工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下石油工程巖石力學(xué)課程的教學(xué)改革探索

張世鋒 崔新穎

摘 要：巖石力學(xué)是石油工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，講授石油工程生產(chǎn)過程中與巖石力學(xué)有關(guān)的專業(yè)知識(shí)。本文基于工程教育認(rèn)證的基本理念及要求，討論分析了石油工程巖石力學(xué)課程教學(xué)中存在的問題，并從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教研結(jié)合等方面提出了改革方案，旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認(rèn)證;石油工程巖石力學(xué);教學(xué)改革

1 研究背景

工程教育專業(yè)認(rèn)證通過判斷辦學(xué)單位的畢業(yè)生是否能夠滿足社會(huì)需求來評(píng)價(jià)其人才培養(yǎng)的質(zhì)量，注重人才培養(yǎng)的標(biāo)志性成果，強(qiáng)調(diào)基于產(chǎn)出的目標(biāo)導(dǎo)向原則。工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)高校專業(yè)課程的教育改革提出了新的目標(biāo)和要求[1-3]。我國工程教育認(rèn)證主要倡導(dǎo)三個(gè)基本理念：（1）學(xué)生中心理念。強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，圍繞培養(yǎng)目標(biāo)和全體學(xué)生畢業(yè)要求的達(dá)成進(jìn)行資源配置和教學(xué)安排，并將學(xué)生和用人單位滿意度作為專業(yè)評(píng)價(jià)的重要參考依據(jù)。（2）產(chǎn)出導(dǎo)向理念。強(qiáng)調(diào)專業(yè)教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施以學(xué)生接受教育后所取得的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，并對(duì)照畢業(yè)生核心能力和要求，評(píng)價(jià)專業(yè)教育的有效性。（3）持續(xù)改進(jìn)理念。強(qiáng)調(diào)專業(yè)必須建立有效的質(zhì)量監(jiān)控和持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，能持續(xù)跟蹤改進(jìn)效果并用于推動(dòng)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的不斷提升。

石油工程巖石力學(xué)課程是石油工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要介紹巖石力學(xué)及其在石油鉆井井壁穩(wěn)定性分析、水力壓裂和油氣井出砂等復(fù)雜工程問題分析中的應(yīng)用。該課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用性，目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用巖石力學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜工程問題的能力，其理論知識(shí)模塊在石油工程鉆井開發(fā)設(shè)計(jì)過程中不可或缺。

2 石油工程巖石力學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 傳統(tǒng)教學(xué)方法仍以教師為中心

教師課堂講授是石油工程巖石力學(xué)課程的傳統(tǒng)教學(xué)方法，但是由于課程有一定的理論難度，而面授的形式單調(diào)、枯燥，加之學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，主觀能動(dòng)性較差，難以真正融入課堂，不利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)質(zhì)量和效果都難以保證。工程教育專業(yè)認(rèn)證中提出的“以學(xué)生為中心”的理念，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為本，面向全體學(xué)生，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，在此背景下，傳統(tǒng)的教學(xué)方法面臨改革的壓力和挑戰(zhàn)。

2.2基于教材的教學(xué)資源建設(shè)缺乏前沿性

高等教育教學(xué)內(nèi)容應(yīng)具有前沿性，尤其是專業(yè)課程。隨著社會(huì)科技和行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的理論知識(shí)和工程技術(shù)日趨涌現(xiàn)，當(dāng)前專業(yè)知識(shí)的推陳出新比以往任何一個(gè)時(shí)代都更為迅速。然而，當(dāng)前石油工程巖石力學(xué)教學(xué)過程中所使用的教材中雖然包含了較為經(jīng)典的基本知識(shí)及應(yīng)用案例，但缺少前沿的巖石力學(xué)理論實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)。如何結(jié)合科研和行業(yè)的發(fā)展更新和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，向?qū)W生介紹最新的科學(xué)成果和研究動(dòng)態(tài)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，也是該課程亟待解決的問題。

2.3 教學(xué)課時(shí)縮減倒逼教學(xué)內(nèi)容設(shè)置改革

為了滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證提出的學(xué)生知識(shí)和能力培養(yǎng)的要求，課程改革勢(shì)在必行，然而，與此同時(shí)，當(dāng)前的單門課程學(xué)時(shí)數(shù)已經(jīng)下降，給課程改革增加了難度。以往，石油工程巖石力學(xué)課程內(nèi)容以理論知識(shí)為主，需要學(xué)生掌握數(shù)學(xué)、力學(xué)等課程作為基礎(chǔ)，具有難度大、耗時(shí)長的特點(diǎn)。課時(shí)減少的情況下，如何使學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)，既能夠掌握理論知識(shí)，同時(shí)具備解決工程實(shí)際問題的能力，成為該課程教學(xué)改革的難題。要解決這個(gè)問題，只能在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上做文章。

3 “以學(xué)生為中心”課程教學(xué)方式的改革

針對(duì)上述石油工程巖石力學(xué)課程教學(xué)中存在的問題，將工程教育專業(yè)認(rèn)證“以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的理念融入課程教學(xué)中，從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)與科研相結(jié)合等方面進(jìn)行課程改革。

3.1 采用“以學(xué)生為中心”的教學(xué)方式

教學(xué)過程中不僅要傳授學(xué)生知識(shí)，還要培養(yǎng)其工程應(yīng)用能力，從而達(dá)到教與學(xué)的有機(jī)結(jié)合。在整個(gè)過程中，教師通過引導(dǎo)啟發(fā)，盡可能讓學(xué)生成為教學(xué)活動(dòng)的主體。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，選擇部分課時(shí)引入“以學(xué)生為主”的教學(xué)方式，如互動(dòng)式、翻轉(zhuǎn)式、討論式等教學(xué)方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。較為簡單的知識(shí)點(diǎn)，如石油工程巖石力學(xué)的發(fā)展歷史、巖石的組成和結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)性質(zhì)的影響等，可以采取翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法。教師將教學(xué)課件或視頻發(fā)給學(xué)生，學(xué)生分組課下自主學(xué)習(xí)，并通過文獻(xiàn)檢索或網(wǎng)絡(luò)資源查詢更新豐富知識(shí)，然后在課堂上向其他同學(xué)展示。對(duì)于難度適中的知識(shí)點(diǎn)，如巖石的力學(xué)性質(zhì)及蠕變特性、巖石強(qiáng)度測(cè)試方法，教師以提出問題的形式將學(xué)生引入情境進(jìn)行小組討論，解決問題，最后由教師給予適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和總結(jié)。在整個(gè)討論過程中，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、交流，有利于其積極性與主動(dòng)性的培養(yǎng)。對(duì)難度較大的知識(shí)點(diǎn)，如巖石的強(qiáng)度準(zhǔn)則、井壁坍塌與縮徑、井壁破裂等內(nèi)容，教師在課堂上結(jié)合當(dāng)前研究熱點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講授，設(shè)置課后作業(yè)，及時(shí)跟蹤掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，針對(duì)性答疑，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

3.2 合理安排教學(xué)內(nèi)容

工程教育專業(yè)認(rèn)證要求課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置能夠“培養(yǎng)學(xué)生分析解決復(fù)雜工程問題的能力及對(duì)新知識(shí)的自學(xué)能力”。因此，教學(xué)內(nèi)容不僅需要包含基礎(chǔ)知識(shí)和基本原理，還需增加工程實(shí)例分析。利用多媒體教學(xué)方式，在文字及圖片展示基礎(chǔ)上，引入工程現(xiàn)場(chǎng)的施工操作視頻，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析復(fù)雜工程問題，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，提出解決方案。例如鉆井過程中泥頁巖層段多發(fā)的井壁失穩(wěn)問題，教師在課堂中結(jié)合油田現(xiàn)場(chǎng)的基礎(chǔ)地應(yīng)力及巖石強(qiáng)度參數(shù)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)學(xué)生將課程中所涉及的應(yīng)力分布計(jì)算、巖石破壞準(zhǔn)則等知識(shí)點(diǎn)用于分析井壁失穩(wěn)問題，并計(jì)算分析安全密度窗口，提出通過控制鉆井液密度維持井壁穩(wěn)定的解決方案。教師將工程實(shí)例帶入教學(xué)中，打造身臨其境的氛圍，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

3.3 教學(xué)與科研有機(jī)結(jié)合

舊有的巖石力學(xué)相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)行學(xué)生分組參觀操作，多數(shù)情況下走馬觀花，無法真正接觸新型儀器和技術(shù)。為了解決這一問題，鼓勵(lì)學(xué)生在本專業(yè)教師的指導(dǎo)下，申請(qǐng)參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，與教師一起進(jìn)行學(xué)科前沿的探索，親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析等過程，從而加深對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其獨(dú)立思考、動(dòng)手和創(chuàng)新能力。

此外，教學(xué)資源建設(shè)過程中及時(shí)將課程相關(guān)的學(xué)術(shù)期刊論文及國內(nèi)外企業(yè)先進(jìn)的工程技術(shù)案例呈現(xiàn)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，通過文獻(xiàn)檢索等方法獲得最新的課程相關(guān)知識(shí)，有利于加深學(xué)習(xí)印象，培養(yǎng)良好的科研習(xí)慣。與此同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生在科研過程中發(fā)現(xiàn)問題，要有創(chuàng)新精神，提出新的觀點(diǎn)和見解。

4. 翻轉(zhuǎn)式教學(xué)的探索與應(yīng)用

翻轉(zhuǎn)式教學(xué)模式，是指學(xué)生在課前或課外觀看教師的視頻講解，自主學(xué)習(xí)，教師不再占用課堂時(shí)間來講授知識(shí)，課堂變成了老師學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動(dòng)的場(chǎng)所，包括答疑解惑、合作探究、完成學(xué)業(yè)等，從而達(dá)到更好的教育效果。探索翻轉(zhuǎn)式教學(xué)模式，有利于解決由于教學(xué)課時(shí)縮減造成的時(shí)間不足問題。

4.1 線上教學(xué)資源建設(shè)

除了線下課程資源的建設(shè)，線上學(xué)習(xí)平臺(tái)也為學(xué)生提供了繼續(xù)學(xué)習(xí)的載體和途徑。教師利用線上學(xué)習(xí)平臺(tái)，如學(xué)習(xí)通、釘釘在線課程、微助教、薈學(xué)習(xí)等，進(jìn)行課件資源共享、學(xué)術(shù)期刊及前沿知識(shí)分享、答疑交流。利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行輔助教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)術(shù)自主學(xué)習(xí)的能力，加強(qiáng)師生的交流，鞏固面授成果，同時(shí)還可以為建設(shè)石油工程巖石力學(xué)精品課程提供過程記錄和可靠數(shù)據(jù)。

4.2 學(xué)習(xí)和考核過程的重構(gòu)

線上教學(xué)資源的引入，改變了以往線下講授的單一方式，學(xué)習(xí)和考核的過程以及方式必然也隨之作出改變。線上線下混合式教學(xué)要求教師注重過程管理，相較于以往，考核方式中過程性記錄的比重也有所加大，這就要求學(xué)生培養(yǎng)持之以恒的學(xué)習(xí)習(xí)慣和方式來應(yīng)對(duì)考核。

5 結(jié)語

在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，作為老牌石油工程專業(yè)課的巖石力學(xué)，應(yīng)當(dāng)在原有的經(jīng)典模式基礎(chǔ)上，與時(shí)俱進(jìn)，順應(yīng)新時(shí)代教育改革的縱深發(fā)展，通過教學(xué)方式、方法以及教學(xué)內(nèi)容設(shè)置等諸多改革措施，走出一條積極創(chuàng)新、銳意進(jìn)取的新道路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔡美峰. 巖石力學(xué)與工程. 北京：科學(xué)出版社. 2002

[2] 劉向君. 石油測(cè)井與井壁穩(wěn)定. 北京：石油工業(yè)出版社. 1999年

[3] 陳勉. 石油工程巖石力學(xué). 北京：石油工業(yè)出版社. 2006年

[4] 鐘登華. 新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動(dòng)[ J ] . 高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[5]魏通，周青軍，劉文潑，等.工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)中國民航大學(xué)材料物理專業(yè)建設(shè)的啟示[J]. 教育教學(xué)論壇，2018（3）：221-223.