新工科背景下石油鉆采機(jī)械教學(xué)改革

王小兵 李森 顧俊鋒 李棟 馬婷婷

[摘? ? ? ? ? ?要]? 新工科是以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向、技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容、學(xué)校主體推改革、學(xué)生志趣變方法，是以培養(yǎng)創(chuàng)新型、跨學(xué)科、具有綜合能力的卓越人才為目標(biāo)。結(jié)合新工科建設(shè)背景，分析石油工程傳統(tǒng)工科課程石油鉆采機(jī)械概論教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出了改進(jìn)課程內(nèi)容結(jié)構(gòu);課堂教學(xué)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合;跨學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)運(yùn)用到課堂;提高實(shí)踐教學(xué)考核比例，以問(wèn)題為導(dǎo)向，取得了較好的教學(xué)效果。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 新工科;石油鉆采機(jī)械;實(shí)踐教學(xué);跨學(xué)科;教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2021）36-0220-02

新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命對(duì)工科教育也提出了新的要求。為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新的時(shí)代需求，并支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國(guó)制造2025”等一系列國(guó)家戰(zhàn)略，2017年2月以來(lái)教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”[1]。

新工科理念要求高校工科教育中，拓展原有對(duì)工科的界定，沖破傳統(tǒng)工科的專業(yè)束縛，要根據(jù)新時(shí)代油田企業(yè)的新需求，廣泛接納其他學(xué)科的新知識(shí)，積極拓展現(xiàn)有學(xué)科的知識(shí)面，跨學(xué)科交叉，以適應(yīng)油田企業(yè)日益增長(zhǎng)的對(duì)高科技人才的需求。

在新工科背景下，石油鉆采機(jī)械作為石油與天然氣工程專業(yè)的專業(yè)課程應(yīng)抓住機(jī)遇，積極進(jìn)行教學(xué)方法和方式的改革，以滿足油田企業(yè)日益增長(zhǎng)的對(duì)創(chuàng)新人才的需求。

一、石油鉆采機(jī)械課程現(xiàn)狀分析

鉆井和采油是石油工業(yè)中十分重要的兩個(gè)工藝過(guò)程。

目前國(guó)內(nèi)外油（氣）田廣泛使用轉(zhuǎn)盤鉆鉆機(jī)。主要設(shè)備有井架、操作平臺(tái)、柴油機(jī)、鉆機(jī)和鉆具等。

目前國(guó)內(nèi)外石油工業(yè)中，機(jī)械采油設(shè)備主要分為有桿泵和無(wú)桿泵兩大類。有桿泵是動(dòng)力設(shè)備在地面，其帶動(dòng)抽油機(jī)的曲柄連桿旋轉(zhuǎn)，曲柄連桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)驢頭帶動(dòng)抽油桿及其柱塞上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的抽油工作。無(wú)桿泵是在井下將電能轉(zhuǎn)化為泵的機(jī)械能，然后泵的機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為流體的動(dòng)能，流出井口，不需要借助抽油桿來(lái)進(jìn)行能力傳遞。無(wú)桿泵主要為射流泵等。

通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該掌握從事石油開采過(guò)程所涉及到的石油鉆采機(jī)械的結(jié)構(gòu)、工作原理和維保等的基本知識(shí)，能夠解決現(xiàn)場(chǎng)鉆采機(jī)械復(fù)雜工程問(wèn)題。但是其作為石油與天然氣工程類專業(yè)課，教學(xué)實(shí)施過(guò)程中存在不少困難。主要有以下幾點(diǎn)困難：（1）學(xué)生對(duì)鉆采機(jī)械沒有感性認(rèn)識(shí);（2）教學(xué)過(guò)程手段單一，僅以多媒體形式進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生對(duì)設(shè)備的運(yùn)行動(dòng)態(tài)缺乏深刻認(rèn)識(shí);（3）現(xiàn)在的鉆采設(shè)備自動(dòng)化程度高，學(xué)生缺乏相關(guān)專業(yè)知識(shí);（4）現(xiàn)場(chǎng)見習(xí)時(shí)間短，學(xué)生缺乏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí);（5）學(xué)生缺少工程思想，不能認(rèn)識(shí)到鉆采機(jī)械在石油工程專業(yè)中的重要性。體現(xiàn)如下。

（一）鉆采機(jī)械接觸較少，特性抽象

在日常生活中，學(xué)生幾乎沒有機(jī)會(huì)接觸石油鉆采機(jī)械。日常生活中只能接觸到如洗衣機(jī)、自行車和汽車等。對(duì)于井架、操作平臺(tái)、柴油機(jī)、鉆機(jī)、鉆具、泥漿泵等鉆井機(jī)械，以及游梁式抽油機(jī)、有桿泵、水力活塞泵、電動(dòng)潛油離心泵、射流泵、振動(dòng)泵、螺桿泵等采油機(jī)械，很多學(xué)生沒有聽說(shuō)過(guò)，更不用說(shuō)有感性認(rèn)識(shí)。即使在油田一線現(xiàn)場(chǎng)也只能看到設(shè)備的外觀，看不到設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此這門課十分抽象。

（二）教學(xué)手段單一

目前國(guó)內(nèi)各石油院校教授石油鉆采機(jī)械這門課，基礎(chǔ)理論教學(xué)時(shí)長(zhǎng)短，普遍采用課堂多媒體教學(xué)，學(xué)生僅僅能了解到石油鉆采機(jī)械內(nèi)部的平面結(jié)構(gòu)，無(wú)法深入了解石油鉆采機(jī)械內(nèi)部立體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致教學(xué)效果差。課堂上僅僅用文字和圖片描述設(shè)備外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，跨學(xué)科群的知識(shí)點(diǎn)涉及很少。另外，在講授過(guò)程中工程應(yīng)用的知識(shí)點(diǎn)少，缺乏生產(chǎn)一線的實(shí)際可操作性。

（三）鉆采設(shè)備自動(dòng)化程度高

目前國(guó)內(nèi)外石油鉆采設(shè)備自動(dòng)化程度日趨提高，隨著AI人工智能運(yùn)用到鉆采機(jī)械中，石油鉆采機(jī)械中“機(jī)械”僅僅是骨架，還有許多“肌肉”（相關(guān)軟件）來(lái)支撐，學(xué)生需要學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)、物聯(lián)網(wǎng)以及自動(dòng)控制等相關(guān)課程來(lái)豐富自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)新時(shí)代石油鉆采機(jī)械課程的學(xué)習(xí)。

（四）生產(chǎn)一線見習(xí)時(shí)間短

由于油田企業(yè)安全環(huán)保要求高，加之很多設(shè)備均在野外運(yùn)行，學(xué)生去生產(chǎn)一線現(xiàn)場(chǎng)近距離接觸石油鉆采設(shè)備的機(jī)會(huì)少之甚少。

（五）學(xué)生缺少工程思想

現(xiàn)在大學(xué)生的成長(zhǎng)過(guò)程中，沒有機(jī)會(huì)接觸工程機(jī)械，小學(xué)、中學(xué)階段一般也只局限于在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，沒有精力關(guān)注工程機(jī)械。因而學(xué)生普遍缺乏工程思想。

（六）跨學(xué)科內(nèi)容和應(yīng)用內(nèi)容極少

石油鉆采機(jī)械普遍應(yīng)用在石油工程行業(yè)，其他行業(yè)應(yīng)用很少。在以往的石油鉆采機(jī)械教學(xué)過(guò)程中，理論教學(xué)課時(shí)較長(zhǎng)，在結(jié)構(gòu)和工作原理等方面花費(fèi)了太多的課時(shí)。具體工程應(yīng)用的講授實(shí)際偏少，更沒有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。

（七）課程評(píng)價(jià)方法單一

目前石油鉆采機(jī)械課程考核評(píng)價(jià)方式是筆試。綜合成績(jī)是筆試成績(jī)占70%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占30%。筆試內(nèi)容主要為課堂教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要依賴實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

二、課程教學(xué)實(shí)施改革

針對(duì)以上石油鉆采機(jī)械課程教學(xué)過(guò)程中存在的諸多問(wèn)題，融合新工科理念，筆者在最近三年多的教學(xué)過(guò)程中，實(shí)行新的石油鉆采機(jī)械教學(xué)方式，教學(xué)效果有了較好的提高。主要方法和措施如下。