劉子龍,楊東杰,陳君青,韋世明,王玲謙
(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)理學(xué)院,油氣光學(xué)與探測(cè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249;2.油氣資源與工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)石油大學(xué)(北京),北京 1002249)
石油精神作為共產(chǎn)黨人的第一批精神譜系之一,得到了習(xí)近平總書(shū)記的高度重視,他在回信中強(qiáng)調(diào)了石油精神的重要性,并在勝利油田調(diào)研時(shí)提出要端好能源飯碗。石油精神是在石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中形成的一種價(jià)值觀和精神品質(zhì),體現(xiàn)了石油產(chǎn)業(yè)工作者在面對(duì)艱苦環(huán)境和重大挑戰(zhàn)時(shí)所展現(xiàn)出的堅(jiān)韌、團(tuán)結(jié)、創(chuàng)新和安全意識(shí)。這種精神與科學(xué)家精神有著共通之處,都強(qiáng)調(diào)追求真理、勇于創(chuàng)新和嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的精神品質(zhì)。因此,對(duì)于石油精神的培養(yǎng)和傳承具有重要意義[1]。
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程作為一門公共基礎(chǔ)課程,是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神的重要途徑[2]。然而,在當(dāng)前的教學(xué)體系中,物理實(shí)驗(yàn)課程缺乏針對(duì)性和實(shí)用性[3],難以滿足各行各業(yè)快速發(fā)展的需求。因此,將石油精神融入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中,對(duì)于提高課程質(zhì)量和培養(yǎng)高素質(zhì)人才具有重要意義,為我國(guó)石油產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的活力。
部分大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)過(guò)于理論化,涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用相差較遠(yuǎn)[4,5],僅是對(duì)理論知識(shí)的簡(jiǎn)單演示,無(wú)法給學(xué)生提供實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下的物理實(shí)驗(yàn)。此外,一些大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過(guò)于繁瑣,實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)不明確,學(xué)生難以把握實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用中的核心問(wèn)題,無(wú)法真正理解物理知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用。
盡管物理實(shí)驗(yàn)課程強(qiáng)調(diào)實(shí)踐操作,但是很多大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材已經(jīng)陳舊、過(guò)時(shí)[6],同時(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境無(wú)法真實(shí)地反映實(shí)際工作場(chǎng)景,實(shí)驗(yàn)流程和操作過(guò)于簡(jiǎn)單,導(dǎo)致缺乏實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的訓(xùn)練。此外,部分同學(xué)的課程安排過(guò)于緊張,簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作流程,這使得學(xué)生無(wú)法掌握實(shí)際應(yīng)用中的復(fù)雜操作技能和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),從而難以應(yīng)對(duì)實(shí)際工作中的挑戰(zhàn)。
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏新意,不能很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程也存在教學(xué)方法比較單一的問(wèn)題,只采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作和理論講解,更加偏重于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)和實(shí)驗(yàn)成果的呈現(xiàn),無(wú)法引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)研究,從而限制了學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)缺乏團(tuán)隊(duì)合作元素,學(xué)生的實(shí)驗(yàn)任務(wù)基本上都是獨(dú)立完成的,缺乏與同學(xué)之間的合作交流,不能充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì),培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。這種設(shè)計(jì)方式使學(xué)生無(wú)法領(lǐng)會(huì)和體驗(yàn)團(tuán)隊(duì)合作的重要性和價(jià)值,無(wú)法真正融入到團(tuán)隊(duì)中,難以培養(yǎng)學(xué)生之間團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和溝通能力,對(duì)于未來(lái)職業(yè)發(fā)展產(chǎn)生不利影響。
隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展,傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨著新的挑戰(zhàn)和局限性。特別是在疫情時(shí)期,為了控制疫情傳播,學(xué)校不得不采取臨時(shí)性地關(guān)閉實(shí)驗(yàn)室的措施,這給傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了巨大的沖擊。實(shí)驗(yàn)課程的暫停使學(xué)生無(wú)法親自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,限制了他們的實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)。然而,隨著科技的進(jìn)步和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,也為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程帶來(lái)了新的可能性。
針對(duì)這些局限性,我們將石油精神融入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中,通過(guò)團(tuán)結(jié)協(xié)作、創(chuàng)新?lián)?dāng)和求真務(wù)實(shí)等核心理念,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)家精神,提高課程的針對(duì)性和實(shí)用性,為學(xué)生的未來(lái)職業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
石油精神的背景起源可以追溯到20世紀(jì)50年代。在我國(guó)石油事業(yè)的初期,中國(guó)面臨能源短缺、科技落后以及國(guó)際政治壓力等諸多困難。為了擺脫對(duì)國(guó)外石油依賴,促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè),中國(guó)共產(chǎn)黨和人民政府大力支持石油事業(yè)的發(fā)展。廣大石油工人沖鋒在前,勇攀科技高峰,發(fā)揚(yáng)“一不怕苦,二不怕死”的精神,付出了艱苦努力,取得了一系列重要的石油勘探和開(kāi)發(fā)成果。
石油精神的形成與發(fā)展,離不開(kāi)勝利油田、大慶油田等一系列重要石油產(chǎn)區(qū)的開(kāi)發(fā)歷程。特別是在60年代,大慶油田的發(fā)現(xiàn)與開(kāi)發(fā),進(jìn)一步推動(dòng)了石油精神的形成。當(dāng)時(shí)的石油工人在嚴(yán)酷的自然環(huán)境和艱苦的生產(chǎn)條件下,發(fā)揚(yáng)鋼鐵般的意志和頑強(qiáng)拼搏的精神,取得了世界矚目的開(kāi)發(fā)成果,為國(guó)家的能源安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。在這一過(guò)程中,石油工人們展現(xiàn)出了敢于攻堅(jiān)克難、艱苦奮斗的精神風(fēng)貌,他們追求科技創(chuàng)新,努力提高自身技能,共同克服了一個(gè)又一個(gè)難題。石油精神逐漸成為中國(guó)石油產(chǎn)業(yè)的社會(huì)主義核心價(jià)值觀,激勵(lì)著一代又一代石油工人為國(guó)家能源事業(yè)奮發(fā)向前。
時(shí)至今日,石油精神已經(jīng)成為中國(guó)石油產(chǎn)業(yè)的驕傲,得到了黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的高度重視。習(xí)近平總書(shū)記在多個(gè)場(chǎng)合強(qiáng)調(diào)石油精神的重要性[7],并在勝利油田調(diào)研時(shí)提出要端好能源飯碗,推動(dòng)石油事業(yè)發(fā)展。石油精神不僅是石油產(chǎn)業(yè)的精神標(biāo)志,也成為了中國(guó)人民在面對(duì)困難和挑戰(zhàn)時(shí)所展現(xiàn)出的勇敢、拼搏、團(tuán)結(jié)和創(chuàng)新的精神風(fēng)貌。
石油精神是指在石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中,人們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)國(guó)家能源戰(zhàn)略目標(biāo),克服重重困難,不斷探索創(chuàng)新,形成的一種精神風(fēng)貌[8]。他的社會(huì)主義核心價(jià)值觀主要包括以下幾個(gè)方面:
表1 社會(huì)主義核心價(jià)值觀的內(nèi)容和意義
中國(guó)石油大學(xué)(北京)將石油精神融入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中,具有三方面的重要意義:
(1)提升教學(xué)質(zhì)量:將石油精神融入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程,可以提高課程的針對(duì)性和實(shí)用性,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和創(chuàng)新意識(shí),從而提升整體教學(xué)質(zhì)量。石油精神所強(qiáng)調(diào)的勇于創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、求真務(wù)實(shí)等核心理念,可以幫助學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中發(fā)掘問(wèn)題并解決問(wèn)題,提高其創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。
(2)為石油產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)人才:石油產(chǎn)業(yè)是國(guó)家經(jīng)濟(jì)和安全的重要支柱,物理是石油技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。將石油精神融入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程,可以為石油產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)具備實(shí)際操作能力和創(chuàng)新精神的人才,培養(yǎng)學(xué)生的追求真理、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)家精神。通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)際操作和創(chuàng)新實(shí)踐,學(xué)生還可以更好地理解和應(yīng)用石油產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù),從而為其未來(lái)的職業(yè)發(fā)展做好準(zhǔn)備。
(3)傳承石油精神:將石油精神融入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程,可以加深學(xué)生對(duì)石油精神的理解和認(rèn)同,使其在學(xué)習(xí)和實(shí)踐中傳承和發(fā)揚(yáng)石油精神。通過(guò)石油精神的傳承,學(xué)生可以更好地理解和秉承中國(guó)石油工業(yè)所倡導(dǎo)的價(jià)值觀和精神品質(zhì),為國(guó)家能源事業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。
結(jié)合石油產(chǎn)業(yè)的實(shí)際需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì),找出與物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題和工作場(chǎng)景,將石油產(chǎn)業(yè)的典型工作場(chǎng)景和實(shí)際問(wèn)題融入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中,設(shè)計(jì)與石油產(chǎn)業(yè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如,在石油勘探領(lǐng)域可以設(shè)計(jì)與地震探測(cè)、地?zé)峥碧降认嚓P(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;在石油開(kāi)采領(lǐng)域可以設(shè)計(jì)與石油鉆井、石油采收等相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用和操作技能的訓(xùn)練,使實(shí)驗(yàn)課程更具針對(duì)性和實(shí)用性。
學(xué)校在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景,通過(guò)改善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境,提高實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際性,如投入更多資金購(gòu)置新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材,以便學(xué)生能夠接觸和學(xué)習(xí)使用最新的儀器和設(shè)備,掌握實(shí)際操作技能。在課程中增加實(shí)踐環(huán)節(jié),組織學(xué)生外出實(shí)踐和考察活動(dòng),例如石油生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、油田或者煉油廠等地考察,讓學(xué)生親身感受石油產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和問(wèn)題,了解石油精神的重要性和實(shí)際應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生的追求真理、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)家精神。同時(shí)安排一些實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn),例如對(duì)于測(cè)量原油黏度的實(shí)驗(yàn),可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地取樣和實(shí)驗(yàn)操作,讓學(xué)生感受到實(shí)際操作中的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性,培養(yǎng)其實(shí)際操作能力。此外,還要鼓勵(lì)學(xué)生大膽創(chuàng)新[9],組織學(xué)生分成小組,自主探索新的測(cè)量方法,實(shí)現(xiàn)知識(shí)的共享和創(chuàng)新的思維碰撞,讓學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)和才能,從而培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新意識(shí)。
定期舉辦石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的物理知識(shí)的專題講座,①邀請(qǐng)石油行業(yè)工作多年的研究員、在物理領(lǐng)域有重要貢獻(xiàn)的學(xué)者或教學(xué)領(lǐng)域有豐富經(jīng)驗(yàn)的專家教授來(lái)學(xué)校分享經(jīng)驗(yàn),分享石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的技術(shù)研究和創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn),鼓勵(lì)學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮探索和創(chuàng)新精神,幫助學(xué)生提高科研意識(shí)和創(chuàng)新能力;②制作相關(guān)海報(bào)和宣傳材料。在海報(bào)上展示一些成功人士的故事和成長(zhǎng)歷程,讓學(xué)生了解到創(chuàng)新和勇毅精神的重要性,鼓勵(lì)他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中勇于探索,敢于嘗試;③安排實(shí)踐課程,提供學(xué)生與專家教授交流的機(jī)會(huì)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)課程安排,讓學(xué)生在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中與現(xiàn)場(chǎng)的專家教授交流,并引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題,深入探討石油產(chǎn)業(yè)中大學(xué)物理知識(shí)的應(yīng)用與實(shí)踐,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和科研意識(shí),增加石油精神的認(rèn)同感。
在實(shí)驗(yàn)課程中,教師可引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注石油產(chǎn)業(yè)的前沿領(lǐng)域和熱門話題,鼓勵(lì)學(xué)生參加科技競(jìng)賽和項(xiàng)目實(shí)踐[10]。例如大學(xué)生物理競(jìng)賽、科技創(chuàng)新項(xiàng)目等,這些活動(dòng)不僅可以提高學(xué)生的專業(yè)水平和實(shí)踐能力,還可以增強(qiáng)他們的石油產(chǎn)業(yè)意識(shí)和熱情。教師在課堂中可以設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,以激發(fā)學(xué)生的興趣和熱情,增強(qiáng)他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。以下為參考實(shí)驗(yàn)案例:
(1)用光譜分析技術(shù)分析石油中的組分
該實(shí)驗(yàn)可以將光學(xué)知識(shí)與石油精神相結(jié)合分析石油組分。首先,可以讓學(xué)生了解石油成分的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),然后讓學(xué)生使用光譜分析技術(shù),分析石油中的不同組分。通過(guò)對(duì)光譜的分析和解釋,學(xué)生可以了解到光學(xué)在石油領(lǐng)域的應(yīng)用,同時(shí)也可以培養(yǎng)他們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。
圖1 XRF儀器分析油品組分
(2)利用顯微鏡研究石油形態(tài)結(jié)構(gòu)
該實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)使用光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡觀察石油樣品的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和成分等特征。首先,可以讓學(xué)生了解石油的基本特征和成因,然后讓學(xué)生使用顯微鏡觀察石油混合物的微觀結(jié)構(gòu)和形態(tài),分析其成分和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)顯微鏡圖像的觀察和分析,學(xué)生可以了解到顯微鏡在石油結(jié)構(gòu)形態(tài)研究中的應(yīng)用,同時(shí)也可以培養(yǎng)他們的科學(xué)研究和探索精神。
圖2 光學(xué)顯微鏡分析石油形態(tài)結(jié)構(gòu)
(3)原油黏度的測(cè)量
原油黏度是指原油在一定溫度下的流動(dòng)性能,是評(píng)估原油品質(zhì)的重要參數(shù)之一。不同類型的原油黏度各異,可以作為區(qū)分原油種類和判斷油藏性質(zhì)的依據(jù)之一。測(cè)量原油黏度是石油行業(yè)生產(chǎn)和科研中的重要內(nèi)容,有助于優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。實(shí)驗(yàn)步驟如下:
a.準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備:將黏度計(jì)安裝在恒溫水浴中,保持恒溫水浴的溫度穩(wěn)定,毛細(xì)管要用酒精清洗干凈。
b.取一定量的原油樣品(例如10毫升),精確稱重并記錄質(zhì)量。
c.將原油樣品注入黏度計(jì)的注油池中,要保證注入過(guò)程中不進(jìn)入空氣泡。
d.打開(kāi)毛細(xì)管夾子,使毛細(xì)管連接到黏度計(jì)中,以防空氣泡進(jìn)入毛細(xì)管。
e.用毛細(xì)管測(cè)量黏度計(jì)管內(nèi)的恒溫水浴溫度,確保恒溫水浴溫度穩(wěn)定。
f.通過(guò)毛細(xì)管讓原油樣品逐漸從注油池流入黏度計(jì)內(nèi),確保原油樣品在恒溫水浴內(nèi)溫度穩(wěn)定,記錄流動(dòng)時(shí)間。
以上實(shí)驗(yàn)都可以將光學(xué)、電子學(xué)與石油精神相結(jié)合,有助于學(xué)生深入了解石油工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用和科學(xué)探索,同時(shí)也可以培養(yǎng)他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。
隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái),傳統(tǒng)的線下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)已難以應(yīng)對(duì)各種各樣的場(chǎng)景需求,而線上實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展可以跨越地理與時(shí)間的限制,隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的模擬與學(xué)習(xí)。因此有必要引進(jìn)一些在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如Mlabs、科大銳奧物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心等軟件,通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)開(kāi)展一些石油精神在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的實(shí)驗(yàn),如密立根油滴實(shí)驗(yàn),表界面張力測(cè)定實(shí)驗(yàn),驅(qū)油模擬實(shí)驗(yàn)等,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技巧,通過(guò)學(xué)習(xí)各實(shí)驗(yàn)的背景及應(yīng)用,體會(huì)其背后代表的石油精神內(nèi)涵。
圖3 Mlabs物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心
中國(guó)石油大學(xué)(北京)作為一所石油特色鮮明的院校,根據(jù)自身特點(diǎn)和資源不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程,探討了目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程存在的局限性,提出了將石油精神融入其中的重要性,提出了一系列具體的方法和策略,包括豐富實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)、開(kāi)展石油產(chǎn)業(yè)相關(guān)講座、模擬線上線下實(shí)驗(yàn)等,這些方法和策略將有效地傳承石油精神,助力于培養(yǎng)具有實(shí)際操作能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才,為“新工科”背景下的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有益的借鑒。