“新工科”建設(shè)理念下油田化學(xué)教學(xué)改革探討

朱道義,秦文婷,董 杰,趙巖龍,李小迪,黃 瑞,王鎮(zhèn)全

(中國(guó)石油大學(xué)(北京) 克拉瑪依校區(qū)石油學(xué)院,新疆 克拉瑪依 834000)

石油類高等教育的快速發(fā)展對(duì)國(guó)家能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展有很重要的作用,石油類工程教育與石油工業(yè)發(fā)展密不可分。為了主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪產(chǎn)業(yè)變革、滿足“中國(guó)制造2025”的人才需求,2017年教育部積極推進(jìn)“新工科”培養(yǎng)戰(zhàn)略,先后形成“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”。針對(duì)新工科“天大行動(dòng)”的愿景與行動(dòng),張大良[1]提出新工科建設(shè)的六大理念,即“問(wèn)產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè),問(wèn)技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容,問(wèn)學(xué)校主體推改革,問(wèn)學(xué)生志趣變方法,問(wèn)內(nèi)外資源創(chuàng)條件,問(wèn)國(guó)際前沿立標(biāo)準(zhǔn)”,為新工科專業(yè)培養(yǎng)方案與課程建設(shè)指明了方向[1]。新工科著眼于未來(lái),其核心目標(biāo)是培養(yǎng)偉大的工程師,即應(yīng)用自然之理進(jìn)行偉大創(chuàng)新的人才[2]。

隨著中國(guó)幾大石油公司近年來(lái)不斷地進(jìn)行業(yè)務(wù)重組、改制及裁員等,石油工業(yè)生產(chǎn)一線油田化學(xué)專業(yè)應(yīng)用型和研究型的人才十分短缺[3]。為適應(yīng)“新工科”的建設(shè)與發(fā)展要求,油田化學(xué)專業(yè)應(yīng)該更加強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性以及和其他工程學(xué)科的關(guān)聯(lián)性,注重培養(yǎng)高素質(zhì)的復(fù)合型油田化學(xué)專業(yè)人才[4]。針對(duì)目前石油類高校中“油田化學(xué)”課程往往存在學(xué)生理解困難、書(shū)本知識(shí)陳舊、與現(xiàn)階段石油工業(yè)上游領(lǐng)域?qū)嶋H脫節(jié)嚴(yán)重等問(wèn)題[5],必須精選教學(xué)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、采用先進(jìn)的教學(xué)方法和手段、增加課程研討以及鼓勵(lì)企業(yè)導(dǎo)師進(jìn)校園等方法,構(gòu)建“新工科”建設(shè)理念下應(yīng)用研究型專業(yè)人才培養(yǎng)的內(nèi)涵發(fā)展模式,以期為相關(guān)工程專業(yè)課程的教學(xué)改革提供參考。

一、精選課堂教學(xué)內(nèi)容,重視實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新意識(shí)

近年來(lái),中國(guó)各大高等院校為了探索教學(xué)模式,學(xué)習(xí)與總結(jié)國(guó)外教育經(jīng)驗(yàn),逐步下調(diào)了大學(xué)生的最低學(xué)分要求,主要目的是為了縮短課堂學(xué)習(xí)時(shí)間,增加學(xué)生的課后主動(dòng)學(xué)習(xí)時(shí)間。

油田化學(xué)課程作為石油類高等院校的核心課程之一,是石油工程、化學(xué)工程與工藝以及油氣儲(chǔ)運(yùn)工程等專業(yè)限選課,為各專業(yè)開(kāi)設(shè)的其他發(fā)展科目提供知識(shí)基礎(chǔ)(如圖1所示)。然而,由于總課時(shí)的壓縮,使得油田化學(xué)的一些支撐科目,如油田基礎(chǔ)化學(xué)、高分子化學(xué)與物理、石油工程概論等無(wú)法全部開(kāi)設(shè)。其次,油田化學(xué)的許多發(fā)展科目,如石油工程專業(yè)的鉆井液工藝學(xué)、采油工程、鉆完井工程等課程以及油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)的油氣集輸、儲(chǔ)運(yùn)裝備腐蝕與防腐等課程的課時(shí)也相應(yīng)地大幅度下調(diào)。另外,大多數(shù)石油工程專業(yè)主干課程中通常將涉及油田化學(xué)相關(guān)的知識(shí)省略,例如,鉆完井工程課程中的鉆井液與完井液,采油工程課程中的酸液與壓裂液等內(nèi)容。因此,油田化學(xué)作為一門綜合性強(qiáng)且內(nèi)容繁雜的課程,有必要針對(duì)不同專業(yè)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新優(yōu)化。

圖1 以油田化學(xué)為中心的課程體系建設(shè)

為了服務(wù)新形勢(shì)下“一帶一路”建設(shè)和國(guó)家能源領(lǐng)域石油工業(yè)的產(chǎn)業(yè)需求,根據(jù)石油院校“產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向、行業(yè)牽引、學(xué)科交叉”的專業(yè)特點(diǎn),對(duì)新形勢(shì)下適應(yīng)石油工業(yè)發(fā)展的油田化學(xué)課程體系進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。表1是2018—2019學(xué)年中國(guó)石油大學(xué)(北京)克拉瑪依校區(qū)針對(duì)不同專業(yè)優(yōu)化后的油田化學(xué)課程內(nèi)容。針對(duì)目前油田化學(xué)支撐科目不足的情況,在油田化學(xué)課程中添加“高分子化學(xué)”、“表面活性劑化學(xué)”以及“儲(chǔ)層巖石與流體化學(xué)”等油田基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí),既能使學(xué)生初步了解并掌握油田化學(xué)課程所需的相關(guān)化學(xué)理論基礎(chǔ),又可以減輕學(xué)生修讀所有支撐科目帶來(lái)的負(fù)擔(dān)。當(dāng)然,在教學(xué)條件允許的情況下,提倡并鼓勵(lì)開(kāi)設(shè)上述支撐科目作為公選課程,感興趣的同學(xué)能夠在本科期間就打下扎實(shí)的油田化學(xué)基礎(chǔ),利于其在研究生階段的科研發(fā)展。對(duì)于油田化學(xué)核心知識(shí),課程設(shè)置中仍然保留著“鉆井流體化學(xué)”“壓裂液化學(xué)”“化學(xué)提高采收率方法”以及“油田產(chǎn)出流體處理方法”等核心內(nèi)容,能夠滿足學(xué)生掌握基本的油田化學(xué)學(xué)習(xí)與研究方法,也能滿足學(xué)生畢業(yè)后5年內(nèi)的工作需要。這是因?yàn)樾滦蝿?shì)下隨著中國(guó)適應(yīng)國(guó)際石油資源結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整,高含水油藏剩余油的進(jìn)一步挖潛以及非常規(guī)(致密油氣藏、頁(yè)巖油氣藏)油氣資源的開(kāi)發(fā)逐漸成為重點(diǎn)與熱點(diǎn)。剩余部分內(nèi)容可以作為自學(xué)內(nèi)容,或視不同專業(yè)進(jìn)行刪減。

表1 針對(duì)不同專業(yè)優(yōu)化后的油田化學(xué)課程內(nèi)容

*包括應(yīng)用化學(xué)專業(yè)、化學(xué)工程與工藝專業(yè)、油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)等;**視不同專業(yè)部分內(nèi)容進(jìn)行刪減或自學(xué)。

上述油田化學(xué)課程內(nèi)容改革措施,體現(xiàn)的是油田化學(xué)課程改革過(guò)程中緊密圍繞新工科“問(wèn)產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè),問(wèn)技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容”的建設(shè)理念,為培養(yǎng)新時(shí)代新疆油區(qū)以及中亞地區(qū)復(fù)合創(chuàng)新型石油工人建立夯實(shí)的課程知識(shí)體系。

結(jié)合新工科“問(wèn)學(xué)校主體推改革”的改革理念,作為應(yīng)用研究型大學(xué),學(xué)校需首先保障在油田化學(xué)教學(xué)與科研實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面的資金與人員投入。在有限的課時(shí)條件下,給石油主干專業(yè)安排充足學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程,使學(xué)生能夠熟悉上述常見(jiàn)油田化學(xué)工作液的配制方法以及評(píng)價(jià)手段,掌握先進(jìn)測(cè)試儀器與設(shè)備使用方法,鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。結(jié)合新工科“問(wèn)學(xué)生志趣變方法”的改革理念,在學(xué)生課余時(shí)間充裕的情況下,為上述所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提供綜合性設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案或思路。例如,在“鉆井液的配制與性能測(cè)試”實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)自行設(shè)計(jì)方案,參與分組合作,考察降黏劑濃度的影響實(shí)驗(yàn),這不僅讓學(xué)生進(jìn)一步熟悉各化學(xué)添加劑的作用機(jī)理,還培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)、相互合作的能力,將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合起來(lái),為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)打下基礎(chǔ)[6]。在2018—2019學(xué)年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,全體石油工程專業(yè)學(xué)生積極參與綜合性實(shí)驗(yàn),厚實(shí)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告反映出學(xué)生對(duì)油田化學(xué)實(shí)驗(yàn)的濃厚興趣。2019年,在全校范圍內(nèi)開(kāi)放鉆井化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、固井化學(xué)實(shí)驗(yàn)室以及采油化學(xué)實(shí)驗(yàn)室等平臺(tái),接受全校師生的實(shí)驗(yàn)預(yù)約,這也是按照新工科“問(wèn)內(nèi)外資源創(chuàng)條件”發(fā)展理念的另一具體改革措施。接下來(lái)將進(jìn)一步探索創(chuàng)建新疆油區(qū)校企共建的油田化學(xué)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地,使學(xué)生所學(xué)知識(shí)與新形勢(shì)下油田亟需技能緊密銜接。

二、結(jié)合“雨課堂”“MOOC”等先進(jìn)教學(xué)方法改革互動(dòng)模式

針對(duì)油田化學(xué)化學(xué)原理復(fù)雜以及課程內(nèi)容多、課時(shí)相對(duì)較少的現(xiàn)狀,在課堂教學(xué)中,可以增加“微課”輔助油田化學(xué)進(jìn)行教學(xué),通過(guò)圖像、動(dòng)畫(huà)以及短視頻等使學(xué)生的多種感官同時(shí)接受信息,將抽象知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^感受[7]。例如,結(jié)合“雨課堂”“MOOC”短視頻等先進(jìn)的教學(xué)方法和手段,加強(qiáng)課程的新穎性。在2018—2019學(xué)年教學(xué)過(guò)程中,針對(duì)“儲(chǔ)層巖石化學(xué)”這一知識(shí)點(diǎn),播放MOOC在線課程“石油工業(yè)概論”中的相關(guān)視頻,視頻中老師展示不同儲(chǔ)層巖石的類型、形貌、潤(rùn)濕性等。讓學(xué)生們對(duì)儲(chǔ)層巖石有非常直觀的了解。當(dāng)然,在后期教學(xué)改革中,可以自主設(shè)計(jì)并制作短視頻,方便教師對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或?qū)ｎ}進(jìn)行解析,利于學(xué)生課外觀看。

另外,目前微信的使用頻率非常高,幾乎所有的老師和學(xué)生均使用微信進(jìn)行日常辦公、溝通與交流。“雨課堂”作為近幾年新開(kāi)發(fā)的課堂教學(xué)工具,能夠直接嵌入在原始的PPT中,采用其在微信手機(jī)客戶端上的網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)功能,可以使教師在課前將課程演示PPT在線發(fā)送給學(xué)生,學(xué)生可以進(jìn)行提前預(yù)習(xí),并對(duì)布置的預(yù)習(xí)習(xí)題進(jìn)行作答,對(duì)不理解的內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)識(shí)。此外,老師可以在課堂教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行有目的的講解,加強(qiáng)師生間的聯(lián)系,并使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)型轉(zhuǎn)變成主動(dòng)學(xué)習(xí)型?！坝暾n堂”插件中增添“習(xí)題”功能,每位學(xué)生可以利用手機(jī)登陸終端進(jìn)行回答,解決常規(guī)課堂在簽到、討論、答題等師生互動(dòng)方面存在的缺陷,提高所有同學(xué)的參與程度,并可以利用“雨課堂”的隨機(jī)點(diǎn)名功能,讓學(xué)生對(duì)該題進(jìn)行回答與解釋,增強(qiáng)課堂活躍氛圍。鼓勵(lì)教師在教學(xué)過(guò)程中使用先進(jìn)教學(xué)方法改革課堂教學(xué)互動(dòng)模式,是油田化學(xué)課程按照新工科“問(wèn)學(xué)校主體推改革”的又一具體改革措施。只有學(xué)校認(rèn)可并鼓勵(lì)課程改革,才能使改革最終推向成功。

三、增加課堂研討，完善考試環(huán)節(jié)

為了進(jìn)一步改善各專業(yè)學(xué)時(shí)下調(diào)帶來(lái)的不利影響,可以嘗試鼓勵(lì)學(xué)生利用豐富的課余時(shí)間進(jìn)行自主學(xué)習(xí),進(jìn)一步深化新工科“問(wèn)學(xué)生志趣變方法”的建設(shè)與改革理念。例如,在課程結(jié)束之前增設(shè)2課時(shí)的“文獻(xiàn)調(diào)研與課程研討”,進(jìn)一步豐富課程的類型,2018—2019學(xué)年化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生自主選擇的研討內(nèi)容為“納米技術(shù)或納米材料在油田化學(xué)中的應(yīng)用”,學(xué)生能夠充分利用課余時(shí)間查閱資料,發(fā)散思維,并利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)資源自主學(xué)習(xí)油田化學(xué)領(lǐng)域的新技術(shù)或新體系。最后,以班級(jí)為組自行設(shè)計(jì)PPT并充當(dāng)教師的角色進(jìn)行講解,使學(xué)生翻轉(zhuǎn)課堂,轉(zhuǎn)變成課堂的主人,鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力、思辨能力以及創(chuàng)新意識(shí)?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)2017級(jí)3個(gè)教學(xué)班的研討題目分別為“納米技術(shù)在鉆井液中的研究新進(jìn)展”“納米顆粒調(diào)控壓裂液體系性能研究進(jìn)展”“納米驅(qū)油技術(shù)綜述”3個(gè)主題,學(xué)生準(zhǔn)備充分,課堂氛圍活躍,整個(gè)研討課時(shí)雖然短暫,僅有2個(gè)學(xué)時(shí),但學(xué)生課下花耗了大量的時(shí)間進(jìn)行調(diào)研與整理材料,并成為課堂的主人,加深對(duì)所學(xué)油田化學(xué)知識(shí)的理解。

為了鼓勵(lì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣及動(dòng)力,積極參與課堂研討,可以提高研討部分在總成績(jī)中的占比,研討部分的成績(jī)可以占總成績(jī)的10%,加上實(shí)驗(yàn)成績(jī)占比20%和平時(shí)課堂表現(xiàn)占比10%,大大降低期末考試的成績(jī)占比,這不僅能夠有效解決以往考試成績(jī)構(gòu)成單一帶來(lái)的不利問(wèn)題,還能讓學(xué)生了解學(xué)科前沿知識(shí),進(jìn)行批判性思維,并能鍛煉其論文寫(xiě)作與匯報(bào)演講能力。

四、提升教師科研能力、鼓勵(lì)學(xué)生參與創(chuàng)新項(xiàng)目

師者,傳道授業(yè)解惑者也。教師綜合素質(zhì)的提升是新教學(xué)計(jì)劃順利完成的根本保障[8-9]。對(duì)于油田化學(xué)這門集化學(xué)知識(shí)與鉆井工程、采油工程以及油氣集輸工程于一體的綜合性學(xué)科,要求授課教師應(yīng)該充分了解課程內(nèi)容。目前中國(guó)石油大學(xué)(北京)克拉瑪依校區(qū)油田化學(xué)課程主講教師均有出國(guó)留學(xué)背景,但青年教師的比例目前比較高,因此仍需要進(jìn)一步加強(qiáng)師資建設(shè),并且要求青年教師完成油田實(shí)踐鍛煉,譬如,去油田企業(yè)從事博士后流動(dòng)工作,提高其工程意識(shí)。鼓勵(lì)教師從事相關(guān)課題的研究工作,支持教師進(jìn)行學(xué)術(shù)合作與交流,結(jié)合學(xué)術(shù)前沿以及自己的研究成果,有意識(shí)地去制作一些與“新工科”緊密相關(guān)、具有針對(duì)性的課程內(nèi)容。例如,結(jié)合新疆油田現(xiàn)階段吉木薩爾致密油藏壓裂增產(chǎn)過(guò)程中遇到的化學(xué)問(wèn)題,設(shè)計(jì)新型壓裂液體系等課程內(nèi)容,利于學(xué)生在理解常規(guī)性油田化學(xué)知識(shí)的同時(shí),還能掌握學(xué)術(shù)前沿問(wèn)題。另外,鼓勵(lì)學(xué)生積極參與教師的科研項(xiàng)目,或者“問(wèn)學(xué)生志趣”申請(qǐng)與新形勢(shì)下石油工業(yè)密切關(guān)注的油田化學(xué)問(wèn)題相關(guān)的創(chuàng)新研究項(xiàng)目,指導(dǎo)教師輔導(dǎo)其自主完成課題,鞏固學(xué)生的理論知識(shí),并培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力。目前有多名學(xué)生成功申報(bào)國(guó)家級(jí)和新疆維吾爾自治區(qū)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目,學(xué)生的創(chuàng)新能力明顯提升,改革效果初步體現(xiàn)。

五、鼓勵(lì)企業(yè)導(dǎo)師進(jìn)課堂,實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)—學(xué)—研”一體化

中國(guó)石油類高等院校通常建立在石油公司附近,例如中國(guó)石油大學(xué)(北京)地處首都北京,有許多石油研究院、設(shè)計(jì)院以及海外石油公司,中國(guó)石油大學(xué)(北京)克拉瑪依校區(qū)地處油城克拉瑪依市,附近有新疆油田、塔里木油田以及西部鉆探等石油公司。因此,可以充分利用企業(yè)中經(jīng)驗(yàn)豐富的高級(jí)工程師和教授級(jí)高級(jí)工程師,聘請(qǐng)他們成為企業(yè)導(dǎo)師,講解2～4課時(shí)課程,例如,新型鉆井液或壓裂液的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配與評(píng)價(jià)等。采用以“油田項(xiàng)目”為主線組織企業(yè)導(dǎo)師教學(xué)過(guò)程,將“學(xué)以致考”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)以致用”,強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性[10],讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)的油田化學(xué)知識(shí)是如何實(shí)現(xiàn)在“新工科”背景下的學(xué)以致用的。此外,校企雙導(dǎo)師共同挑選合適的畢業(yè)論文課題,突顯畢業(yè)論文質(zhì)量的新工科特色,以便進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生在應(yīng)用所學(xué)油田化學(xué)理論知識(shí)解決油田生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力,促進(jìn)傳統(tǒng)工科專業(yè)向新工科專業(yè)轉(zhuǎn)化。通過(guò)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人計(jì)劃,創(chuàng)建油田化學(xué)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地,符合新工科“問(wèn)內(nèi)外資源創(chuàng)條件”的建設(shè)與改革理念。

六、結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合新形勢(shì)下新疆油區(qū)的發(fā)展需求,在“新工科”建設(shè)理念下對(duì)油田化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精選與優(yōu)化,并充分保障學(xué)生能夠利用業(yè)余時(shí)間進(jìn)行油田化學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)與開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)條件與技術(shù)指導(dǎo),利用地處新疆的地理優(yōu)勢(shì)增加企業(yè)油田化學(xué)專家的授課學(xué)時(shí)。這些創(chuàng)新性的油田化學(xué)教學(xué)改革方法,使課程內(nèi)容更加貼近新形勢(shì)對(duì)石油類應(yīng)用研究型人才的需求。學(xué)生參與油田化學(xué)實(shí)驗(yàn)與課題研究的興趣日益濃厚,課程成績(jī)顯著提升,動(dòng)手能力和批判性思維能力明顯加強(qiáng)。但同時(shí)在“問(wèn)產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè),問(wèn)國(guó)際前沿立標(biāo)準(zhǔn)”等建設(shè)理念的實(shí)施過(guò)程中仍存在一些改革局限,后期的教學(xué)改革過(guò)程中會(huì)進(jìn)一步鼓勵(lì)企業(yè)油田化學(xué)專家在學(xué)校增設(shè)油田化學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的專業(yè)選修課程,并爭(zhēng)取開(kāi)設(shè)油田化學(xué)雙語(yǔ)課程,使學(xué)生所學(xué)更加滿足國(guó)際前沿標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求,進(jìn)而成為高素質(zhì)的復(fù)合型油田化學(xué)專業(yè)人才。