留學生“采氣工程”教學設計與實踐

摘 要：隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展和國際化進程的加速，各國之間的人才交流與合作日益頻繁。留學生培養(yǎng)作為國際教育合作的重要組成部分，其在專業(yè)知識和技能方面的教學工作至關(guān)重要。本文針對留學生“采氣工程”課程的教學設計與實踐進行了探討，旨在制定適宜的教學目標和內(nèi)容，采用多元化的教學模式與評估反饋方法，優(yōu)化課程教學的考核方式，提出并運用創(chuàng)新的教學方法和實踐活動，最終在持續(xù)改進的過程中提高留學生的專業(yè)能力和國際競爭力。

關(guān)鍵詞：留學生；教學設計；英文授課；采氣工程

隨著中國改革開放政策的深入和教育水平的不斷提升，中國的高等教育領(lǐng)域吸引到越來越多的國外青年至國內(nèi)攻讀學位。為順應這一趨勢，2018年教育部印發(fā)《來華留學生高等教育質(zhì)量規(guī)范（試行）》，要求各高校制定本地本校層面的配套規(guī)范，完善來華留學質(zhì)量保障體系，改進來華留學教育工作，提高教育質(zhì)量和管理服務水平。常州大學石油與天然氣工程學院自2016年開始招收石油工程專業(yè)的本科留學生，通過8年的教學實踐，積累了豐富的教學經(jīng)驗，為教育領(lǐng)域的對外合作交流做出了貢獻。

隨著常規(guī)的煤和石油資源的日益枯竭和環(huán)境污染問題的日益嚴重，天然氣作為一種潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)資源，已日益受到重視。采氣工程作為石油工程的一個重要分支，其涉及地質(zhì)勘探、生產(chǎn)開發(fā)和輸送儲存等各復雜環(huán)節(jié)，要求從業(yè)者須具備一定的專業(yè)知識和技能［13］。因此，在高等教育期間，如何設計出有針對性的、合理有效的采氣工程教學方案，切實培養(yǎng)出學生的專業(yè)能力和競爭力，已成為當前課程教學的關(guān)鍵問題。

近年來，隨著國內(nèi)外油氣資源的開采，與天然氣相關(guān)的頁巖氣、煤層氣、致密氣和天然氣水合物已成為油氣資源開發(fā)的熱點和重點。為此，石油工程專業(yè)在原有“采油工程”課程的基礎(chǔ)上，專門分拆增設“采氣工程”課程，教授學生采氣工程相關(guān)的專業(yè)知識，以適應新時代的工程需求，本科留學生也同步設立“采氣工程”課程。然而，外國留學生普遍存在基礎(chǔ)知識弱的特點，且本科留學生課程課時長度稍短，因而教學內(nèi)容不能完全照搬中文課程，需要根據(jù)實際情況開展教學研究，制訂適用的教學設計和方案。為此，“采氣工程”教學團隊開展教學對象分析、教學目標確定和教學內(nèi)容的優(yōu)選，努力探索與實施新型的教學策略，形成了有效的教學評價與考核方式，最終順利完成了留學生課程的改革與實踐，為該課程的持續(xù)改進與其他類似課程的建設積累了豐富的經(jīng)驗。

1 課程特征與教學設計

1.1 課程特點

“采氣工程”課程為石油工程專業(yè)本科留學生必修課，于大三下學期開設，以英文形式授課，總課時為24學時，內(nèi)容大致包括天然氣的主要物理和化學性質(zhì)，天然氣在井筒中的流動規(guī)律，天然氣井合理產(chǎn)量的確定和生產(chǎn)方案的制訂，以及非常規(guī)油氣藏的開采。本課程原為“采油工程”課程的一部分，后為適應新時期的需要，特從“采油工程”課程中獨立出來。該課程整體上有一定的難度，既包括含有理論知識的學習，又涉及工程方案設計，課堂尤其需要學生具備工程流體力學基礎(chǔ)知識。

1.2 教學對象分析

本課程面向留學生，他們來自不同國家和地區(qū)，具有多元的文化背景。教師需要了解他們的文化習俗、價值觀和思維方式，以便在教學中避免出現(xiàn)文化敏感性問題。此外，留學生可能對授課語言有不同程度的掌握，教師還需要評估他們的語言能力，以便調(diào)整教學內(nèi)容和方法，確保留學生能夠理解和參與課堂活動。另外，根據(jù)留學生所接受的教育體系及其學術(shù)背景，他們的知識水平和學習能力可能有所不同。因此，教師應評估留學生的學習基礎(chǔ)，以便針對性地設計課程和教學活動。盡管留學生已在國內(nèi)生活學習了一段時間，但他們在新的學習環(huán)境中仍可能面臨文化適應和生活適應的挑戰(zhàn)，教師應關(guān)注他們的心理和情感需求，提供相應的支持，幫助他們更好地融入國內(nèi)的學習與生活環(huán)境。整體上來說，留學生班級規(guī)模相對于國內(nèi)學生班級較小，然而小規(guī)模的課程便于教師與留學生間的直接交流；留學生在課堂上展現(xiàn)出很高的學習積極性，較好的課堂氣氛在一定程度上彌補了留學生因基礎(chǔ)知識欠缺所形成的短板；留學生善于向老師提出問題，能夠及時配合教師的教學活動，教師和留學生的活力均得到有效激發(fā)。

1.3 教學目標確立

一方面，“采氣工程”教學目標的設定是增強學生的專業(yè)素養(yǎng)，通過采氣工程的基礎(chǔ)理論和實踐技能培養(yǎng)，幫助留學生掌握采氣工程的基本概念和理論知識，學習采氣工程的常用方法和技術(shù)，提高其在采氣工程領(lǐng)域的專業(yè)水平和實踐能力。另一方面，促進留學生了解中國國情，加深對中國石油工業(yè)的認識，提升留學生的國際視野。針對教學目標制定出三個具體的課程目標：一是掌握天然氣的性質(zhì)、不同驅(qū)動方式下天然氣向井流動規(guī)律；二是掌握采氣工程的基本原理、工藝技術(shù)以及解決氣藏開采工程實際問題的能力，分析生產(chǎn)過程中的影響因素，能夠針對某一特定研究區(qū)，提出合理的治理對策及配套工藝技術(shù)；三是掌握天然氣開發(fā)和傳輸過程中的安全環(huán)保技術(shù)，掌握疏松砂巖、頁巖氣、煤層氣等特殊氣藏開發(fā)的特點，并能夠站在環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的角度制定合理的開發(fā)方式［46］。三個課程目標分別對應工程教育認證中的三個畢業(yè)要求指標點。

1.4 教學內(nèi)容設定

“采氣工程”課程從天然氣的物理和化學性質(zhì)入手，進而結(jié)合工程流體力學知識，學習天然氣田的開發(fā)特點、氣田的驅(qū)動方式和向井流動特點，能夠根據(jù)礦場資料判斷該氣藏的驅(qū)動方式，并能夠評估天然氣藏的儲量。掌握采氣工程的基本原理及其工藝技術(shù)，解決氣藏開采實際問題的能力，能夠分析天然氣生產(chǎn)過程中的影響因素，針對某一特定研究區(qū)，提出合理的治理對策及配套工藝技術(shù)。掌握天然氣開發(fā)過程中的安全、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展理念，天然氣開發(fā)和傳輸過程中的安全環(huán)保技術(shù)，氣藏開發(fā)的特點，并能夠站在環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的角度制定合理的開發(fā)方式。因此課程內(nèi)容循序漸進，從基礎(chǔ)知識入手，逐步增大知識的廣度和深度，初步使留學生形成采氣工藝原理和設計能力，同時在課程中加入當前頁巖氣和煤層氣等非常規(guī)天然氣資源的熱點知識，最終將留學生培養(yǎng)為基礎(chǔ)知識扎實、實踐能力強和熟悉當前領(lǐng)域熱點的復合型國際人才。

2 教學設計實施方案

2.1 基礎(chǔ)知識的預備

“采氣工程”課程的學習尤其涉及工程流體力學的知識，天然氣不同于常規(guī)的油、水等流體，天然氣的力學性質(zhì)須考慮到流體的強壓縮性，因而其性質(zhì)更為復雜。課程在開始之前即強調(diào)留學生要復習相關(guān)流體力學知識，如氣體的狀態(tài)方程、質(zhì)量守恒、達西定律等各類數(shù)學方程，務必做到物理定律的深刻理解，否則本課程的學習將十分艱難。同時，本課程與滲流力學結(jié)合緊密，其產(chǎn)能的計算和井底壓力分析均涉及單相流和氣液兩相流的流動問題，因此開展本課程之前，務必要求留學生做到對“工程流體力學”和“滲流力學”兩門課程知識點的較好掌握［78］。

2.2 多元化教學模式

2.2.1 課堂理論教學

理論教學是向?qū)W生傳授知識的主要手段，因本課程具有知識點多、內(nèi)容抽象等特點，倘若按照傳統(tǒng)教學方式對各章節(jié)知識點簡單羅列進行按部就班的講解，則很容易使教學過程陷入枯燥乏味的境地，因此，教師在教學過程中面臨較大挑戰(zhàn)。本課程教學團隊設計多種方式開展教學，旨在最大化激發(fā)留學生的學習興趣、提高課堂教學的效率和提升留學生專業(yè)水平。

啟發(fā)式教學。啟發(fā)式教學是以學生為中心的教學理念，設計學生為課程的主體，教師主要起到引導作用，即在確立了課程主題的情況下，讓學生自發(fā)地提出問題、分析問題和解決問題，當然教學方式順利實施的前提是學生的充分預習。如本課程的首章內(nèi)容比較適合用該種教學方法，該章內(nèi)容主要講授采氣工程的概況，涉及天然氣在能源建設中的重要性、當前和未來的天然氣供需特點和趨勢，以及非常規(guī)油氣資源介紹。本章內(nèi)容無須教師做知識點的一一介紹，學生處在知識爆炸的信息時代，必然已經(jīng)對天然氣能源有了一定程度的了解，因此，教師只需要針對三個知識點提出問題和做出適當引導，啟發(fā)學生開展課堂討論，最終實現(xiàn)將學生現(xiàn)有的零散知識認識提升到較高的系統(tǒng)認知水平。

互動式教學。因班級留學生人數(shù)較少，尤其便于開展互動式教學。采氣工程中的質(zhì)量守恒方程章節(jié)內(nèi)容是本課程的重點和難點。根據(jù)本部分教學內(nèi)容特點將留學生分為三個小組，引導留學生討論地下氣體產(chǎn)出的機制，分析氣體的物理性質(zhì)和巖石的多孔介質(zhì)特點，逐漸總結(jié)出氣體的排出動力大致有三個來源：氣體自身的膨脹、地層巖石骨架的膨脹和外部水源的驅(qū)動。由此每個小組選擇一種機制進行深入的討論，引導留學生逐步推導出三種驅(qū)動機制對應的控制方程。教師通過積極引導形成熱烈的課堂氣氛，增強留學生的參與度，加深對本部分知識點的理解和掌握。

多媒體輔助教學：課程每章節(jié)內(nèi)容各有特點，應針對其特點設計適宜的教學方式。對于凝析氣藏的CVD實驗教學，因真實的實驗難度較大，課程沒有安排實際的實驗教學，因此本教學團隊探索使用數(shù)值模擬軟件對實驗過程進行數(shù)值分析，再將模擬過程導出為動畫，使用動畫演示物理現(xiàn)象，讓留學生體驗該實驗過程，加深對物理原理的認識。

2.2.2 仿真實驗教學

常州大學建設有“石油鉆采與儲運工程國家級虛擬仿真實驗教學中心”，可開展采油采氣工程相關(guān)仿真實驗教學。仿真教學軟件和模擬設備將井下和生產(chǎn)設備內(nèi)不可視的場景展現(xiàn)為安全可視的三維虛擬場景，教學中心利用VR技術(shù)在計算機上模擬天然氣開采、儲運、事故處理等活動，生成身臨其境般的交互式視景仿真和信息交流場景。通過運轉(zhuǎn)仿真教學設備與軟件，可讓留學生真切地了解采氣工程的實際運行模式和技術(shù)應用，提高其實踐能力和專業(yè)水平。

2.2.3 學生展示

學期最后一堂課設定為學生展示。在本學期的第一堂課即與留學生溝通最后一節(jié)課的設計，布置每人制作一份多媒體文檔，選擇采氣工程相關(guān)案例或者任意相關(guān)工程問題，制作10頁左右幻燈片，每名留學生做5分鐘左右的課堂展示，教師和同學做出點評，引導留學生進行案例分析和工程應用分析。通過課堂的學生展示，一方面培養(yǎng)了留學生面對同學和老師的自信心和表達能力，利用反饋和討論環(huán)節(jié)促使學生反思自己的學習過程和成果；另一方面，通過讓留學生獨立思考如何有效展示信息，提升他們的分析和批判性思維能力，以及思考和解決工程實際問題的能力。

2.3 優(yōu)化教學考核方式

課程采用多元化的考核方式。運用考試、作業(yè)、互動活動、口頭匯報等多種考核方式，全面評估留學生的知識掌握程度、實踐能力和思維能力。多元化的考核可以減少單一評估方式帶來的偏差，常規(guī)的期末成績計算方式為30%平時表現(xiàn)成績+70%期末考試成績，因此期末考試成績占有絕對比重，根據(jù)新的教學設計特點，特對教學考核方式做出相應改變，即將總成績中平時表現(xiàn)部分的比重提升到50%，設定平時表現(xiàn)成績和期末試卷成績各占一半；相對重點地考查留學生的課堂表現(xiàn)，強調(diào)對教學全過程的考核，在教學過程中實施不間斷的多次評價，做到及時發(fā)現(xiàn)留學生的不足之處，通過加強全過程的督促來確保教學目標的實現(xiàn)。

此外，建立有效的反饋機制，確保留學生在考核后能夠迅速得到反饋，以便及時調(diào)整學習策略。教師提供詳細的評估意見，幫助留學生明確改進方向。同時，鼓勵留學生進行自我評估和相互評價，通過同伴反饋，他們可以從中獲得不同的視角和建議。

整個考核過程中做到評價標準透明化，明確考核的標準和要求，向留學生清晰說明如何評分，增強考核的公正性和透明度。通過提供詳細的評分細則，留學生了解各部分的權(quán)重和評估重點，以便有針對性地學習。教學評估重點應更為關(guān)注留學生的思維能力、對知識點的理解，以及分析與應用的高階思維能力。

3 教學實施成效與不足

在教學的設計與實踐過程中，取得了較好的效果，但同時也發(fā)現(xiàn)了不足之處。如在課堂分組討論環(huán)節(jié)，少部分留學生未能充分參與團隊的協(xié)作過程，因此教學過程未充分考慮到留學生的個體差異，導致部分留學生的學習需求未得到滿足。此外，因本課程理論性較強，講義中包括大量的微積分形式的公式，部分留學生到后期并未能跟上節(jié)奏，知識點理解起來比較吃力。后續(xù)將持續(xù)性改進，創(chuàng)造更多的課堂參與機會，鼓勵留學生充分表達意見和觀點，提升留學生的參與度。同時，向留學生提供優(yōu)質(zhì)的在線資源和平臺，為他們提供額外的學習材料和機會，及時夯實理論知識的短板。

結(jié)語

留學生“采氣工程”課程通過教學對象的分析和教學目標的設定，確定了適宜的教學內(nèi)容，進而設計出詳細的教學方案，采用多元化的教學方式提升教學效果，優(yōu)化教學考核方式，提升平時成績比重，強調(diào)留學生對知識點的理解，以及邏輯思維和工程應用能力的形成。課程教學過程中，教師始終扮演引導者和支持者的角色，引導留學生進行探究和思考，而不是單純地傳授知識，教學全過程踐行“以學生為中心”的教育理念，提升留學生的學習興趣、參與度和自主性，營造開放和包容的課堂氛圍，鼓勵他們表達自己的觀點，尊重他們的意見與選擇。本課程的教學設計與實踐也為其他類似課程的建設積累了豐富的經(jīng)驗。

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作者簡介：曹文科（1984— ），男，漢族，山東鄆城人，博士研究生，副教授，研究方向：石油工程巖石力學。