非石油工程專業(yè)“油層物理”課程教學(xué)改革研究

劉廣峰　史紅光　楊勝來(lái)　寧正?！∮诤Ｑ?/p>

［摘 要］ 隨著油氣田開(kāi)發(fā)領(lǐng)域?qū)W科交叉、技術(shù)融合的快速推進(jìn)，應(yīng)用化學(xué)、資源勘查工程等非石油工程專業(yè)學(xué)生對(duì)油層物理知識(shí)的需求顯著增加，對(duì)原有面向具有先修課程基礎(chǔ)學(xué)生的課程教學(xué)體系提出了挑戰(zhàn)。在調(diào)研和分析課程教學(xué)改革需求的基礎(chǔ)上，提出了一系列改革措施。在知識(shí)體系方面，凝練了傳統(tǒng)的三大知識(shí)模塊，增加了知識(shí)銜接模塊，編寫(xiě)了配套輔導(dǎo)材料；在教學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，精選線下操作實(shí)驗(yàn)，建立了線上仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為非石油工程專業(yè)學(xué)生提供了充分的實(shí)驗(yàn)資源；在教學(xué)方法方面，增加了答疑時(shí)間，加強(qiáng)了過(guò)程考核，增加了學(xué)術(shù)研討。實(shí)踐表明，課程改革提高了學(xué)生對(duì)“油層物理”課程的掌握程度，改善了課程教學(xué)效果。改革的探索與實(shí)踐可為面向不同專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)提供參考。

［關(guān)鍵詞］ 油層物理；改革；需求；措施；實(shí)踐

［基金項(xiàng)目］ 2021年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“油氣藏實(shí)驗(yàn)與檢測(cè)創(chuàng)新實(shí)踐基地”（202102249024）；2021年度中國(guó)石油大學(xué)（北京）本科教育教學(xué)改革項(xiàng)目“非石油工程專業(yè)‘油層物理課程教學(xué)改革”；2022年度中國(guó)石油大學(xué)（北京）本科教育教學(xué)改革項(xiàng)目“油層物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)”；2021年度中國(guó)石油大學(xué)（北京）“研究生教育質(zhì)量與創(chuàng)新工程”重點(diǎn)項(xiàng)目“‘油氣藏開(kāi)發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)研究生核心課程教材建設(shè)”

［作者簡(jiǎn)介］ 劉廣峰（1979—），男，山東泰安人，博士，中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)工程領(lǐng)域理論及教學(xué)研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1674-9324（2023）22-0054-04［收稿日期］ 2022-10-24

引言

“油層物理”是油氣勘探開(kāi)發(fā)相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。隨著油氣田開(kāi)發(fā)領(lǐng)域?qū)W科交叉、技術(shù)融合的快速推進(jìn)，非石油工程專業(yè)學(xué)習(xí)“油層物理”課程的人數(shù)大幅增加。以中國(guó)石油大學(xué)（北京）為例，除石油工程專業(yè)中國(guó)本科生外，其他三個(gè)專業(yè)（應(yīng)用化學(xué)、資源勘查工程、海洋油氣工程）的本科生、轉(zhuǎn)專業(yè)考入石工學(xué)院和非常規(guī)學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)科的研究生、石油工程專業(yè)留學(xué)生，均需以必修、選修等形式修讀本課程，人數(shù)已達(dá)石油工程專業(yè)中國(guó)本科生的2倍以上。上述學(xué)生在油氣地質(zhì)、流體性質(zhì)等方面的基礎(chǔ)存在顯著差異，對(duì)原有課程教學(xué)體系提出了挑戰(zhàn)。因此，開(kāi)展面向多專業(yè)的“油層物理”課程教學(xué)改革具有重要意義。

中國(guó)石油大學(xué)（北京）“油層物理”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)研非石油工程專業(yè)學(xué)生對(duì)課程教學(xué)改革的需求，針對(duì)知識(shí)體系、實(shí)驗(yàn)設(shè)置、教學(xué)方法等三方面提出了一系列的課程改革措施，通過(guò)形成深度和廣度較為均衡且滿足多專業(yè)教學(xué)的課程體系，以達(dá)到改善非石油工程專業(yè)學(xué)生“油層物理”課程學(xué)習(xí)效果的目的。

一、課程教學(xué)改革需求分析

（一）有效的知識(shí)體系鏈接

“油層物理”是建立在多種基礎(chǔ)學(xué)科之上的交叉性學(xué)科，具有知識(shí)覆蓋面廣、內(nèi)容多且較為抽象的特點(diǎn)。學(xué)習(xí)這門(mén)課程需要具備油氣地質(zhì)、流體性質(zhì)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)。不同專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)差異較大。例如，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生具有良好的流體性質(zhì)、界面化學(xué)方面的基礎(chǔ)，但油氣地質(zhì)等方面的基礎(chǔ)相對(duì)薄弱；資源勘查工程專業(yè)學(xué)生具有良好的油氣地質(zhì)方面的基礎(chǔ)，但流體性質(zhì)等方面的基礎(chǔ)相對(duì)薄弱；大量轉(zhuǎn)入石油與天然氣工程專業(yè)的沒(méi)有相關(guān)知識(shí)背景的研究生也缺乏有效的知識(shí)鏈接。

根據(jù)學(xué)生的專業(yè)背景、能力水平等設(shè)計(jì)更加全面的課程知識(shí)體系是落實(shí)“面向人人”理念的課程教學(xué)的關(guān)鍵［1］。面對(duì)基礎(chǔ)差異顯著的不同專業(yè)學(xué)生，在同一大綱、同一教材、相同學(xué)時(shí)的要求下，彌補(bǔ)先修知識(shí)的不足、建立有效知識(shí)鏈接是確保課程學(xué)習(xí)效果的必要條件?？梢酝ㄟ^(guò)增加面向不同專業(yè)的知識(shí)銜接模塊、編寫(xiě)針對(duì)不同專業(yè)的配套輔導(dǎo)學(xué)習(xí)材料，實(shí)現(xiàn)“油層物理”課程知識(shí)體系與學(xué)生專業(yè)背景知識(shí)體系的有效鏈接。

（二）充分的實(shí)驗(yàn)資源保障

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是構(gòu)成高等學(xué)校課程教學(xué)的重要組成部分［2］?！坝蛯游锢怼笔且婚T(mén)建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課程體系中扮演著十分重要的角色，是學(xué)生理解和掌握課程知識(shí)的重要環(huán)節(jié)。隨著越來(lái)越多的非石油工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)“油層物理”課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也面臨著資源不足的問(wèn)題。首先，學(xué)習(xí)人數(shù)大幅增加，實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限，操作程度和實(shí)驗(yàn)時(shí)間受限。其次，隨著對(duì)非常規(guī)儲(chǔ)層的深入研究，實(shí)驗(yàn)儀器、技術(shù)和方法不斷發(fā)展，客觀條件不允許操作性實(shí)驗(yàn)同步于上述發(fā)展。最后，一些重要實(shí)驗(yàn)存在危險(xiǎn)性高、耗時(shí)長(zhǎng)、不環(huán)保等情況，不允許學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中進(jìn)行實(shí)際操作。

上述問(wèn)題導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程接觸和掌握全面系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)，進(jìn)而影響了對(duì)課程的理解與學(xué)習(xí)效果?？梢酝ㄟ^(guò)建立線上實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)、精選優(yōu)化線下實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)、提供充分的實(shí)驗(yàn)資源保障等方式，保證學(xué)生能通過(guò)實(shí)驗(yàn)的線上線下操作真正理解和掌握相關(guān)知識(shí)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。

二、課程教學(xué)改革措施與效果

（一）改革總體設(shè)計(jì)

根據(jù)非石油工程專業(yè)學(xué)生提出的建立有效的知識(shí)體系鏈接、提供充分的實(shí)驗(yàn)資源保障、提高學(xué)生理解與掌握程度等現(xiàn)實(shí)需求，從知識(shí)體系、實(shí)驗(yàn)設(shè)置、教學(xué)方法等方面進(jìn)行系統(tǒng)化改革。在知識(shí)體系方面，凝練了傳統(tǒng)的三大知識(shí)模塊，增加了知識(shí)銜接模塊，編寫(xiě)了針對(duì)不同專業(yè)背景學(xué)生的配套輔導(dǎo)材料；在教學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，精選線下實(shí)操實(shí)驗(yàn)，建立了線上仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；在教學(xué)方法方面，增加了答疑時(shí)間，加強(qiáng)了過(guò)程考核，增加了學(xué)術(shù)研討。面向非石油工程專業(yè)的“油層物理”課程教學(xué)改革總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

（二）知識(shí)體系優(yōu)化

課程教學(xué)內(nèi)容改革是新工科教育改革的核心［3］。面向基礎(chǔ)差異顯著的非石油工程專業(yè)學(xué)生，依托《油層物理學(xué)》（楊勝來(lái)、魏俊之著）所囊括的儲(chǔ)層流體、儲(chǔ)層巖石、多相滲流三大知識(shí)模塊，增加了面向不同專業(yè)的知識(shí)銜接模塊，編寫(xiě)了針對(duì)性的配套輔導(dǎo)學(xué)習(xí)材料，加強(qiáng)了“油層物理”課程與本專業(yè)知識(shí)體系的有效銜接，使得學(xué)生更能理解和掌握“油層物理”課程知識(shí)。

《油層物理學(xué)》教材全面系統(tǒng)地闡述了儲(chǔ)層流體、儲(chǔ)層巖石、多相滲流三大知識(shí)模塊，為非石油工程專業(yè)學(xué)生提供了油層物理學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容。為了確保非石油工程專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，增加了油氣的生成與成藏、儲(chǔ)層巖石學(xué)、流體性質(zhì)與熱力學(xué)平衡、物理化學(xué)、提高采收率五個(gè)知識(shí)銜接模塊，并編寫(xiě)了相關(guān)的輔導(dǎo)材料供選擇學(xué)習(xí)。例如，資源勘查工程專業(yè)學(xué)生可選學(xué)流體性質(zhì)與熱力學(xué)平衡、油氣界面性質(zhì)等材料，應(yīng)用化學(xué)等專業(yè)學(xué)生可選學(xué)地質(zhì)基礎(chǔ)等材料。上述模塊和輔導(dǎo)材料可促進(jìn)非石油工程專業(yè)學(xué)生油層物理核心知識(shí)體系的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)油層物理知識(shí)與后續(xù)學(xué)習(xí)、研究、實(shí)踐應(yīng)用的有效銜接。

（三）教學(xué)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力是課程教學(xué)改革的重要目標(biāo)［4］?！坝蛯游锢怼笔墙⒃趯?shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的課程，為了給非石油工程專業(yè)學(xué)生提供充分的實(shí)驗(yàn)資源保障，在原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，精選了線下實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)，針對(duì)因操作危險(xiǎn)性高、耗時(shí)長(zhǎng)、不環(huán)保等而缺乏可操作性實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，建立了線上仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

1.精選線下實(shí)操類實(shí)驗(yàn)。本次教學(xué)改革，在優(yōu)化非石油工程專業(yè)教學(xué)知識(shí)體系的同時(shí)，把握課程知識(shí)要點(diǎn)，以教學(xué)大綱修訂為契機(jī)，優(yōu)化了課程實(shí)操類實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)了涉及儲(chǔ)層巖石物性（孔隙度與滲透率）、儲(chǔ)層流體高壓物性、儲(chǔ)層水驅(qū)油特征與效果、儲(chǔ)層流體間界面化學(xué)等多個(gè)重要知識(shí)模塊的實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，分別設(shè)置了驗(yàn)證性、演示性、綜合性、設(shè)計(jì)性等多種實(shí)驗(yàn)類型，以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.建立線上實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力，降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)時(shí)空的依賴［5］。AI技術(shù)的快速發(fā)展為建立油層物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。建立仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不僅能解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量緊張等問(wèn)題，還能使學(xué)生深入學(xué)習(xí)耗時(shí)長(zhǎng)、危險(xiǎn)性高的實(shí)驗(yàn)。目前，已開(kāi)展了高壓壓汞、滲透率敏感性、兩相相對(duì)滲透率、高溫高壓接觸角等仿真實(shí)驗(yàn)的建設(shè)。

3.豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件保障。挖掘校內(nèi)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室資源，充分利用中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、氣體能源開(kāi)發(fā)與利用教育部工程研究中心實(shí)驗(yàn)室等的實(shí)驗(yàn)資源，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)觀摩與實(shí)操的機(jī)會(huì)。

產(chǎn)學(xué)合作是提高人才質(zhì)量、提升學(xué)生創(chuàng)新能力的重要舉措［6］。充分利用社會(huì)實(shí)驗(yàn)資源，依托教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“油氣藏實(shí)驗(yàn)與檢測(cè)創(chuàng)新實(shí)踐基地”建設(shè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐基地，為學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)相關(guān)的社會(huì)實(shí)踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目提供平臺(tái)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)編寫(xiě)了面向多專業(yè)的“油氣藏開(kāi)發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)”講義，全面、系統(tǒng)地整合線上、線下實(shí)驗(yàn)所需的指導(dǎo)資料，為學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)提供翔實(shí)的參考資料。

（四）教學(xué)方法優(yōu)化

在教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的基礎(chǔ)上，為確保課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，對(duì)原有教學(xué)方法進(jìn)行改革，使之適應(yīng)新的教學(xué)體系是十分必要的［7］。在本次教學(xué)方法改革中，主要圍繞增加答疑時(shí)間、加強(qiáng)過(guò)程考核、增加學(xué)術(shù)研討三個(gè)方面進(jìn)行。

1.增加答疑時(shí)間。與石油工程專業(yè)學(xué)生相比，非石油工程專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)“油層物理”課程時(shí)面臨更多困難，對(duì)課堂內(nèi)容有更多疑問(wèn)。本次教學(xué)改革將在每周固定時(shí)間安排教師答疑，增加答疑時(shí)間，拓展微信群、雨課堂等線上答疑渠道，充實(shí)課程助教等答疑力量，充分解答學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的疑問(wèn)。

2.加強(qiáng)過(guò)程考核。本次教學(xué)改革將加大課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)和階段測(cè)試的考核占比。通過(guò)強(qiáng)化課堂交流、量化課堂表現(xiàn)成績(jī)，提升課堂教學(xué)實(shí)效。通過(guò)增加平時(shí)作業(yè)的次數(shù)和考核占比，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。增加儲(chǔ)層流體、儲(chǔ)層巖石、多相滲流三大知識(shí)模塊的階段測(cè)試，使學(xué)生更加注重平時(shí)復(fù)習(xí)。

3.增加學(xué)術(shù)研討。在本次教學(xué)改革中，將增加學(xué)術(shù)研討課，學(xué)生以小組為單位，調(diào)研油層物理最新研究成果和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，并在課堂上匯報(bào)展示，設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)互動(dòng)提問(wèn)，提高研討課的質(zhì)量，使學(xué)生在研討課中學(xué)習(xí)油層物理的最新研究成果和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

（五）初步實(shí)踐效果

通過(guò)“油層物理”課程教學(xué)改革，在保持歷年考試難度較為一致、歷年考試試題重復(fù)率不高于10%的前提下，非石油工程專業(yè)學(xué)生的平均成績(jī)由改革前的約75分提高至80分左右，達(dá)成度逐年提高?？傮w上，課程教學(xué)改革顯著提高了非石油工程專業(yè)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握程度，有效改善了教學(xué)效果。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)調(diào)研和分析課程教學(xué)改革需求，針對(duì)知識(shí)體系、實(shí)驗(yàn)設(shè)置、教學(xué)方法等三方面提出了一系列的課程改革措施。在知識(shí)體系方面，凝練了傳統(tǒng)的三大知識(shí)模塊，增加了知識(shí)銜接模塊，編寫(xiě)了針對(duì)不同專業(yè)背景學(xué)生的配套輔導(dǎo)材料；在教學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，精選線下操作實(shí)驗(yàn)，建立了線上仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，豐富了實(shí)驗(yàn)條件保障，為非石油工程專業(yè)學(xué)生提供了充分的實(shí)驗(yàn)資源；在教學(xué)方法方面，通過(guò)增加答疑時(shí)間、加強(qiáng)過(guò)程考核、增加學(xué)術(shù)研討，保證課程教學(xué)效果。本次教學(xué)改革提高了非石油工程專業(yè)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握程度，有效改善了教學(xué)效果，為面向不同專業(yè)背景學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)提供了參考。

參考文獻(xiàn)

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Teaching Reform of Petrophysics for Non-petroleum Engineering Majors

LIU Guang-fenga， b， SHI Hong-guangb， YANG Sheng-laia， b， NING Zheng-fua， b， YU Hai-yanga， b

（a. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting， b. College of Petroleum Engineering， China University of Petroleum-Beijing， Beijing 102249， China）

Abstract： With the rapid progress of interdisciplinary and technical integration in the field of oil and gas field development， non-petroleum engineering majors， such as applied chemistry and resource exploration engineering， have a significant increase in the demand for Petrophysics. The original course teaching system for students with the foundation of advanced courses has been challenged. On the basis of investigation and analysis of the demands of curriculum teaching reform， a series of reform measures have been formed. In terms of knowledge system， knowledge connection modules have been added， and supporting guidance materials have been compiled. In terms of experimental teaching， the offline operation experiments are selected， and the online simulation experimental platform is established. In terms of teaching methods， the time for answering questions has been increased， the process examination has been strengthened， and academic discussion has been increased. The practice shows that it can improve students mastery of Petrophysics， and improve the course teaching effect. The exploration and practice of the reform can provide reference for the professional basic course teaching of students with different professional backgrounds.

Key words： Petrophysics; reform; demands; measures; practice