 把握前沿科技

膠體與表面化學課程是石油工程專業(yè)的學位基礎課程，教學內容的創(chuàng)新是至關重要的環(huán)節(jié)。汲取膠體與表面化學、石油工程學科交叉的最新成果，對加強膠體化學、表面化學理論發(fā)展以及油田化學助劑設計與研發(fā)具有重要的意義。課程組教師在講課時不拘泥于教材中的靜態(tài)理論，密切關注國內外膠體與表面化學領域的最新進展，及時更新教學內容，不斷追蹤相關領域的前沿科技，把新技術、新動態(tài)介紹給學生，擴大學生的視野。例如，在講授乳狀液體系的特點以及形成條件等內容時，引入微乳液體系驅油特性，結合上層、中層和下層微乳液體系驅油的優(yōu)缺點與適用油田特性，介紹目前國內外微乳液驅油的前沿技術與發(fā)展趨勢。使學生從根本上掌握乳狀液與微乳液的本質區(qū)別，體會乳狀液在油田實際生產(chǎn)中應用的重要性。

此外，課程組教師還通過參加國內外學術會議、從事與課程相關的科研工作、撰寫膠體與表面化學與石油工程結合密切的專業(yè)論文等渠道，不斷提高自身的專業(yè)水平，不斷補充新知識，將該領域研究的熱點問題和創(chuàng)新性科技及時補充進課堂，達到傳授最新、最全、最廣泛知識的目的[2]。

3 板書與多媒體結合 發(fā)揮最佳授課效果

板書是教師進行教學的基本功之一，是教師反復研讀教材后凝練出來的課程要點與授課大綱，也是連接教師與學生的紐帶。教師通過板書把教學內容、教學思路清晰地體現(xiàn)出來并呈現(xiàn)給學生，使授課層次分明、脈絡清晰、便于梳理、重點突出、鞏固記憶。然而，傳統(tǒng)的板書教學進度較慢，某些定義原理性的知識點不一定要在板書上一一體現(xiàn)，而多媒體教學可以將簡單的文字進行直觀、清晰、簡潔的表達，其中更可以穿插動畫、圖表、實例，甚至是視頻資料加深學生對知識的直觀印象，使課堂生動有趣富有靈動之感，提高教學質量，調動學生積極性[3]。課程組教師通過廣泛搜集素材、精心制作多媒體，可以把膠體與表面化學理論中難于理解的知識點深入淺出地展示于學生面前。采用形象的、甚至是動畫的多媒體教學，使學生更加容易理解基本原理和基本概念、使學生更能領會與思考自學課本難于理解的內容。如在講解溶膠的基本性質一章時，通過多媒體動畫和視頻手段演示不同粒徑膠體粒子的運動學特性、不同溶膠體系對入射光的吸收與反射現(xiàn)象等，非常形象地把膠體粒子大小、組成與基本性質之間的關系清晰地展現(xiàn)給學生，不僅節(jié)省時間，更加深了印象。

4 豐富課外作業(yè)多樣性 增設課上互動研討環(huán)節(jié)

常規(guī)的教學方式是教師在講臺上對知識進行講解，填鴨式的教學，枯燥的講解，難免會使學生出現(xiàn)注意力不集中的現(xiàn)象。因此，課程組在以往教學研究的基礎上，繼續(xù)依靠理論教學和課外作業(yè)，甚至是課上研討的多種教學手段，強化學生對課程中膠體化學與表面化學基本原理的掌握，提高學生對膠體與表面化學理論、石油工程領域復雜問題、關鍵環(huán)節(jié)進行識別和判斷的能力[4]。課程組教師根據(jù)石油工程學科的特點，在重要章節(jié)教授完成后，給學生不定期地布置緊密聯(lián)系油田現(xiàn)場實際的課外作業(yè)，讓學生課下通過查閱文獻資料完成。查閱文獻可以豐富所學知識，對課堂知識進行補充和完善，提高了書本知識的完整性，增強學生獨立思考和靈活運用書本知識解決實際問題的能力。此外，完成課外作業(yè)的過程也是知識的組建過程，學生通過撰寫大作業(yè)的方式從總體上把握若干知識點，使學生的學術能力得到提高。課外作業(yè)要求學生一周后在課堂上進行多媒體答辯式匯報，在組織PPT形成報告的過程中，又鍛煉了學生的多媒體制作能力，每次匯報主講教師可以根據(jù)實際情況邀請部分專業(yè)課教師參加并評分。這樣，實現(xiàn)師生互動教學，取得了良好的效果。

課外作業(yè)設計環(huán)節(jié)不能脫離石油工程的具體實際需求。在課外任務的設計過程中，要以教學大綱為基礎，以學生的能力培養(yǎng)為目標，將教材中的教學內容與油田生產(chǎn)中的具體實際結合起來，充分體現(xiàn)理論分析與石油工業(yè)具體實際有效結合的原則，使學有所用與用有所成相互促進。課外作業(yè)與課上互動研討環(huán)節(jié)培養(yǎng)了學生文獻調研和運用膠體與表面化學的科學原理解決實際問題的能力，也可以讓學生深入思考油田化學藥劑對人類、環(huán)境甚至是地球儲層有什么影響，并發(fā)表如何讓油田有效有序持續(xù)發(fā)展的見解。

5 扎實開展實驗教學 增強動手與創(chuàng)新意識

實驗教學是理論教學的重要補充，也是對學生工程實踐能力檢驗的重要環(huán)節(jié)。課程組教師在多年的實驗教學中，形成了一整套實驗教學體系，搭建了教學科研一體化實驗平臺，在石油工程專業(yè)本科、研究生培養(yǎng)乃至師資隊伍建設等方面發(fā)揮了積極作用，取得了顯著效果。

膠體與表面化學實驗教學任務主要承擔油田化學、油水井增產(chǎn)、增注以及鉆井液化學的實驗教學，受傳統(tǒng)教學理念和實驗條件限制，以前開設的實驗項目偏向于化學，并以驗證性實驗為主，與石油工程結合不緊密，不利于學生創(chuàng)新能力和工程實踐能力的培養(yǎng)[5]。因此，為了充分認識膠體與表面化學知識在油田鉆探、開采過程中的重要作用，學會解決油田開采中遇到的實際問題，課程組教師設計了一系列創(chuàng)新性實驗：首先，在教師的指導下，由學生獨立配制出油氣井工作液體系，并測定基本性能；其次，模擬油田現(xiàn)場各種工作液受到污染(鹽浸、鈣浸甚至是油層污染)等問題，由學生獨立設計實驗方案，提出應變處理方法并擬定實驗步驟；最后，經(jīng)教師審核批準后，學生分組完成實驗，使處理后的油氣井工作液達到合理的指標。通過這些實驗項目的建設把抽象的課堂知識具體化、實踐化，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和動手意識，使學生具備解決具體實際技術問題的能力，并能及時給出合理化的建議。

6 結語

膠體與表面化學專業(yè)基礎課的改革與探索是為了培養(yǎng)更多具備一定化學知識的優(yōu)秀石油工程畢業(yè)生。課程組教師在注重教學內容更新的同時，將互動性教學理念應用于實踐教學中，不僅加深了學生對專業(yè)知識的理解，培養(yǎng)了綜合學習能力，有效引導了創(chuàng)新思維的發(fā)展，更提高了學生分析問題和解決問題的能力。