“新工科”背景下“油層物理”教學(xué)新模式探索

陳浩*，徐程浩，楊勝來

（1.中國石油大學(xué)（北京）安全與海洋工程學(xué)院 北京 102249；2.中國石油大學(xué)（北京）石油洋工程學(xué)院 北京 102249）

自2016年中國加入《華盛頓協(xié)議》后，新工科教育改革就勢(shì)在必行[1]，推行新工科教育改革也是在新一輪科技革命面前為傳統(tǒng)工科注入新鮮血液的有效舉措，讓傳統(tǒng)工科在智能化、信息化時(shí)代重新充滿活力，為新工業(yè)革命培養(yǎng)綜合型人才。2017年提出的“北京指南”對(duì)新工科改革設(shè)定了七個(gè)目標(biāo)，與“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”構(gòu)成了新工科建設(shè)的三只“領(lǐng)頭羊”，后續(xù)的“華工方案”也提出了要培養(yǎng)兼?zhèn)淅硇?、能力和情懷的領(lǐng)軍人才[2]。為響應(yīng)新工科建設(shè)，持續(xù)深化教學(xué)模式改革，“油層物理”教研小組以面向產(chǎn)業(yè)界、面向未來、面向世界為理念，以產(chǎn)教融合、多學(xué)科交叉的教育理念將改革落向?qū)嶋H教學(xué)。本文以傳統(tǒng)工科專業(yè)石油工程的通識(shí)課程“油層物理”為改革對(duì)象，結(jié)合當(dāng)下主流新媒體傳播方式及較為先進(jìn)的教育理念，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的部分問題的解決方式進(jìn)行了探索實(shí)踐，以助力傳統(tǒng)行業(yè)的人才培養(yǎng)模式改革。

1 “油層物理”簡(jiǎn)介

“油層物理”為傳統(tǒng)工科專業(yè)石油工程的通識(shí)課程，是低年級(jí)本科生形成對(duì)石油工程專業(yè)初步認(rèn)識(shí)的必修課，其內(nèi)容涉及地質(zhì)學(xué)、化學(xué)、力學(xué)等多種基礎(chǔ)性學(xué)科，所以本門課程側(cè)重介紹基礎(chǔ)知識(shí)、基礎(chǔ)理論、基本觀點(diǎn)，比較注重知識(shí)的廣泛性、全面性?！坝蛯游锢怼弊鳛橐婚T專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)其他專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基石，如滲流力學(xué)、油藏工程、海洋油氣工程等專業(yè)課學(xué)習(xí)都涉及“油層物理”的相關(guān)內(nèi)容。本門課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握石油工業(yè)基本物理參數(shù)的概念、定義，明晰物理現(xiàn)象、過程的影響因素，掌握物理參數(shù)的測(cè)試原理、測(cè)定方法，能夠在后續(xù)學(xué)習(xí)及未來研究工作中熟練應(yīng)用這些基礎(chǔ)理論知識(shí)。

課程是連接產(chǎn)業(yè)需求和課程內(nèi)容的橋梁，是學(xué)生提升工程科技創(chuàng)新、創(chuàng)造能力的墊腳石，“新工科”教育由“轟轟烈烈”的理念倡導(dǎo)和頂層設(shè)計(jì)走向“扎扎實(shí)實(shí)”的實(shí)踐落實(shí)和質(zhì)量提升新階段就離不開基礎(chǔ)通識(shí)課這塊基石[3]，只有這塊基石足夠穩(wěn)固，石油工程專業(yè)才能踏實(shí)地走在持續(xù)深化教育改革以及推進(jìn)教育現(xiàn)代化的“快車道”上，形成對(duì)石油科技人力資源需求的有力支撐。

2 傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題

2.1 課程內(nèi)容的弱連貫性

課程涉及知識(shí)面較廣泛的性質(zhì)決定了課程內(nèi)容的分散性，實(shí)際教學(xué)過程中存在跨度較大的問題，聽課學(xué)生也向老師反映內(nèi)容連貫性不強(qiáng)、課后回顧時(shí)抓不到重點(diǎn)的問題。傳統(tǒng)教學(xué)模式往往是填鴨式教學(xué)，老師主動(dòng)講述，學(xué)生被動(dòng)接受，不適合跨度大、知識(shí)面廣的課程，聽課過程中學(xué)生只是了解并部分掌握了當(dāng)前課程的內(nèi)容，而無法對(duì)課程內(nèi)容形成整體性知識(shí)的框架結(jié)構(gòu)。

2.2 課程基礎(chǔ)知識(shí)的分散性

“油層物理”涉及物理學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)，對(duì)于中學(xué)時(shí)期物理、化學(xué)基礎(chǔ)較差以及知識(shí)遺忘度較高的學(xué)生而言，存在課本閱讀困難的問題，同時(shí)無法對(duì)基礎(chǔ)物理、化學(xué)知識(shí)做到快速反應(yīng)，這也導(dǎo)致了學(xué)生課上無法有效跟進(jìn)老師的講課進(jìn)程。如地層水的判斷涉及陰陽離子的結(jié)合順序，學(xué)生對(duì)離子親和能力的掌握情況相對(duì)較弱，很難對(duì)該部分知識(shí)進(jìn)行理解性記憶，多數(shù)同學(xué)局限在了“死記硬背”的水平上。

2.3 學(xué)生課上的消極性

在基礎(chǔ)知識(shí)要求廣泛、課程內(nèi)容跨度大的情況下，學(xué)生在學(xué)習(xí)階段面臨較多的困難，這也使得學(xué)生課前預(yù)習(xí)困難多，無法達(dá)到預(yù)習(xí)目標(biāo)，直接導(dǎo)致學(xué)生課上不能有效跟進(jìn)老師講課節(jié)奏，聽課效率低?，F(xiàn)階段的講課方式主要為老師主講并使用PowerPoint進(jìn)行輔助演示，PPT內(nèi)容直觀且使用方便，但實(shí)踐中由于切換速度較快，學(xué)生無法做好記錄，直接導(dǎo)致學(xué)生的課上疑問無法在課下得到有效解決，循環(huán)往復(fù)，形成負(fù)反饋?zhàn)饔?，學(xué)生的聽課效果及知識(shí)掌握情況越來越差，對(duì)課程的抵觸情緒就會(huì)越來越多。

2.4 考核評(píng)價(jià)內(nèi)容不全面

在近幾年的教學(xué)體制改革過程中，課程評(píng)價(jià)方式由傳統(tǒng)的卷面成績(jī)轉(zhuǎn)向了結(jié)課考試、平時(shí)作業(yè)成績(jī)及出勤率的綜合考量，有效避免了“一考定成績(jī)”，但在實(shí)際的實(shí)施過程中也出現(xiàn)了出勤率較高、平時(shí)作業(yè)成績(jī)較高、結(jié)課考試成績(jī)較低以至于未通過最終考核的現(xiàn)象，這反映了當(dāng)前的“三分支”考核方式不能起到“以改促學(xué)”的效果，未達(dá)到提升學(xué)生綜合素質(zhì)的改革初衷。另外，現(xiàn)有的“油層物理”課程包括10個(gè)課時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程，包括觀摩類實(shí)驗(yàn)課和操作類實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)課成績(jī)包含于平時(shí)成績(jī)中，經(jīng)過學(xué)生反應(yīng)及問卷調(diào)研顯示，存在以下三個(gè)重要的問題：部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中犯錯(cuò)誤或者操作不當(dāng)?shù)牡⑽幢挥涗浻诔煽?jī)考核表中的情況；實(shí)驗(yàn)課成績(jī)的考核更注重實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫，這將無法保證學(xué)生真正掌握了實(shí)驗(yàn)方面的知識(shí)；在操作類實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生按照給定的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，這個(gè)過程往往限制了學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的思考。

3 改革措施

3.1 課下新媒體輔助課程教學(xué)

新媒體的發(fā)展促使短視頻輔助教學(xué)的教學(xué)模式得以實(shí)施，短視頻內(nèi)容精簡(jiǎn)，針對(duì)性較強(qiáng)，根據(jù)講師經(jīng)驗(yàn)對(duì)可能存在問題的重難點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容所需基礎(chǔ)進(jìn)行簡(jiǎn)要講解，并在短視頻最后提出需要學(xué)生思考的內(nèi)容。針對(duì)學(xué)生課前預(yù)習(xí)有障礙、課本閱讀困難等問題，使用短視頻對(duì)待預(yù)習(xí)內(nèi)容所需的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行大概講解，能輔助學(xué)生進(jìn)行有效的教材閱讀，使學(xué)生進(jìn)行有目的、有針對(duì)性的聽講，進(jìn)行高效學(xué)習(xí)。另外，對(duì)于知識(shí)的回顧和復(fù)習(xí)也可使用短視頻手段，可在視頻的前半部分對(duì)講過的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)回顧。

短視頻能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不易產(chǎn)生抵觸情緒，使學(xué)生與課堂的關(guān)系更加緊密，增加學(xué)習(xí)的參與度，同時(shí)通過短視頻的評(píng)論反饋，以學(xué)生的疑惑為導(dǎo)向，確定后續(xù)短視頻的內(nèi)容。短視頻在針對(duì)性解決問題、提高授課效率的同時(shí)，也能培養(yǎng)學(xué)生課下學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生尋找問題并思考如何解決問題，也實(shí)現(xiàn)了老師從知識(shí)傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)榻M織者、指導(dǎo)者和幫助者的角色轉(zhuǎn)換[4]。這對(duì)新工科背景下創(chuàng)新石油工程教育教學(xué)組織模式提供了一個(gè)新的思路，教學(xué)不可脫離石油產(chǎn)業(yè)，定期與石油、石化企業(yè)生產(chǎn)單位的工程師合作錄制本課程專業(yè)知識(shí)在一線石油、天然氣開采工程中的應(yīng)用案例短視頻，能有效拉近在校師生與生產(chǎn)一線的距離，學(xué)生在理解知識(shí)的同時(shí)也在掌握如何應(yīng)用知識(shí)，為實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃做好了鋪墊，給多主體協(xié)同育人機(jī)制提供了新的思路。

3.2 翻轉(zhuǎn)課堂拉近師生距離

翻轉(zhuǎn)課堂就是將學(xué)生和老師的角色互換，令學(xué)生成為講解人，老師成為傾聽人，對(duì)課堂時(shí)間的使用進(jìn)行重新規(guī)劃[5]。學(xué)生主動(dòng)地學(xué)習(xí)需要講解的內(nèi)容，這個(gè)過程中學(xué)生也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些疑惑點(diǎn)，而講解人的身份也會(huì)促使學(xué)生主動(dòng)地去思考并解決這些疑惑。老師講解知識(shí)往往注重知識(shí)的完整性和話術(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)性，容易忽略知識(shí)的趣味性，而學(xué)生講述則以初學(xué)者角度看待新知識(shí)點(diǎn)，注重快速理解，將知識(shí)簡(jiǎn)潔化、清晰化。另外，翻轉(zhuǎn)課堂也能改變傳統(tǒng)課堂的氛圍，保持學(xué)生對(duì)該門課程的新鮮感，拉近老師與學(xué)生之間的距離，打破老師與學(xué)生之間沒有溝通、缺乏互動(dòng)的僵局，使學(xué)生能“坐得住、聽得進(jìn)”，也讓老師能“找問題、抓關(guān)鍵”，增強(qiáng)課堂教學(xué)的趣味性。

新工科教育背景下強(qiáng)調(diào)樹立工程教育新理念，翻轉(zhuǎn)課堂突破了傳統(tǒng)授課模式，不僅使得學(xué)生提前獲得并充分利用整合后的教育資源，如課前預(yù)習(xí)資料、課程講解大綱、公式列表、原理動(dòng)畫等，還能提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。如學(xué)生課前會(huì)對(duì)“油層物理”潤濕性在實(shí)際開采工程中的情況進(jìn)行思考，判斷出儲(chǔ)層是油濕還是水濕以及該性質(zhì)對(duì)開采過程的利弊，并對(duì)情況進(jìn)行分類探討。

3.3 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程

實(shí)驗(yàn)課程起到了連接書本與實(shí)際工程應(yīng)用的作用，是油層物理學(xué)習(xí)過程中不可或缺的一環(huán)，也是理論教學(xué)聯(lián)系實(shí)際的有效途徑。針對(duì)前面所提到的三個(gè)實(shí)驗(yàn)方面存在的問題，筆者根據(jù)以往實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過給定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，讓學(xué)生自主探索完成給定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的方式方法，不僅僅局限于讓學(xué)生掌握某一參數(shù)的測(cè)定方法，基于OBE教育理念[6]，以實(shí)驗(yàn)產(chǎn)出成果及自主化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為導(dǎo)向利用學(xué)生的發(fā)散思維放大實(shí)驗(yàn)課效果，嘗試個(gè)性化教學(xué)，以每名學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思路來把握每名學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，進(jìn)而制訂不同的教學(xué)方案，做到因材施教。

為打造以項(xiàng)目為鏈條的課程體系，形成以學(xué)生為主體、以科研實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，基于當(dāng)前以老中青相長(zhǎng)的“油層物理”教研組，將學(xué)生平均分配到各教師名下，以導(dǎo)師制方式讓本科生提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，了解掌握基礎(chǔ)知識(shí)在實(shí)際科研實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)知識(shí)—能力—技能的融合培養(yǎng)，貫通課上教學(xué)與課程實(shí)踐，建立本科生研究計(jì)劃項(xiàng)目體系。

這種授課方式也響應(yīng)了“新工科”背景下的卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃，能有效避免學(xué)生進(jìn)入工作崗位后出現(xiàn)“理論充足，操作不行”的問題，讓學(xué)生在面對(duì)實(shí)際操作問題時(shí)仍具備思考能力而不至于手足無措，有利于全面鍛煉學(xué)生。

3.4 實(shí)行多元化考核方式

為保證考核結(jié)果的有效性、真實(shí)性、公平性，在學(xué)生課上表現(xiàn)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)課表現(xiàn)、期末成績(jī)、專業(yè)素養(yǎng)等方面進(jìn)行多元化考核。學(xué)期開始前跟學(xué)生進(jìn)行交流，了解各個(gè)學(xué)生的課程期望、學(xué)習(xí)能力、自我評(píng)價(jià)等信息，為后續(xù)的差異化教學(xué)做準(zhǔn)備；建立課程題庫，隨機(jī)抽取題目作為課后練習(xí)作業(yè)，保證練習(xí)內(nèi)容上的差異性；根據(jù)課程前期學(xué)生反饋的個(gè)人概況，課上學(xué)生的表現(xiàn)情況，給予與各個(gè)學(xué)生能力相對(duì)應(yīng)的課后選題，以選題的方式保證整體學(xué)生能力培養(yǎng)的差異化，建立更適合每個(gè)學(xué)生的考核方式。在實(shí)驗(yàn)課考核中加入本科生研究計(jì)劃項(xiàng)目考核分?jǐn)?shù)，導(dǎo)師可以根據(jù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室的綜合表現(xiàn)考查學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握程度進(jìn)而給出成績(jī)。為夯實(shí)實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)效果，在期末考試卷中加入實(shí)驗(yàn)類題目，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生知識(shí)運(yùn)用能力的考察。

新工科教育強(qiáng)調(diào)以能力為導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)并輔以過程性評(píng)價(jià)，以達(dá)到檢驗(yàn)、提高學(xué)生多種能力的目的。通過對(duì)教學(xué)全周期的考核方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)課上、課后以及實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行全方位考核，進(jìn)行實(shí)踐能力、應(yīng)用能力和專業(yè)素養(yǎng)的全方面培養(yǎng)。

4 結(jié)語

在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的指引下，石油等傳統(tǒng)化石能源工業(yè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，石油產(chǎn)業(yè)各部向信息化轉(zhuǎn)型的步伐在逐步加快。本文提出了傳統(tǒng)工科專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)模式改革方式，以翻轉(zhuǎn)課堂、新媒體以及探討類實(shí)驗(yàn)課為手段，分別聚焦課前、課上、課后三個(gè)教學(xué)階段，突破傳統(tǒng)教學(xué)模式，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，用實(shí)踐探索“新工科”背景下傳統(tǒng)能源專業(yè)改革的可行性方案，以期讓學(xué)生在這種積極環(huán)境中形成已吸收知識(shí)反促知識(shí)拓展的良性循環(huán)，為建設(shè)清潔低碳安全高效的能源體系培養(yǎng)綜合型人才。