油層物理教學(xué)改革措施
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[摘要]基于“油層物理”課程基本概念多、公式雜，傳統(tǒng)教學(xué)中存在課程綜合性強(qiáng)、教學(xué)手段欠缺、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絾我坏葐栴}，采用問卷調(diào)查和概率統(tǒng)計(jì)研究方法，提出了構(gòu)建模塊化教學(xué)、加強(qiáng)新型師資隊(duì)伍建設(shè)、完善礦場實(shí)物教學(xué)、輔以探究性實(shí)驗(yàn)、開辟“第二課堂”教學(xué)新方式等措施。為今后同類專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)改革提供了一種新思路。
[關(guān)鍵詞]油層物理；教學(xué)現(xiàn)狀；教學(xué)手段；改革措施
一、引言
當(dāng)前我國強(qiáng)勁的工業(yè)增長和不斷提升的國內(nèi)生活水平加大了國內(nèi)對能源的需求，而在這些能源中，石油扮演著不可或缺的重要角色。對于即將從事石油勘探開發(fā)工作的大學(xué)生來說，必須通曉和掌握油氣田開發(fā)所必備的基本知識，才能為我國石油工業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量[1]。油層物理作為石油工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課，是學(xué)好后續(xù)專業(yè)課程，如采油工程、油藏工程、油藏?cái)?shù)值模擬等課程的重要保證。
二、油層物理教學(xué)中存在的問題及分析
由于油層物理課程具有基本概念多、研究機(jī)理多、公式繁瑣復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)覆蓋面廣等特點(diǎn)，在課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生易于產(chǎn)生畏難心理。隨著當(dāng)前教學(xué)課時(shí)的不斷縮減，礦場技術(shù)日益推陳出新，后續(xù)專業(yè)課及考研提出新要求等情況的出現(xiàn)，油層物理課程逐漸變得學(xué)生難學(xué)、教師難教，極大地影響了石油勘探開發(fā)人才的培養(yǎng)效果。筆者以2015年6月份的油層物理問卷調(diào)查為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用概率統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（概率為該選項(xiàng)人數(shù)占總?cè)藬?shù)的百分比）。針對油層物理教學(xué)改革進(jìn)行一些探討。本次油層物理課程調(diào)查問卷以西南石油大學(xué)和哈爾濱石油學(xué)院2011~2013級石油工程專業(yè)的本科生為調(diào)查對象。以發(fā)放問卷的方式認(rèn)真組織學(xué)生填寫，輔導(dǎo)員全程參與，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。共發(fā)放問卷520份，回收問卷510份，有效問卷498份，問卷有效率為97.6%。被試中有男生397人，占79.7%；女生101人，占20.3%。調(diào)查主要內(nèi)容包括課程體系、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)三個(gè)方面。
（一）課程體系綜合性強(qiáng)
1.學(xué)科交叉率高
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，學(xué)習(xí)這門課程除了應(yīng)具備數(shù)、理、化的知識外，普通地質(zhì)學(xué)、物理化學(xué)、巖石力學(xué)等都是應(yīng)具備的基礎(chǔ)知識，只要有一部分課程學(xué)得不好，就很容易造成某一章節(jié)的學(xué)習(xí)困難。在關(guān)于“哪些課程可以為油層物理做良好鋪墊”的調(diào)查中，學(xué)生對于普通地質(zhì)學(xué)的需求度為71%，物理化學(xué)為40%，巖石力學(xué)為39%，大學(xué)物理為36%。
2.研究對象不可見
油層是一個(gè)深埋在地下幾百米甚至幾千米的地質(zhì)實(shí)體，是人們在各種間接的測試資料中所定義出的概念模型，教學(xué)中最大的困難就是無法直接觀察和描述油層。學(xué)生對于油層不僅缺少客觀體驗(yàn)，而且難以用直觀語言去描述。因此，對學(xué)生的基礎(chǔ)知識和想象力都提出了較高要求。
3.實(shí)用知識少，理論性較強(qiáng)
關(guān)于油層物理課程特點(diǎn)，65%的學(xué)生認(rèn)為，該課程理論性強(qiáng)，公式繁瑣復(fù)雜，且數(shù)據(jù)計(jì)算易于出錯(cuò)。這說明油層物理課程要求學(xué)生應(yīng)具備較強(qiáng)的數(shù)學(xué)功底，同時(shí)也要有良好的專業(yè)素養(yǎng)，以及抽象問題具體化的能力。究其原因，由于每一章節(jié)均有其相應(yīng)的公式及推導(dǎo)過程，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中思維不斷地在數(shù)學(xué)公式和油層模擬形態(tài)之間轉(zhuǎn)換，在宏觀現(xiàn)象和微觀理論之間來回徘徊，這些環(huán)節(jié)均會導(dǎo)致學(xué)生思維邏輯混亂。很多時(shí)候?qū)W生只是被動地將計(jì)算公式死記硬背，不能做到具體情況具體分析，最終造成實(shí)際教學(xué)效果不佳。同時(shí)，由于油層物理綜合性強(qiáng)，不僅要求教師要有良好的數(shù)學(xué)功底，而且要具備過硬的油氣藏專業(yè)基礎(chǔ)。也就是既要把數(shù)學(xué)知識講明白，又要有一定的礦場工作經(jīng)驗(yàn)，這對任課教師也是很大的挑戰(zhàn)。
（二）教學(xué)手段不完善
教學(xué)手段是大學(xué)教育過程中，為達(dá)到教學(xué)目的而組織和使用教學(xué)技術(shù)、教學(xué)用具、教學(xué)輔助材料以促使學(xué)生按預(yù)定要求進(jìn)行學(xué)習(xí)的方法[2]。教學(xué)手段的選用值得每一位教師進(jìn)行梳理和反思。關(guān)于教學(xué)手段的調(diào)查，最突出的是多媒體教學(xué)。學(xué)生認(rèn)為課堂上多媒體課件呈現(xiàn)速度過快，導(dǎo)致無法記筆記（占59%）。其次，學(xué)生認(rèn)為師生互動性不強(qiáng)，缺乏交流（占36%）。還有部分學(xué)生認(rèn)為多媒體內(nèi)容單一（占32%），課件與教材的差別大（占36%）。
（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)亟待加強(qiáng)
1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系不健全
如今，油層物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)不論從形式上還是從內(nèi)容上都受到理論教學(xué)的限制，課程建設(shè)目標(biāo)及要求不太明確，不太細(xì)致。油層物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)之間的關(guān)系應(yīng)是，既保持一定的相關(guān)性又要有一定的獨(dú)立性。當(dāng)前，油層物理教學(xué)內(nèi)容僅簡單地依附于理論教學(xué)的基礎(chǔ)之上，形式上聯(lián)系緊密，內(nèi)容上的聯(lián)系卻沒有真正建立，無法表現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身該有的連貫性和系統(tǒng)性。
2.實(shí)驗(yàn)重視程度不夠
首先，實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)安排并沒有納入到正常的課程安排當(dāng)中，很多時(shí)候?qū)W生理論課的進(jìn)度很大程度上快于實(shí)驗(yàn)課的進(jìn)度，兩者進(jìn)程并不一致。當(dāng)實(shí)驗(yàn)課與理論課發(fā)生沖突時(shí)，學(xué)生與教師均傾向于理論課教學(xué)，使得原本“先天不足”的實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)更加得不到應(yīng)有的保證[4]。另外，由于考核中實(shí)驗(yàn)課占的比重較小，最后的總成績還是以理論課考試的成績?yōu)橹鳎瑢?dǎo)致學(xué)生一直有一種重理論、輕實(shí)驗(yàn)的思想存在。因此在實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度也不夠端正，最終體現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)課程教育的失敗。
3.設(shè)計(jì)性、探究性實(shí)驗(yàn)少
當(dāng)前，石油工程專業(yè)油層物理課程所開出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要有以下七項(xiàng)：巖石比面、巖石孔隙度、巖石絕對滲透率、巖石碳酸鹽含量、巖石含油含水飽和度（常壓干餾法）、巖石毛管壓力曲線（半滲透隔板法）和非穩(wěn)態(tài)油-水相對滲透率的測定。上述實(shí)驗(yàn)大多為單元驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)或演示性實(shí)驗(yàn)，缺乏創(chuàng)新設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)。在關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的調(diào)查中，絕大部分學(xué)生認(rèn)為，要在保持驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上加大設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例，占到61%。認(rèn)為應(yīng)該保留驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的占18%，認(rèn)為應(yīng)加入大量設(shè)計(jì)性試驗(yàn)的占17%。
三、教學(xué)改革方案及措施
（一）優(yōu)化課程體系，完善教學(xué)內(nèi)容
1.構(gòu)建模塊化教學(xué)
模塊化的課程體系不僅優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，而且突出知識的實(shí)用性。對油層物理的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，可劃分為以下三個(gè)模塊：儲層巖石的物理特性、儲層流體的物理特性、多相流體滲流機(jī)理。這三個(gè)章節(jié)相互穿插，前后呼應(yīng)，既有獨(dú)立性又保持一定的相關(guān)性。逐級鋪墊，最終達(dá)到對油層形成一個(gè)整體全面的認(rèn)識。
2.突出實(shí)踐環(huán)節(jié)
從專業(yè)建設(shè)的角度，進(jìn)一步規(guī)劃油層物理課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，特別是針對油層物理課程教學(xué)相關(guān)的課程設(shè)計(jì)。首先，完善油層物理課程的授課內(nèi)容以及設(shè)計(jì)方法，不僅要與教學(xué)大綱吻合，而且對學(xué)生進(jìn)一步培養(yǎng)創(chuàng)新能力也要有指導(dǎo)意義。其次，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，可引入地層流體高壓物性參數(shù)的應(yīng)用環(huán)節(jié)。這些參數(shù)對于后續(xù)開設(shè)的油藏工程專業(yè)課中所涉及到的各種計(jì)算來說都是必不可少的，對今后學(xué)生在發(fā)現(xiàn)與認(rèn)識儲層、評價(jià)與規(guī)劃儲層、提出合理的注采開發(fā)方案方面有著重要的指導(dǎo)意義。
（二）加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)
針對具體的師資隊(duì)伍、教學(xué)現(xiàn)狀等特點(diǎn)，改革中重要的一點(diǎn)就是不斷提高教師教學(xué)能力，提升教學(xué)水平。引導(dǎo)高校教師從“能教書”走向“會教書”，從“愿從教”走向“樂從教”，最終走向?qū)I(yè)化發(fā)展道路[5]。
1.開展教師培訓(xùn)計(jì)劃
課程組可制定油層物理教師職業(yè)培訓(xùn)計(jì)劃，實(shí)施“國內(nèi)訪學(xué)”、“海外培訓(xùn)”，拓寬提升教學(xué)能力的渠道。引進(jìn)校外優(yōu)秀教師、教學(xué)課程資源，收集教師教學(xué)講座、教學(xué)培訓(xùn)經(jīng)典視頻、文本資料，并且鼓勵(lì)教學(xué)能力強(qiáng)的教師錄制教學(xué)精品課程。不僅可以提升整體師資隊(duì)伍素質(zhì)，而且也使教師個(gè)人受益。
2.建立教師聽課制度
設(shè)立教師間相互聽課學(xué)習(xí)制度。每學(xué)期，該課程組的教師必須相互聽課兩次以上，并在期末匯報(bào)中講出個(gè)人感悟。激勵(lì)教師相互促進(jìn)、相互借鑒、取長補(bǔ)短，優(yōu)化全員教學(xué)水平，努力搭建教師交流平臺。
（三）改革教學(xué)手段
1.建立和諧的師生關(guān)系，活躍課堂氣氛
課堂氣氛是師生課堂行為的心理背景，不同的課堂氣氛對學(xué)生的認(rèn)知活動與情緒體驗(yàn)具有不同的作用，并影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效率與學(xué)習(xí)成績[6]。教師必須保證平等、和諧、民主、自由的師生關(guān)系以及輕松、活潑生動的教學(xué)氛圍，更多地與學(xué)生溝通互動，才能促進(jìn)學(xué)生積極參與教學(xué)實(shí)踐，使學(xué)生在輕松愉快中主動地接受更多的知識。
2.教學(xué)方法多樣化，提升學(xué)習(xí)興趣
當(dāng)前大學(xué)生聽課的一個(gè)突出特點(diǎn)是，對呆板的課堂教學(xué)不感興趣。因此，教師必須改變過去“灌”的教法，采取啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式等教學(xué)方法[7]，使學(xué)生擁有樂觀向上、活潑主動、積極協(xié)作、自信勇敢的態(tài)度，以利于學(xué)生的全面、持久發(fā)展。
3.教學(xué)手段現(xiàn)代化，增強(qiáng)課堂教學(xué)效果
(1)進(jìn)行實(shí)物教學(xué)
將巖石樣品、流體樣品及實(shí)驗(yàn)演示直接帶入課堂，在教師的指導(dǎo)操作下，學(xué)生可以近距離觀察實(shí)物，并有針對性地提出相關(guān)問題，加深學(xué)生對課程的理解并形成自我思考，使課程內(nèi)容不再抽象。
(2)采用變換式提問
針對油層物理內(nèi)容結(jié)構(gòu)松散，公式繁瑣復(fù)雜的特點(diǎn)，首先要幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的。在此基礎(chǔ)上，教師通過歸納總結(jié)將科學(xué)的發(fā)問方法運(yùn)用于課堂之上，如問題反思式發(fā)問、循序漸進(jìn)式發(fā)問、旁敲側(cè)擊式發(fā)問、推敲類比式發(fā)問、刻意出錯(cuò)式發(fā)問和案例分析式啟發(fā)等。對于有學(xué)習(xí)興趣的學(xué)生，要著重培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力[8]。
(3)制作多媒體精品課件
在多媒體課件制作方面，應(yīng)遵循油層物理的教學(xué)規(guī)律，體現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，提高課件質(zhì)量。首先，課件應(yīng)具有直觀性，多方位地考察對象，突破傳統(tǒng)視覺限制。圖文聲像并茂，提升學(xué)生的情緒、注意力和興趣，加強(qiáng)學(xué)生對概念的理解和方法的掌握。如通過儲層的三維圖像展示，學(xué)生建立具體的油層概念，使他們認(rèn)識到油層不是一個(gè)抽象的存在，而是具有構(gòu)造和屬性特征的客觀實(shí)體。其次，多媒體課件要有良好的交互性，讓所有的學(xué)生都能很好地參與到探討中來，變被動學(xué)習(xí)為主動，使學(xué)生能夠形成新的知識體系。課件應(yīng)具有針對性，使對不同層次學(xué)生的教學(xué)成為可能。此外，多媒體課件應(yīng)具有大信息量、大容量性、適時(shí)更新的教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)效果。教師們在制作多媒體課件時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)集體備課，集思廣益，在備課組長的協(xié)調(diào)、帶領(lǐng)下進(jìn)行探討商榷，觀點(diǎn)上產(chǎn)生火花，激烈討論，最后共同協(xié)商、比較、補(bǔ)全，從而確定最佳選擇方案[9]。
（四）加強(qiáng)與完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)
1.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度
為了使油層物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得良好成果，當(dāng)務(wù)之急就是要引起學(xué)生足夠的重視，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系真正納入常規(guī)教學(xué)任務(wù)中，摒棄重理論輕實(shí)踐的傳統(tǒng)觀念，保證實(shí)驗(yàn)課程能夠正常有序進(jìn)行。在教學(xué)內(nèi)容和課程設(shè)置中，要明確擬定實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求、方法，以及學(xué)時(shí)，認(rèn)真詳細(xì)地制定對應(yīng)的學(xué)分制度，讓學(xué)生從過去的“實(shí)驗(yàn)課走過場”思維中走出來，端正態(tài)度。
2.結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容，適量增加探究性實(shí)驗(yàn)
在保證必要的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)類型適當(dāng)添加開放性實(shí)驗(yàn)。開放性實(shí)驗(yàn)是以學(xué)生為認(rèn)知主體，學(xué)生自主、靈活地完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容?？膳囵B(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維、創(chuàng)新思路，從長遠(yuǎn)看具有重要的指導(dǎo)意義。此外還可以緊跟油層物理學(xué)科研究的最新動態(tài)，積極引入一些具有時(shí)代特色和研究熱點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，盡可能將科研成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，從而使油層物理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有時(shí)代性、方向性、前沿性。
（五）積極引入“第二課堂”教學(xué)
1.小組合作與探究性學(xué)習(xí)
教師可以讓學(xué)生在班級中組建學(xué)習(xí)小組，鼓勵(lì)學(xué)生自主探索、主動研究和靈活運(yùn)用所學(xué)的知識，用心體會知識體系的產(chǎn)生和發(fā)展過程，培養(yǎng)學(xué)生健全的邏輯思維方式。實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過程中也可遵循此類方法，在小組探究性實(shí)驗(yàn)、獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再通過小組之間的討論交流，加深學(xué)生對所選擇知識點(diǎn)的靈活運(yùn)用與深層次理解，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通能力。
2.文獻(xiàn)閱讀與研究性學(xué)習(xí)
課堂上教師可以積極介紹石油工程專業(yè)相關(guān)核心期刊以及外文期刊，鼓勵(lì)學(xué)生廣泛閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)，摘抄相關(guān)資料，特別是鼓勵(lì)學(xué)生研讀碩博學(xué)位論文，并提交1篇油層物理某一相關(guān)知識點(diǎn)的調(diào)研報(bào)告。在此基礎(chǔ)上，組織學(xué)生進(jìn)行一次交流和研討，鼓勵(lì)并指導(dǎo)有共同興趣的學(xué)生圍繞所調(diào)研的課題開展研究，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和科研能力。
3.科技創(chuàng)新活動嘗試
為了響應(yīng)學(xué)校提出的組織開展大學(xué)生科技創(chuàng)新活動的號召，針對油層物理的知識，課程組組織學(xué)生選定科技創(chuàng)新主題。迄今已有十幾組學(xué)生進(jìn)行了科技創(chuàng)新活動的嘗試，學(xué)生的研究興趣得到了極大提升，研究水平得到了很大改善。教學(xué)實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動提供了實(shí)驗(yàn)平臺。
四、結(jié)論與認(rèn)識
鑒于油層物理課程綜合性強(qiáng)、基本概念多、公式復(fù)雜、實(shí)踐內(nèi)容多等特點(diǎn)，通過分析油層物理目前教學(xué)中存在的諸多問題，提出了構(gòu)建模塊化教學(xué)體系、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、加強(qiáng)新型師資隊(duì)伍建設(shè)、明確教師聘用機(jī)制、營造和諧的課堂氣氛、進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、改革教學(xué)評價(jià)方式和方法、完善礦場實(shí)物和實(shí)驗(yàn)教學(xué)、增加探究性的實(shí)驗(yàn)等改革措施，同時(shí)，需要開辟“第二課堂”教學(xué)，進(jìn)行豐富多彩的課外教學(xué)活動。這樣，油層物理課程質(zhì)量就能得到大幅度的提升，教學(xué)總體上也會得到學(xué)生的一致認(rèn)可。此外，油層物理教學(xué)改革是一個(gè)循序漸進(jìn)的動態(tài)過程，需要教研室的積極探索，勇于實(shí)踐。西南石油大學(xué)油層物理教研室將以質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)為目的，堅(jiān)持以人為本的原則，繼續(xù)進(jìn)行教學(xué)改革探索，為石油工程人才的培養(yǎng)提供新思路、新方法。
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作者：卞小強(qiáng) 孫博文 單位：西南石油大學(xué)