“新工科”建設(shè)理念下采油工程教學與實踐改革探索

汪杰，江厚順，續(xù)化蕾

（長江大學 石油工程學院，湖北 武漢）

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，新能源和可再生能源獲得突飛猛進的發(fā)展，在國民經(jīng)濟與生活中所占比例也越來越高，但是受制于應(yīng)用環(huán)境和技術(shù)瓶頸的限制，仍然無法替代以煤炭和石油為主的傳統(tǒng)能源。隨著能源需求的日益加劇，勢必需要更多的石油開采技術(shù)人才，以保障我國能源市場供應(yīng)的持續(xù)穩(wěn)定。采油工程作為石油工程專業(yè)的四門核心課程之一，與油藏工程、鉆井工程和完工工程緊密相連，是一門關(guān)于如何高效經(jīng)濟的將地層中的原油生產(chǎn)開采到地面的綜合學科。在當今信息化技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，只有不斷深化改革教學與實踐方法與手段，利用信息與網(wǎng)絡(luò)化平臺等媒介展開教學，才能從根本上改變教學知識和理論實踐落后的局面[1-2]?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)的核心內(nèi)容，是根據(jù)新產(chǎn)業(yè)、新要求對中國傳統(tǒng)工科學科的建設(shè)模式、發(fā)展途徑和服務(wù)對象加以重構(gòu)，并推動學科建設(shè)由以學術(shù)為導向到以行業(yè)需求為引導轉(zhuǎn)型；以新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ)，設(shè)置和發(fā)展了若干新型工科專業(yè)，以促進對現(xiàn)有工科專業(yè)的改造創(chuàng)新[1-3]。

目前在石油高校，采油工程教學注重理論教學，但沒有注重實驗和實踐對學生的重要性，存在缺乏自主創(chuàng)新意識、跨學科培養(yǎng)力度不夠、人才培養(yǎng)“重理論、輕實踐”等問題。譬如采油工程理論相關(guān)重要知識點大多學生只是停留在理論上，對實驗基本原理、知識點之間的相互聯(lián)系、對現(xiàn)場情況的認識都無法理解，因此很難實現(xiàn)實驗課程的綜合性、立異性、創(chuàng)新性。在當今“新工科”建設(shè)的背景下，要實現(xiàn)培養(yǎng)綜合型、應(yīng)用型工程人才目標，不但需要學生掌握有關(guān)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，更需要強化學生的實驗?zāi)芰?、實踐能力和創(chuàng)新能力。因此，改進和完善人才培養(yǎng)模式成為必然之舉。

一 “采油工程”課程教學與實踐現(xiàn)狀

采油工程作為石油工程四門核心課程之一，是從事石油開采技術(shù)人員必要參考。目前，普遍采油的教學模式是理論課60學時，實驗課程4學時，以及為期一個月的現(xiàn)場實踐教學。隨著油田信息與自動化建設(shè)日趨成熟，傳統(tǒng)教學模式及知識點已經(jīng)與現(xiàn)場實際生產(chǎn)存在一定脫節(jié)，大多數(shù)學生畢業(yè)到油田工作后，需重新進行理論與實踐教學才能上崗工作，這一問題嚴重滯后了大學生個人職業(yè)發(fā)展。總結(jié)歸納當前教學與實踐中存在的問題，主要包括以下三點：

（一） 教學與實踐結(jié)合程度低

在“采油工程”理論教學階段，學生掌握的石油知識有限，無法理解理論教學中涉及到的現(xiàn)場工具及工藝流程，而采油工程往往是以先理論后實踐的教學模式，在理論學習過程中形成了大量的知識盲點，難以跟上理論學習的節(jié)奏，并無法形成有效的知識體系。在油田實踐過程中，無法將所學的知識點與現(xiàn)場實際相結(jié)合，最終造成理論學習和實踐教學脫鉤，無法達到教學效果和目的。應(yīng)結(jié)合當前實際情況，探索理論教學與現(xiàn)場實踐穿插授課的模式，或者應(yīng)用先進的教學手段，使學生可以結(jié)合現(xiàn)場實際進行理論知識的學習。

（二） 教學實踐知識點與信息技術(shù)發(fā)展脫節(jié)

近年來，油田行業(yè)信息與自動化迅猛發(fā)展，人工智能技術(shù)也越來越多應(yīng)用到油田實際中。如趙輝等人研發(fā)推廣的油氣藏開采智能調(diào)控井網(wǎng)一體化技術(shù)，實現(xiàn)了油氣藏開采參數(shù)動態(tài)監(jiān)控與實時預(yù)測技術(shù)，可對油氣田開采過程中的生產(chǎn)參數(shù)進行實時優(yōu)化與調(diào)整，實現(xiàn)油氣藏高效低事故開采效果[6]。然而，采油工程的知識點更新仍然存在較為滯后，應(yīng)根據(jù)實際教學情況，增加信息與自動化或人工智能采油工程知識章節(jié)，讓學生提前了解油田生產(chǎn)中的采油工程新技術(shù)，為技術(shù)的更新和發(fā)展儲備人才。

（三） 差異化教學效果不理想

為了實現(xiàn)差異化教學，為油田培養(yǎng)高端人才，大部分石油院校推廣實施“卓越工程師班”，該類學生需要在油田進行更長時間的實踐教學。但是實際實施過程中，卓越工程師班學生需要在較短的時間內(nèi)學習更多的理論課程，造成理論學習過于匆忙，許多知識點并沒有形成有效的理解。

二 優(yōu)化課堂教學內(nèi)容，實現(xiàn)理論教學與現(xiàn)場案例有機結(jié)合

采油工程技術(shù)在油田工程專業(yè)課中起著承上啟下的重要作用，所以專業(yè)課建設(shè)時也需要符合學科培養(yǎng)目標。以采油工程技術(shù)為中心的課程體系建設(shè)如圖1所示[2]。以長江大學石油工程學院為例，我校復(fù)合人才培養(yǎng)的特點培養(yǎng)，在“采油工程”教學中得以充分體現(xiàn)。采油工程課程具有內(nèi)容雜、公式多、難講難理解的計算公式，以及具有復(fù)雜的現(xiàn)場應(yīng)用。為了把課程講活，不斷地優(yōu)化課堂教學內(nèi)容，理論聯(lián)系實際以及反映新技術(shù)是該課程建設(shè)的自身特色。

圖1 以采油工程為中心的課程體系建設(shè)

據(jù)對我校畢業(yè)生的信息反饋分析，在采油工程技術(shù)教學和對油田的現(xiàn)場實踐應(yīng)用之間有一些脫節(jié)。因此，要求教師必須有豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗。在進行講授案例的過程中，結(jié)合現(xiàn)場實際生產(chǎn)和科研工作體會來帶動教學，讓學生帶著問題去學習，帶著科研問題去思考，培養(yǎng)學生主動思考和積極實踐的能力。這樣能夠較好地將書本知識與一些技術(shù)有效地融合在一起，不但開闊了學習者的眼界，而且培養(yǎng)自身的學習能力。譬如在講述水力壓裂部分時，首先要向?qū)W生明確知識點重要性，其次把科研項目的現(xiàn)場相關(guān)照片展示給學生，最好有現(xiàn)場相關(guān)視頻作為輔助，教師講解現(xiàn)場具體操作流程與注意事項，將晦澀、難懂的科學原理、工藝結(jié)合實際說得更形象、簡單、好掌握。同時也為后期的生產(chǎn)實習做好鋪墊與準備。

三 結(jié)合“雨課堂”“MOOC”“VR”等先進教學方法改革

為了更好地激發(fā)學生對采油工程學科的興趣，更好地培養(yǎng)學生的主動思考、實踐與創(chuàng)新能力，有必要對現(xiàn)有的教學實踐模式進行改革。結(jié)合了“雨課堂”“MOOC”“VR/AR”等先進的教學模式與技術(shù)手段，大大提高了教學的新穎性?！坝暾n堂”的功能在微信小程序中就可以實現(xiàn)，在這個平臺上完成網(wǎng)絡(luò)預(yù)習、作業(yè)布置與習題解答，還可以直接嵌入在初始PPT中，下課后PPT還可以上傳，便于學生課后鞏固?！癕OOC”提供了大量優(yōu)秀教師的視頻教學資源，課程中可以完成一部分測評，完成學習的知識點進行點內(nèi)化，對不理解的部分可以與教師和其他同學共同探討。在去年的新冠疫情中，在校師生在家的學習與交流得益于“雨課堂”和“MOOC”[7-8]。在后期教學改革中，教師可以通過“雨課堂”“MOOC”自主設(shè)計并制作短視頻。譬如油井流向動態(tài)、在油氣二相滲流時的流向動態(tài)在教學的時候就特別關(guān)鍵，也是在課程設(shè)計中就比較關(guān)鍵的部分，制作成小視頻形式，有利于學生在課外時間觀看，進而使學生得到更深入的了解。

另外，VR/AR技術(shù)作為21世紀的主流新興技術(shù)之一，目前已廣泛應(yīng)用于課程教學工作中[3-4]。該技術(shù)將現(xiàn)實和虛擬對象很好地結(jié)合在一起，具有更直觀性和強交互項性，不被客觀因素所限制。在滿足學生的好奇心的同時，無疑可以更能加深對課程知識的理解能力，在一定程度上不僅可以提高學生學習效率，還可以提升教學質(zhì)量。

四 改進實驗教學模式，提升學生動手能力

學生動手能力與對基礎(chǔ)知識的掌握并不同時。一名合格的教育專業(yè)人員，不僅要有很扎實的理論知識基礎(chǔ)，也要有很好的動手操作能力。從教育過程中，不難看出學生對基礎(chǔ)知識的把握比較好，但在教學實踐的運用以及儀器的運用上卻表現(xiàn)出了被動性，動手能力也有很大欠缺。

雖然油田單位允許學生實習，但出于安全與管理體制的考慮，學生并不能實際操作，實習效果也不盡如人意。長江大學武漢校區(qū)實驗樓建立了自噴與抽油機專用實驗室，搭建了自噴與氣舉模擬實驗設(shè)備、抽油機與泵效測定實驗設(shè)備，可以實現(xiàn)抽油機有桿泵采油模擬、分析氣體對泵效測定與分析，在授課教師的帶領(lǐng)下，得到了學生的良好反饋。此外，通過按班級分不同小組的形式，手工制作不同類型的抽油機，如前置型、異相型游梁式抽油機、異相曲柄平衡抽油機等等，并由各小組代表人員口頭講述各自模型的結(jié)構(gòu)與特點。通過實驗與手工制作讓學生不僅僅學到相對枯燥的理論知識，而且能夠有效提升學生學習熱情，增強團隊協(xié)作意識，獲取掌握知識的能力，整體提升學習成績。

五 跟進現(xiàn)場實習實踐，推進理論學習應(yīng)用到實際生產(chǎn)體驗中

生產(chǎn)實習作為理論學習與實際生產(chǎn)相結(jié)合的橋梁，是中國高校學習階段最主要的實踐性教育環(huán)節(jié)之一。通過對生產(chǎn)實習基地的裝備了解和相關(guān)工藝技術(shù)的學習，可以讓學生了解行業(yè)內(nèi)先進生產(chǎn)水平以及未來發(fā)展趨勢。在實習過程中，要求學員按照現(xiàn)場工作人員作息嚴格遵守上下班規(guī)定，隨身攜帶實習筆記本并做好在場筆錄。在現(xiàn)場工作人員的許可情況下，對學習過程中出現(xiàn)的問題進行逐一拍攝筆錄，下班后進行集體商討解決。現(xiàn)場實踐教育不但可以幫助學生更好地理論聯(lián)系實際，還可以極大地調(diào)動學生的主觀能動性，從而提高學生的專業(yè)素質(zhì)，訓練學生職業(yè)素質(zhì)，增強職業(yè)競爭能力和人才市場競爭力[5-9]。

六 促進現(xiàn)場導師與學生建立聯(lián)系，制定教學與實踐雙導師制

為貫徹十九大精神，推進產(chǎn)教融合，研究適應(yīng)教育需求、符合學科特點、符合學校特征的培養(yǎng)模式，逐漸形成融企業(yè)技術(shù)骨干與教師優(yōu)勢為一體的校內(nèi)外“雙導師制”。校外導師作為客座教師加入課堂、開展實崗訓練，將育人貫通于理論與時間的教學過程中。校外導師根據(jù)當今崗位招聘要求，在理論知識與技能方面做出指導與分析，實現(xiàn)課程與崗位職業(yè)標準對接。

同時，學校導師需要利用課余時間深入企業(yè)學習并進行實訓演練，豐富自身的工程經(jīng)驗。反之，學校需要對企業(yè)導師進行培訓，實習目標明確學生的，掌握一定的教學方法。在生產(chǎn)實習期間，學校導師和企業(yè)導師應(yīng)保持不時溝通，協(xié)同完成學生培養(yǎng)任務(wù)并鑒定其實習成果。具體而言，學校導師主要承擔基礎(chǔ)理論和技能教學，以集體授課形式進行；企業(yè)導師需要承擔現(xiàn)場實踐和崗位技能培訓，主要以結(jié)對形式進行。雙導師制的內(nèi)涵如圖2所示。

圖2 雙導師制的內(nèi)涵

為了保障雙導師試點有效推進，一方面需要積極搭建雙導師交流互動的網(wǎng)絡(luò)平臺，一方面運用“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息化手段，建立雙導師“微信群”“QQ群”等信息交流平臺，以方便雙導師的溝通互動；另一方面需要增加的雙導師建設(shè)投入，比如通過評選校內(nèi)實習指導教師、指導企業(yè)優(yōu)秀工程師，發(fā)放實習補助等激勵措施，提高校內(nèi)校外指導教師對教學的重視程度與工作熱情。

七 結(jié)語

對石油工程的教學內(nèi)容進行優(yōu)化與改革，在保障學生業(yè)余時間情況下進行采油工程綜合實驗；課程教學結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用，培養(yǎng)學生主動思考和積極實踐的能力；先進的教學方法和手段的引入，讓學員對參加采油技術(shù)工程實踐活動和課程研討的興趣越來越強烈；提高實驗教學，加強學生動手能力和批判性思維能力；跟進現(xiàn)場，及時掌握產(chǎn)業(yè)內(nèi)的前沿生產(chǎn)技術(shù)和未來發(fā)展趨勢；建立“雙師型”教師團隊，以促進中國石化產(chǎn)業(yè)校企合作關(guān)系的進一步發(fā)展。通過這種創(chuàng)新型的采油技術(shù)工程教學改革方式，使教學內(nèi)容越來越貼合新形勢對石化類應(yīng)用研究型人才培養(yǎng)目標的要求。

但在“新工科”建設(shè)的教育背景下，不僅要求教師授課的精益求精，更需要具備實踐動手能力，需要有多學科理念和多專業(yè)知識的儲備。在后期的教學改革中，多鼓勵學校各大院系以及油田企業(yè)加強溝通，請各大院系專家和企業(yè)專家為石油工程學院教授選修課程。除此之外，借鑒中俄能源學院培養(yǎng)模式，可增設(shè)采油工程雙語課程，使學生更貼合國際化，滿足國內(nèi)外石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，成為綜合性高素質(zhì)采油工程專業(yè)人才。