基于“知識(shí)建構(gòu)、思維訓(xùn)練、能力鍛煉”的課程教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)踐

吳勝和，岳大力，尹志軍，劉鈺銘，李 慶

中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249

課程教學(xué)是人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。雖然從教育理念上講，課程教學(xué)應(yīng)融知識(shí)、能力和素質(zhì)教育于一體，但實(shí)施的效果并不盡人意，關(guān)鍵是如何來(lái)實(shí)施。傳統(tǒng)的“課程教學(xué)就是傳授知識(shí)”的觀念仍普遍存在。知識(shí)傳授固然重要，但作為大學(xué)課堂而言，思維訓(xùn)練和能力鍛煉同樣重要，甚至更重要。本文以"儲(chǔ)層表征與建模"課程為例，探討以知識(shí)、思維、能力教育并重為理念的課程教學(xué)體系。該課程為地質(zhì)資源與地質(zhì)工程一級(jí)學(xué)科的一門(mén)研究生學(xué)位課，是油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)領(lǐng)域的一門(mén)重要的必修課。該課程（含其前身為儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)及油藏描述）在我校已開(kāi)設(shè)近30年。多年來(lái)，本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)持續(xù)進(jìn)行課程建設(shè)，以課程知識(shí)和能力目標(biāo)為導(dǎo)向，優(yōu)化課程內(nèi)容體系，建設(shè)教學(xué)資源條件，改革教學(xué)方法。本文主要介紹該課程建設(shè)的主要成果和認(rèn)識(shí)，為相關(guān)課程的教學(xué)改革提供參考。

一、課程目標(biāo)定位

課程目標(biāo)定位是實(shí)施課程教學(xué)的前提。儲(chǔ)層表征與建模屬于油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)的研究范疇。油氣深埋于地下，其分布具有很大的復(fù)雜性，油氣田內(nèi)復(fù)雜的儲(chǔ)層非均質(zhì)性會(huì)嚴(yán)重影響開(kāi)發(fā)效率。儲(chǔ)層表征與建模即是應(yīng)用多學(xué)科信息和方法，定量研究控制油氣開(kāi)采的儲(chǔ)層特征及其非均質(zhì)性，建立儲(chǔ)層屬性三維分布的數(shù)字化模型，并評(píng)價(jià)儲(chǔ)層空間變化的不確定性[1]。課程教學(xué)的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握油氣儲(chǔ)層表征與建模的基本理論和方法，并提高學(xué)生進(jìn)行地下地質(zhì)分析和預(yù)測(cè)的能力，為今后從事油田開(kāi)發(fā)地質(zhì)工作奠定必要的基礎(chǔ)。課程內(nèi)容體系包括以下5部分。

（1）儲(chǔ)層表征的內(nèi)涵與信息解析：包括油氣田開(kāi)發(fā)對(duì)儲(chǔ)層表征的需求、儲(chǔ)層表征的內(nèi)容與階段性、規(guī)模與多維性、不同信息（巖心、測(cè)井、地震、動(dòng)態(tài)信息）的特征及優(yōu)缺點(diǎn)。

（2）儲(chǔ)層構(gòu)型模式與表征方法：包括構(gòu)型的內(nèi)涵與意義、儲(chǔ)層構(gòu)型模式、地震構(gòu)型解釋方法、多井構(gòu)型預(yù)測(cè)方法等。

（3）儲(chǔ)層質(zhì)量差異機(jī)理與表征方法：包括成巖非均質(zhì)與儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性、儲(chǔ)層質(zhì)量差異分布的樣式、儲(chǔ)層質(zhì)量單井解釋與橫向預(yù)測(cè)的思路和方法、儲(chǔ)層流動(dòng)單元的內(nèi)涵及研究方法等。

（4）確定性建模原理與方法：包括確定性建模的基本思路、常用克里金估值方法、確定性建模環(huán)節(jié)等。

（5）隨機(jī)建模原理與方法，包括隨機(jī)建模的基本思路、儲(chǔ)層相隨機(jī)建模方法、儲(chǔ)層參數(shù)隨機(jī)建模方法、隨機(jī)建模環(huán)節(jié)等。

從課程教學(xué)而言，知識(shí)目標(biāo)主要為使學(xué)生掌握油氣儲(chǔ)層非均質(zhì)的形成機(jī)理、分布樣式、表征與建模的方法原理；能力目標(biāo)主要為學(xué)生能夠應(yīng)用多學(xué)科信息對(duì)地下油氣儲(chǔ)層進(jìn)行表征與建模。特別地，地下地質(zhì)體“看不見(jiàn)、摸不著”，是一個(gè)具有很強(qiáng)空間分布復(fù)雜性的“黑箱”，而且用于打開(kāi)這個(gè)“黑箱”的信息不完備（井少、地震資料分辨率不足）。因此，實(shí)際的儲(chǔ)層表征與建模具有很大的難度，預(yù)測(cè)具有較大的隨機(jī)不確定性和模糊不確定性[1-2]。這就要求學(xué)生不僅要掌握相關(guān)知識(shí)和專業(yè)技能（如建模方法的應(yīng)用和軟件操作），而且要具有較強(qiáng)的科學(xué)思維（邏輯推理與辯證思維）、整合多信息綜合解決問(wèn)題等可遷移能力。

二、教學(xué)資源建設(shè)

建設(shè)優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源是有效實(shí)施教學(xué)、提高教學(xué)效果的基礎(chǔ)。多年來(lái)，課程團(tuán)隊(duì)持續(xù)進(jìn)行教學(xué)資源條件建設(shè)，包括教材建設(shè)、實(shí)踐資源建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)等。

1.教材建設(shè)

教材是知識(shí)的載體。雖然課程教學(xué)不能依賴教材，但好的教材可提供系統(tǒng)的知識(shí)體系，幫助學(xué)生更快地進(jìn)入課程學(xué)習(xí)環(huán)境。為此，在已有學(xué)術(shù)專著及國(guó)內(nèi)外最新研究成果的基礎(chǔ)上，編著了《儲(chǔ)層表征與建?！方滩模ㄊ凸I(yè)出版社，2010），這也是我國(guó)第一部《儲(chǔ)層表征與建模》教材。該教材具有以下主要特點(diǎn)。

（1）基礎(chǔ)性與前沿性的有機(jī)結(jié)合。教材除系統(tǒng)介紹了油氣儲(chǔ)層表征與建模的基本理論、方法和技術(shù)之外，還注重體現(xiàn)國(guó)內(nèi)外本領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，如儲(chǔ)層構(gòu)型的模式預(yù)測(cè)、多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)建模等，從而使本教材具有學(xué)術(shù)的先進(jìn)性。同時(shí)，為了引導(dǎo)學(xué)生追蹤前沿研究方向，教材專辟一章（第九章），闡述了儲(chǔ)層表征與建模學(xué)術(shù)研究的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

（2）強(qiáng)化地下地質(zhì)研究的科學(xué)思維。儲(chǔ)層表征與建模屬于地下地質(zhì)研究的范疇。教材專門(mén)論述了地下地質(zhì)研究的科學(xué)思維方法，包括科學(xué)的邏輯思維和辯證思維，并且將這種思想貫穿于各個(gè)章節(jié)的編寫(xiě)過(guò)程中。這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力具有很大意義。

（3）便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。為了方便學(xué)生對(duì)教材內(nèi)容的理解，教材注重內(nèi)容體系的層次結(jié)構(gòu)性和語(yǔ)言的條理邏輯性，并插入了大量的解釋性圖件，而且在每一章之后給出了相應(yīng)的思考題以及擴(kuò)展性的學(xué)習(xí)書(shū)目，便于學(xué)生思考學(xué)習(xí)，并有利于學(xué)生通過(guò)“求源、求新”的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2. 實(shí)踐資源建設(shè)

培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際能力的重要方式是“做中學(xué)”[3]，其前提是要具備大量有效的實(shí)踐資源。為此，課程團(tuán)隊(duì)大力建設(shè)了習(xí)題庫(kù)、項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件資源等實(shí)踐資源條件。

（1）習(xí)題庫(kù)。習(xí)題庫(kù)為學(xué)生課后的練習(xí)題集。通過(guò)習(xí)題練習(xí)，能更好地理解和掌握相關(guān)理論和方法原理。習(xí)題主要基于野外露頭和地下油田資料，如針對(duì)山西大同侏羅系辮狀河沉積露頭，應(yīng)用激光掃描儀制作了一個(gè)長(zhǎng)400米、高20米的野外露頭數(shù)據(jù)體及連景圖片。另外，精選油田實(shí)際資料，制作了大量的多井剖面和平面儲(chǔ)層表征習(xí)題。

（2）項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)。項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)為完成一個(gè)完整的儲(chǔ)層表征與建模項(xiàng)目所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括巖心、測(cè)井、地震數(shù)據(jù)等，主要精選于地下油田實(shí)際資料。學(xué)生應(yīng)用該數(shù)據(jù)庫(kù)完成一個(gè)實(shí)際的研究項(xiàng)目，包括單井儲(chǔ)層解釋、剖面和平面儲(chǔ)層分析、三維儲(chǔ)層建模等，以鍛煉學(xué)生綜合分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

（3）軟件資源 。軟件為整合數(shù)據(jù)進(jìn)行項(xiàng)目研究的工具。根據(jù)國(guó)際上地質(zhì)建模算法的開(kāi)源程序，課程團(tuán)隊(duì)制作了一套三維地質(zhì)建模學(xué)習(xí)軟件，為學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握三維儲(chǔ)層建模的原理提供了必要的條件；另外，與軟件公司合作，在教學(xué)實(shí)驗(yàn)室安裝了常用的商業(yè)軟件，如Direct軟件（數(shù)字化油藏表征軟件系統(tǒng)）、Petrel軟件（三維地質(zhì)建模軟件）。

3.網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)

為了更有利于學(xué)生的課外學(xué)習(xí)，建設(shè)了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境。課程網(wǎng)上資源包括課程教學(xué)大綱、PPT課件、習(xí)題庫(kù)等。同時(shí)，制作了全程教學(xué)錄像，為學(xué)生課外在線學(xué)習(xí)提供了有效的資源條件。

三、教學(xué)方法改革

教學(xué)方法服從于教學(xué)目標(biāo)。如何達(dá)成前述的知識(shí)、思維、能力教育并重的教學(xué)目標(biāo)，需要確定有效的教學(xué)方法。

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)以教師講授為主，主要為講座法，教師滿堂講、學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)，極端的情況即為“填鴨式教學(xué)”。這種方法是最快速的“教”的方法，可使學(xué)生快速記住和理解課程知識(shí)，并可通過(guò)死記硬背獲得高分，即所謂“背多分”[4]。然而，這種方法難于使學(xué)生真正掌握知識(shí)，而且缺乏科學(xué)思維以及解決問(wèn)題的能力鍛煉。按照布盧姆認(rèn)知目標(biāo)分類修訂方案，記住和理解屬于低階學(xué)習(xí)，而高階學(xué)習(xí)包括應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造[5-6]。低階學(xué)習(xí)難于使學(xué)生的心智和大腦得到充分發(fā)展，難于培養(yǎng)能思考、會(huì)創(chuàng)造的人[6]。如何使學(xué)生在課程教學(xué)的短時(shí)間內(nèi)既掌握課程知識(shí)，又切實(shí)提升能力，需要改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法。

在本課程教學(xué)中，摒棄傳統(tǒng)的知識(shí)傳授的方法，而是借鑒建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)的建構(gòu)。建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)不是由教師向?qū)W生傳遞知識(shí)的過(guò)程，而是學(xué)生建構(gòu)自己的知識(shí)的過(guò)程[7]，即學(xué)習(xí)者在一定的情境下，借助其他人（包括教師和學(xué)習(xí)伙伴）的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過(guò)意義建構(gòu)的方式而獲得知識(shí)。同時(shí)，通過(guò)啟發(fā)性講授和研討，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。通過(guò)研究式實(shí)踐教學(xué)，鍛煉學(xué)生的專業(yè)技能以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。具體教學(xué)方法如下。

1.混合式理論課堂教學(xué)

本文所稱的混合式是指翻轉(zhuǎn)課堂與啟發(fā)式講授的結(jié)合，并體現(xiàn)課內(nèi)與課外、線上與線下的結(jié)合。

將本課程理論內(nèi)容分為兩類，一類為較易理解的內(nèi)容，這類內(nèi)容與學(xué)生的已有知識(shí)有一定關(guān)聯(lián)，或雖關(guān)聯(lián)小但相對(duì)容易理解；另一類為難點(diǎn)內(nèi)容，與學(xué)生的已有知識(shí)關(guān)聯(lián)度小，具有較大的難度，如克里金估值方法和隨機(jī)模擬方法，涉及很多數(shù)學(xué)知識(shí)。

對(duì)于較易理解的內(nèi)容，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式[8-10]是相對(duì)于傳統(tǒng)的講授模式而言的。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生獲取知識(shí)的主要途徑不是在課堂聽(tīng)講，而主要是在課前、課后自主學(xué)習(xí)，課堂上主要是教師的答疑解惑以及師生的互動(dòng)交流。在本課程中，針對(duì)較易理解的內(nèi)容，分三步進(jìn)行教與學(xué)：第一步，教師在課堂上簡(jiǎn)要介紹知識(shí)體系的框架和要點(diǎn)，并提出相關(guān)問(wèn)題及學(xué)生課外自學(xué)的要求；第二步，學(xué)生在課外閱讀教材和參考書(shū)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源在線學(xué)習(xí)（課程錄像、PPT）并完成作業(yè)，學(xué)生自己建構(gòu)知識(shí)，并追索學(xué)術(shù)前沿；第三步，師生針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行研討，得出合理認(rèn)識(shí)。

對(duì)于難點(diǎn)內(nèi)容，采用啟發(fā)式講授教學(xué)。與傳統(tǒng)的講授方法不同，該方法注重思維導(dǎo)引，從問(wèn)題出發(fā)導(dǎo)入課程，并在每一個(gè)PPT片子中均設(shè)計(jì)設(shè)問(wèn)點(diǎn)、提問(wèn)點(diǎn)和討論點(diǎn)，使學(xué)生在聽(tīng)課過(guò)程中不斷思考并進(jìn)行互動(dòng)討論交流。通過(guò)步步深入的問(wèn)題設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生思考和分析，得出合理認(rèn)識(shí)。在這一過(guò)程中，教師通過(guò)思維導(dǎo)引幫助學(xué)生建構(gòu)知識(shí)（而不是簡(jiǎn)單的傳授知識(shí)），學(xué)生在知識(shí)建構(gòu)的同時(shí)得到思維訓(xùn)練。

2.研究式實(shí)踐教學(xué)

如何綜合應(yīng)用多種資料分析解決地下復(fù)雜地質(zhì)問(wèn)題是油氣田地質(zhì)人員必須掌握的能力[11]。這一能力需要通過(guò)實(shí)踐鍛煉來(lái)得以提升。為此，以“做中學(xué)”為教學(xué)理念，充分應(yīng)用課程建設(shè)的習(xí)題庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)項(xiàng)目研究進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練。

在實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生在課程知識(shí)和方法原理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)資源（項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件）進(jìn)行實(shí)際儲(chǔ)層的表征與建模研究，教師則針對(duì)學(xué)生在研究過(guò)程遇到的問(wèn)題進(jìn)行指導(dǎo)。項(xiàng)目完成后，學(xué)生撰寫(xiě)研究報(bào)告，并匯報(bào)研究成果，教師和其他學(xué)生針對(duì)研究成果提出問(wèn)題，師生們進(jìn)行討論交流，達(dá)到合理認(rèn)識(shí)。這一過(guò)程不僅使學(xué)生進(jìn)一步理解課程理論和掌握課程技能，而且可極大地提升分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力、書(shū)面及口頭表達(dá)能力。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)課程建設(shè)，構(gòu)建了一套以“知識(shí)建構(gòu)、思維訓(xùn)練、能力鍛煉”為理念的課程教學(xué)體系，包括基于目標(biāo)的教學(xué)內(nèi)容體系與教學(xué)資源、混合式（翻轉(zhuǎn)課堂與啟發(fā)式講授相結(jié)合）理論教學(xué)及研究式實(shí)踐教學(xué)方法。這一教學(xué)體系既有利于學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)與技能，而且可提升學(xué)生的思維能力以及分析與解決問(wèn)題的能力，在“儲(chǔ)層表征與建?！闭n程教學(xué)中獲得良好的應(yīng)用效果和師生們的廣泛好評(píng)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)主編的教材獲北京市高等教育精品教材獎(jiǎng)，課程被評(píng)為中國(guó)石油大學(xué)（北京）品牌課程。本課程團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步加強(qiáng)課程建設(shè)，進(jìn)行教學(xué)學(xué)術(shù)研究，為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量創(chuàng)建更為優(yōu)越的教學(xué)平臺(tái)。

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