“高等滲流力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容改革及教學(xué)模式探索

曹仁義 程林松 黃世軍

[摘 要] 針對傳統(tǒng)高等滲流力學(xué)教學(xué)內(nèi)容無法滿足研究生科研工作所需的矛盾，從教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式兩方面展開教學(xué)改革，從根本上消除了這一矛盾，提高了學(xué)生課堂參與度，培養(yǎng)了研究生的科研思維，促進(jìn)了研究生教育的發(fā)展。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)改革;教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)模式

[基金項目] 中國石油大學(xué)（北京）研究生教育質(zhì)量與創(chuàng)新工程項目“《高等滲流力學(xué)》研究生教材建設(shè)”（yjs2016004）

[作者簡介] 曹仁義（1981—），男，山東濰坊人，博士，中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院副教授，主要從事非常規(guī)油氣藏滲流、特高含水期油藏開發(fā)研究;程林松（1965—），男，湖北應(yīng)城人，博士，中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院教授，主要從事稠油油藏、低滲透及特低滲透油藏開采研究;黃世軍（1974—），男，河南鄭州人，博士，中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院教授，主要從事稠油/油砂熱采、頁巖氣多場耦合研究。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）29-0124-02 ? ?[收稿日期] 2019-09-17

隨著油氣勘探與開發(fā)的深入，非常規(guī)油氣資源已成為化石能源非常重要的組成部分，其開發(fā)技術(shù)逐步完善，致密氣、頁巖氣、致密油、頁巖油等非常規(guī)資源逐步實現(xiàn)了工業(yè)化開采。伴隨著這些非常規(guī)油氣資源開采技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，相關(guān)滲流理論也有了不小的突破與進(jìn)步，但現(xiàn)有研究生課程仍以傳統(tǒng)滲流理論為主，無法完全滿足現(xiàn)有生產(chǎn)與科研所需。

一、高等滲流力學(xué)課程教學(xué)改革的必要性

滲流力學(xué)所研究的是流體在多孔介質(zhì)中的滲流規(guī)律，其本身的發(fā)展與油氣田開發(fā)和開采技術(shù)密不可分。作為本科石油工程專業(yè)必修課程“滲流力學(xué)”的延伸，“高等滲流力學(xué)”課程對油氣田開發(fā)專業(yè)研究生而言是一門非?；A(chǔ)且重要的課程，其教學(xué)質(zhì)量的高低對研究生期間及畢業(yè)后的科研工作有著非常大的影響。

為更全面地了解現(xiàn)有“高等滲流力學(xué)”課程中存在的問題，筆者對中國石油大學(xué)（北京）油氣田開發(fā)專業(yè)近兩年畢業(yè)的70余位研究生展開問卷調(diào)查。調(diào)查結(jié)果表明95%以上的同學(xué)表示完成課程后掌握最為牢固的教學(xué)內(nèi)容為“經(jīng)典滲流理論”部分，而近50%的同學(xué)研究生期間及畢業(yè)后的工作與“非常規(guī)油氣滲流理論”內(nèi)容聯(lián)系更為緊密，這一矛盾導(dǎo)致了65%以上的同學(xué)要求進(jìn)一步加強“非常規(guī)油氣滲流理論”的教學(xué)內(nèi)容。通過與授課教師及被調(diào)查同學(xué)展開深入討論，認(rèn)為導(dǎo)致這一矛盾的主要原因有兩點。

一是教材內(nèi)容與現(xiàn)有需求脫節(jié)。近年來非常規(guī)油氣滲流理論不斷完善與成熟，而教材內(nèi)容仍是以“經(jīng)典滲流理論”及“復(fù)雜油氣滲流理論”為主，現(xiàn)有教材內(nèi)容與研究生知識體系所需脫節(jié)，原有的課程教學(xué)內(nèi)容已不再適應(yīng)研究生的科研工作所需。

二是教學(xué)方法不完善。調(diào)研結(jié)果中高達(dá)95%的同學(xué)表示“理論授課環(huán)節(jié)”是該課程獲取知識最為主要的環(huán)節(jié)，課下調(diào)研及自由研討等環(huán)節(jié)收獲很小。這表明現(xiàn)階段研究生課程仍以“上課記筆記、下課抄筆記、考試背筆記的”的填鴨式學(xué)習(xí)為主，學(xué)生獲取知識的途徑單一。教師應(yīng)在完成“基礎(chǔ)授課環(huán)節(jié)”的基礎(chǔ)上進(jìn)一步強化講座、研討等參與式授課環(huán)節(jié)，使學(xué)生們在課程學(xué)習(xí)過程中有更高的參與度，不僅可以加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的掌握程度，還能在不斷探討中開闊思路，為以后的科研工作做準(zhǔn)備。

二、教學(xué)內(nèi)容改革

非常規(guī)油氣背景下，頁巖油氣、致密油氣、可燃冰、油砂等非常規(guī)油氣資源的研究不斷深入，減氧空氣驅(qū)、泡沫驅(qū)、復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂等新開發(fā)技術(shù)現(xiàn)場的應(yīng)用不斷實現(xiàn)，非常規(guī)油氣滲流理論迅速發(fā)展與完善。以現(xiàn)階段廣泛研究的致密儲層為例，此類儲層孔喉小，部分孔喉已達(dá)納米級別，儲層流體滲流不再滿足達(dá)西定律，存在非線性滲流現(xiàn)象，同時產(chǎn)能受應(yīng)力敏感、毛管滲析等影響較大，與經(jīng)典滲流有著很大區(qū)別。為更好地滿足科研與生產(chǎn)的需要，非線性滲流數(shù)學(xué)模型、壓差—滲析耦合傳質(zhì)模型等一系列適用于致密儲層的油氣滲流理論發(fā)展了起來，而現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容對于這些知識理論內(nèi)容少有提及。

為便于學(xué)生更好地構(gòu)建滲流力學(xué)知識體系，將教學(xué)內(nèi)容層次化的劃為三大部分。第一部分為“經(jīng)典滲流理論”，是對現(xiàn)有教材中經(jīng)典滲流理論的重整與完善，很好地回顧與銜接了本科滲流力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，夯實研究生滲流理論基礎(chǔ);第二部分為“復(fù)雜油氣滲流理論”，是對現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容中“經(jīng)典滲流理論”之外的滲流理論的提煉與整理，包括非等溫滲流、非牛頓流體滲流、物理化學(xué)滲流、低滲油藏非線性滲流以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)井等部分的理論，可以在回顧本科知識夯實基礎(chǔ)的前提下進(jìn)一步加深對滲流理論的認(rèn)識;第三部分為“非常規(guī)油氣滲流理論”，這一部分是此次教學(xué)內(nèi)容改革的重點，將近年來國內(nèi)外致密氣、頁巖氣、致密油、頁巖油、油砂等非常規(guī)油氣藏已形成的較為成熟的滲流理論有選擇地加入教材中，進(jìn)一步完善現(xiàn)有研究生知識體系所需，緊跟滲流力學(xué)發(fā)展趨勢。

三、教學(xué)模式改革

與高中及本科教育不同，研究生教育旨在培養(yǎng)社會發(fā)展所需的學(xué)術(shù)型、創(chuàng)新型人才。因此，研究生專業(yè)課程的教學(xué)目標(biāo)不僅是已成熟知識體系的灌輸，更多的是科研思維及方法的引導(dǎo)?，F(xiàn)階段很多研究生課程教學(xué)模式仍是老師講學(xué)生記的“填鴨式”教學(xué)，研究生很難通過課程學(xué)習(xí)掌握科研工作所需的研究思路及方法，課程完成后仍需花費很大精力去摸索學(xué)習(xí)，進(jìn)而滿足科研工作所需。針對這一現(xiàn)狀，中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院“高等滲流力學(xué)”授課教師對“教師基礎(chǔ)理論授課+教師前沿進(jìn)展講座+學(xué)生課題展示研討”這一新型“參與式”授課模式展開探索，旨在完整教授研究生滲流力學(xué)知識體系基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培養(yǎng)必要的科研思維。

正式授課之前，授課教師會先展開課前談心交流，告知學(xué)生該課程主要教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)及相關(guān)研究前沿，了解學(xué)生現(xiàn)階段主要研究方向。既有利于學(xué)生對課程知識體系有一個較為完整認(rèn)識，又有利于教師對學(xué)生的科研、工作所需有更為深入的了解。課程之初，授課教師結(jié)合課前談心內(nèi)容及現(xiàn)有滲流力學(xué)研究前沿，有針對性地提出一系列有研究價值的滲流力學(xué)問題，組織學(xué)生根據(jù)研究方向分成8～10人的研討小組，讓學(xué)生在第7、8周研討課上針對小組所選內(nèi)容進(jìn)行展示及討論，學(xué)生帶著問題參與教學(xué)過程可以使學(xué)習(xí)更有針對性且更有利于學(xué)生深入思考。在“基礎(chǔ)理論授課”階段，授課教師以教材涉及的理論內(nèi)容為主，授課過程中堅持“問題導(dǎo)向”的教學(xué)思路，在每節(jié)課開始之前提出對應(yīng)的科學(xué)問題，隨著課程開展，完整的展現(xiàn)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、設(shè)計方案、解決問題以及持續(xù)改進(jìn)的科學(xué)研究過程，讓學(xué)生在牢固掌握滲流理論知識基礎(chǔ)上深化對研究原則、思維方式及研究方法的理解，為研究生后期開展相關(guān)研究工作打下基礎(chǔ)。

四、教學(xué)改革意義

“高等滲流力學(xué)”課程教學(xué)改革已經(jīng)歷了2016級、2017級、2018級研究生連續(xù)三年的試點，從近三年的上課效果及課后反饋來看，學(xué)生課堂參與度更高，滲流知識的交流討論也更為深入，課程結(jié)束后能夠更快地投入研究生科研工作中去，教學(xué)效果非常明顯。

教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式是教學(xué)過程中相輔相成的兩大部分，通過教學(xué)課程改革使二者更為契合，更好地適應(yīng)非常規(guī)油氣的大背景?！敖?jīng)典滲流理論+復(fù)雜油氣滲流理論+非常規(guī)油氣滲流理論”的層次化教學(xué)內(nèi)容改革完善了研究生滲流知識體系，從根本上消除現(xiàn)有授課內(nèi)容與研究生科研工作所需不匹配的矛盾;“教師基礎(chǔ)理論授課+教師前沿進(jìn)展講座+學(xué)生課題展示研討”的參與式教學(xué)模式改革契合了教學(xué)內(nèi)容改革，在授之以魚進(jìn)一步授之以漁，達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)術(shù)型、創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。

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