中美院校石油工程專業(yè)力學(xué)課程設(shè)置情況探討

林伯韜 王琪琪

摘 要 隨著油氣鉆采朝深水、深地、非常規(guī)、新能源方向邁進(jìn)，石油工程專業(yè)的力學(xué)課程設(shè)置需要朝國(guó)際化、創(chuàng)新型的方向發(fā)展。本文作者通過(guò)實(shí)地調(diào)研、畢業(yè)生訪談、國(guó)際交流、網(wǎng)絡(luò)搜集的方式，分析對(duì)比了中美兩國(guó)擁有石油工程專業(yè)院校的力學(xué)課程的種類和學(xué)分設(shè)置情況。調(diào)查發(fā)現(xiàn)兩國(guó)院校均重視本科生力學(xué)的課程教學(xué)，強(qiáng)調(diào)力學(xué)在石油工程專業(yè)培養(yǎng)中的基礎(chǔ)學(xué)科屬性;而研究生課程的種類和學(xué)分存在較大差異。中國(guó)院校將多門研究生力學(xué)課程作為必修/限選課程，而美國(guó)院校則更注重學(xué)科交叉，更強(qiáng)調(diào)根據(jù)教師的研究領(lǐng)域讓其研究生跨院系自由選修。建議我國(guó)院校根據(jù)自身國(guó)情、校情，在保證力學(xué)教育強(qiáng)度的同時(shí)增加課程設(shè)置的靈活度，促進(jìn)小班化、個(gè)性化教學(xué)。

關(guān)鍵詞 中美院校 石油工程專業(yè) 力學(xué)課程 課程種類 學(xué)分

中圖分類號(hào)：G649.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.01.007

Abstract As the drilling and exploitation of oil and gas resources are attempting to target deep water， deep underground， unconventional， and new energy types， the mechanics course setting requires for being developed towards more international and creative. The authors of this article analyzed by comparing the course settings， including type of course and course credit， of a group of Chinese universities and a group of American universities that have petroleum engineering program. The analysis was conducted by means of field survey， graduate interview， international exchange and web source exploration. It was found that the universities or colleges in both countries place equal emphasis on undergraduate education on mechanics， which means the mechanics courses are regarded by them as core ones in engineering education. However， the settings with respect to the graduate level differ to some degree. The Chinese universities assign several graduate mechanics courses as required or conditionally selective ones， whereas the American counterparts lay more stress on interdisciplinary exchange and allow for the graduate students to freely choose courses provided by other schools as directed by their advisors. It is suggested that the universities or colleges in our country make more flexible arrangement of the course settings and promote small classes as well as customized teaching according to the domestic situations， as long as the abundance of the mechanics education can be secured.

Keywords Chinese and American universities; Petroleum Engineering Program; mechanics courses; types of course; credit

0 引言

力學(xué)是涵蓋范圍廣泛的基礎(chǔ)學(xué)科，國(guó)內(nèi)外工程力學(xué)、材料科學(xué)、土木工程、機(jī)械工程、冶金與礦業(yè)工程等眾多工科專業(yè)的核心課程都與其有著緊密的聯(lián)系。廖日坤等人[1]通過(guò)研究MIT和Stanford這兩所頂尖大學(xué)的美國(guó)工程院士的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)指出，大學(xué)的工科研究更重要在于“工程科學(xué)”而不是“技術(shù)開(kāi)發(fā)”，前者應(yīng)由高校承擔(dān)，而后者的主體是企業(yè)。力學(xué)課程作為高等工程教育的重要組成部分，是培養(yǎng)兼具國(guó)際化、創(chuàng)新型工程科學(xué)人才的基礎(chǔ)課程 。[2-4]隨著油氣行業(yè)的科學(xué)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)在深水、深地和非常規(guī)資源及新能源（如地?zé)?、可燃冰）領(lǐng)域的逐漸深入，高校石油工程專業(yè)的力學(xué)除了要解決鉆采設(shè)備的強(qiáng)度及效率問(wèn)題，[5]還應(yīng)當(dāng)解決開(kāi)發(fā)過(guò)程中的地應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)、井壁穩(wěn)定、破巖、水力壓裂、低滲油藏水驅(qū)等復(fù)雜工程問(wèn)題，急需建立適合該專業(yè)的力學(xué)課程體系。為此，筆者基于自己的海外求學(xué)經(jīng)歷和國(guó)際交流經(jīng)驗(yàn)，剖析中美兩國(guó)擁有石油工程（或稱石油與天然氣工程）專業(yè)院校的力學(xué)課程開(kāi)設(shè)情況，對(duì)比兩國(guó)學(xué)生在力學(xué)方面培養(yǎng)形式的不同，由此探討針對(duì)該專業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)力學(xué)課程體系的方向。

美國(guó)開(kāi)設(shè)石油工程專業(yè)院校的力學(xué)課程普遍具有小班教學(xué)（本科課堂20-40人、研究生課堂5-15人）的特點(diǎn)，其關(guān)于課程內(nèi)容、學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)課的設(shè)置與中國(guó)院校大同小異。因此，本文著重探討中美兩國(guó)石油工程專業(yè)指定開(kāi)設(shè)（即專業(yè)必修或限選）的（1）力學(xué)課程類型;（2）對(duì)應(yīng)的學(xué)分設(shè)置情況。筆者通過(guò)實(shí)地調(diào)研（國(guó)內(nèi)院校）、針對(duì)在校及畢業(yè)生訪談、與國(guó)內(nèi)外院校教師交流、搜集網(wǎng)站介紹的教學(xué)信息的方式獲取并統(tǒng)計(jì)相關(guān)信息，涉及學(xué)校涵蓋了表1所列的9所中國(guó)院校和表2列舉的10所美國(guó)院校。

1 中美石油工程院校學(xué)位設(shè)置情況分析

本文所涉我國(guó)擁有石油工程專業(yè)的主要9所院校的信息及其學(xué)位開(kāi)設(shè)情況如表1所示。這些院校都具備鮮明的地質(zhì)、礦業(yè)和油氣行業(yè)特色，石油工程專業(yè)師生的體量和教學(xué)資源均頗具規(guī)模。另有一些院校如燕山大學(xué)、常州大學(xué)也開(kāi)設(shè)相關(guān)專業(yè)，但由于其專業(yè)規(guī)模較小，本文暫不對(duì)其做統(tǒng)計(jì)分析。

表1所示的9所國(guó)內(nèi)院校均具備石油與天然氣工程一級(jí)學(xué)科;除遼寧石油化工大學(xué)外，都開(kāi)設(shè)有本、碩、博學(xué)位點(diǎn)。大部分院校依托附近油田，呈現(xiàn)鮮明的油田地域特色：如中國(guó)石油大學(xué)（北京）的克拉瑪依校區(qū)緊靠中石油新疆油田，中國(guó)石油大學(xué)（華東）的山東東營(yíng)校區(qū)毗鄰中石化勝利油田，西南石油大學(xué)地處中石油西南油氣田附近。

本文所涉美國(guó)擁有石油工程專業(yè)的10所主要院校的信息及其學(xué)位開(kāi)設(shè)情況如表2所示。類似地，這里重點(diǎn)討論這10所石油工程專業(yè)較具規(guī)模的美國(guó)院校，而針對(duì)其它開(kāi)設(shè)有相關(guān)專業(yè)但規(guī)模很小的學(xué)校如新墨西哥礦業(yè)與技術(shù)學(xué)院、南達(dá)科他礦業(yè)與技術(shù)學(xué)院暫不作探討。

由表2可見(jiàn)，美國(guó)開(kāi)設(shè)石油工程專業(yè)的10所院校主要地處產(chǎn)油區(qū)，其中擁有上述院校最多的州為德克薩斯州（3所）和俄克拉荷馬州（2所）。表2所列院校均開(kāi)設(shè)了石油工程專業(yè)相關(guān)的本、碩、博學(xué)位點(diǎn)，名稱大多為石油工程/石油與天然氣工程，部分為能源與礦業(yè)工程（如賓夕法尼亞州立大學(xué)的博士專業(yè)）和能源資源工程（如斯坦福大學(xué)的本科、碩士和博士專業(yè)）。

2 中美石油工程院校力學(xué)課程開(kāi)設(shè)情況分析

由于力學(xué)課程的種類多樣，本文將所有調(diào)研得出的力學(xué)課程按本科生和研究生培養(yǎng)方式分為兩組：（1）本科生課程：包括工程力學(xué)（涵蓋“理論力學(xué)”、“材料力學(xué)”、“工程力學(xué)”名稱的課程）、巖石力學(xué)、流體力學(xué)和滲流力學(xué);（2）研究生課程，包括連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、石油工程巖石力學(xué)（亦包括類似的“油藏地質(zhì)力學(xué)”課程）、彈塑性力學(xué)、高等流體力學(xué)、高等滲流力學(xué)。以上所列的課程均為所在學(xué)院要求的專業(yè)必修/限選課。特別需要說(shuō)明的是，以下圖表僅表示學(xué)院對(duì)學(xué)生力學(xué)課程的基本要求，部分研究生力學(xué)課程教學(xué)由其它學(xué)院如機(jī)械工程學(xué)院、土木工程學(xué)院承擔(dān)，未有在下面的圖表列出;僅僅說(shuō)明該校的該專業(yè)并無(wú)必修/限選要求，并未統(tǒng)計(jì)研究生在導(dǎo)師要求下選修其它學(xué)院的力學(xué)課程的情況。經(jīng)調(diào)研統(tǒng)計(jì)得到我國(guó)院校針對(duì)上述課程的總學(xué)分設(shè)置情況如圖1所示，分課程的學(xué)分設(shè)置信息如表3所示。

圖1顯示9所院校的本科力學(xué)學(xué)分的分布范圍為9.5～17.5學(xué)分，研究生力學(xué)學(xué)分的范圍為2～14學(xué)分。其中中國(guó)石油大學(xué)（北京）、中國(guó)石油大學(xué)（華東）和西南石油大學(xué)最重視本科力學(xué)教育，其中后者力學(xué)課程的總學(xué)分最高（17.5學(xué)分）。各院校的研究生力學(xué)學(xué)分的設(shè)置情況類似，其中中國(guó)石油大學(xué)（華東）的學(xué)分最高（12學(xué)分）。

同時(shí)由表3可知，9所國(guó)內(nèi)院校均開(kāi)設(shè)了工程力學(xué)（名稱包括材料力學(xué)、理論力學(xué)或工程力學(xué)）、流體力學(xué)和滲流力學(xué)課程，3所院校未開(kāi)設(shè)巖石力學(xué)課程。各校普遍開(kāi)設(shè)了石油工程巖石力學(xué)、彈塑性力學(xué)、高等流體力學(xué)和高等滲流力學(xué)4門研究生為必修/限選課，但中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）僅要求必修/限選高等滲流力學(xué)。同時(shí)，僅有中國(guó)石油大學(xué)（北京）開(kāi)設(shè)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)為必修/限選課程。

美國(guó)院校的本科生、研究生力學(xué)必修/限選課程的力學(xué)總學(xué)分情況如圖2所示，分課程的學(xué)分設(shè)置信息如表4所示。

圖2顯示美國(guó)院校的本科力學(xué)學(xué)分分布范圍為3～18學(xué)分，其中有7所美國(guó)院校的本科力學(xué)學(xué)分超過(guò)了12學(xué)分，最普遍開(kāi)設(shè)的課程為工程力學(xué)、巖石力學(xué)和流體力學(xué)（表4）。研究生力學(xué)學(xué)分范圍為0～7學(xué)分，僅有4所院校要求研究生必須選修力學(xué)課程，且僅包含石油工程巖石力學(xué)、高等流體力學(xué)這兩門課（圖2和表4）。

通過(guò)橫向?qū)Ρ戎忻纼蓢?guó)院校力學(xué)課程的學(xué)分設(shè)置情況（圖1和圖2，表3和表4）可見(jiàn)，兩國(guó)本科生力學(xué)基礎(chǔ)課程設(shè)置情況相當(dāng)，說(shuō)明兩國(guó)院校均強(qiáng)調(diào)力學(xué)作為工科基礎(chǔ)課程的屬性。但中國(guó)院校設(shè)置的研究生力學(xué)課程的豐富（從課程種類看）和重視程度（從總學(xué)分上看）略高于美國(guó)院校。在課程種類方面，對(duì)比表3和表4可見(jiàn)，石油工程巖石力學(xué)、高等流體力學(xué)兩門研究生課程的設(shè)置最為普遍。此外，中美所列的19所院校僅有中國(guó)石油大學(xué)（北京）設(shè)置連續(xù)介質(zhì)力學(xué)為必修/限選課;而針對(duì)彈塑性力學(xué)、高等滲流力學(xué)，僅中國(guó)院校將其設(shè)置為必修/限選課。

表4所示美國(guó)的研究生力學(xué)課程的設(shè)置較少并不代表其不重視這些課程，而是與美國(guó)院校的研究生選課較為自由多樣、且可在院系間廣泛交叉選課的特征緊密相關(guān)。筆者曾參與2015年中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程專業(yè)的國(guó)際學(xué)科評(píng)估，參與評(píng)估的三位外籍專家分別為美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的Dr. Lake院士、美國(guó)德克薩斯A&M大學(xué)石油工程學(xué)院院長(zhǎng)Dr. Hill教授和美國(guó)俄克拉荷馬大學(xué)Dr. Shah教授，三位均擔(dān)任美國(guó)新聞與世界報(bào)道（US News & World Reports）的美國(guó)大學(xué)排名的評(píng)估專家。他們認(rèn)為美國(guó)石油工程專業(yè)教師的研究領(lǐng)域更加細(xì)化，因此指導(dǎo)學(xué)生選課時(shí)，更注重課程的多樣性和專業(yè)性。比如賓夕法尼亞州立大學(xué)和懷俄明大學(xué)的石油工程研究生教育偏重油田化學(xué)、油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的培養(yǎng)，因此對(duì)力學(xué)課程的設(shè)置比較寬松。再比如筆者畢業(yè)的俄克拉荷馬大學(xué)，有三位石油工程專業(yè)教授從事石油工程巖石力學(xué)研究，他們均要求其學(xué)生選修連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、彈塑性力學(xué)這兩門由土木工程與環(huán)境學(xué)院開(kāi)設(shè)的研究生課程。