“石油工程巖石力學(xué)”本博一體化課程改革

侯 冰，張其星，李世遠(yuǎn)

（中國石油大學(xué)〔北京〕 a.石油工程學(xué)院；b.石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249）

一、課程改革背景

中國石油大學(xué)（北京）（含克拉瑪依校區(qū)）立足國家重大能源戰(zhàn)略與企業(yè)發(fā)展需求，以培養(yǎng)工學(xué)博士、造就高層次工程技術(shù)領(lǐng)軍人才為總體目標(biāo)，提出構(gòu)建“地質(zhì)—工程一體化”本碩博一體化培養(yǎng)模式。本碩博一體化培養(yǎng)模式是對原有培養(yǎng)機(jī)制的優(yōu)化和改革，要求學(xué)生掌握全面的石油工程專業(yè)知識，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提升綜合素養(yǎng)。之前固有的教育背景下，存在課程思政元素單一、缺乏創(chuàng)新性，教學(xué)內(nèi)容重理論而缺乏實(shí)踐性，課程體系單一而缺乏綜合性，育人思維固化而缺乏全面性，學(xué)生知識出現(xiàn)斷層缺乏連貫性等問題，容易引發(fā)石油行業(yè)人才供需矛盾。

“石油工程巖石力學(xué)基礎(chǔ)”作為專業(yè)基礎(chǔ)課，是石油工程專業(yè)課程的基礎(chǔ)，并在許多工程技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。課程服務(wù)石油與天然氣工程“雙一流”學(xué)科建設(shè)的需要，建設(shè)培養(yǎng)人才。教學(xué)團(tuán)隊(duì)由中國石油大學(xué)（北京）油氣井工程專業(yè)教師組成，授課內(nèi)容均為石油工程巖石力學(xué)的熱點(diǎn)問題與油田現(xiàn)場實(shí)例，注重培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。課程目標(biāo)融入新工科建設(shè)的需求，著重培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力和工程實(shí)踐能力，重點(diǎn)體現(xiàn)在學(xué)生對具體工程問題的方案制訂、測試、預(yù)測、評估、論證及答辯的能力等。國內(nèi)外相關(guān)石油院校均開設(shè)巖石力學(xué)相關(guān)本科和研究生課程，雖然開設(shè)的課程名稱不同，但大多包含“力學(xué)基礎(chǔ)”“巖土力學(xué)”“巖石物理學(xué)”或“儲(chǔ)層地質(zhì)力學(xué)”等相關(guān)課程。

中國石油大學(xué)（北京）巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室是哥廷根力學(xué)學(xué)派在中國延續(xù)和發(fā)展的重要分支，分別經(jīng)錢偉長、陳志達(dá)和陳勉等人引入和發(fā)展。在黃榮樽的影響下，實(shí)驗(yàn)室在中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)成立分支機(jī)構(gòu)——深層巖石力學(xué)專業(yè)委員會(huì)（2018年更名為深層巖石力學(xué)與油氣工程專業(yè)委員會(huì)）。實(shí)驗(yàn)室立足于國家重大能源戰(zhàn)略，著眼油氣領(lǐng)域發(fā)展，以油氣鉆、采、儲(chǔ)過程涉及的深部地層為研究對象，為常規(guī)井、復(fù)雜結(jié)構(gòu)井、深海井及深井、超深井等復(fù)雜油氣井安全、增產(chǎn)提供理論和技術(shù)支撐。

二、石油工程專業(yè)特色課程思政建設(shè)

（一）師生理論與實(shí)踐并行

實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)成員踐行“以本為本、以德立身、以德立學(xué)、以德施教”的理念，將引領(lǐng)作用延伸到對指導(dǎo)的博士、碩士研究生及各年級本科生價(jià)值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)上。課程團(tuán)隊(duì)還將教書育人的內(nèi)涵落實(shí)到課堂教學(xué)主渠道，使重心轉(zhuǎn)移至常規(guī)基礎(chǔ)課堂，注重學(xué)生的品德培養(yǎng)，讓立德樹人潤物無聲，促進(jìn)顯性教育與隱性教育相統(tǒng)一。

（二）以改革創(chuàng)新為動(dòng)力，構(gòu)建協(xié)同育人體系

實(shí)驗(yàn)室堅(jiān)持以學(xué)生發(fā)展為中心，把育人作為根本導(dǎo)向，加強(qiáng)課程的思想化價(jià)值引領(lǐng)。課程教師結(jié)合“本科生班主任”身份，了解學(xué)生所想、所需，運(yùn)用改革和創(chuàng)新思想政治工作的方式和方法，引導(dǎo)學(xué)生自覺弘揚(yáng)和踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀。堅(jiān)持問題導(dǎo)向，把解決本科生成長過程中遇到的困難作為班主任工作的出發(fā)點(diǎn)和著力點(diǎn)，這樣能使本科生更加專注于課程和學(xué)業(yè)。

（三）結(jié)合專業(yè)特色，發(fā)揚(yáng)石油精神和鐵人精神

實(shí)驗(yàn)室在教書育人全過程中融入德育教育理念，并在教學(xué)建設(shè)、教學(xué)過程和質(zhì)量反饋等環(huán)節(jié)中不斷改進(jìn)。添加的課程思政元素不僅具備高度的思想性、理論性，還具備生活性、針對性，便于提升學(xué)生的理解與實(shí)踐。參加過1989年塔里木石油會(huì)戰(zhàn)的陳勉和金衍，以口述的形式傳達(dá)沐浴著改革開放東風(fēng)的石油人體現(xiàn)出的“三種精神”。學(xué)校邀請國內(nèi)外油田現(xiàn)場專家和工程博士開展講座，講述大慶、長慶、塔里木和克拉瑪依等油田崛起和發(fā)展的一點(diǎn)一滴。舉辦《石油魂》系列思想政治課程講座，組織觀看《榜樣》（1—5）專題節(jié)目，參觀大慶鐵人紀(jì)念館，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷、科學(xué)與人文精神素養(yǎng)，弘揚(yáng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀，發(fā)揚(yáng)石油精神和鐵人精神。

三、工程實(shí)踐教育培養(yǎng)方式探索

（一）青年教師教學(xué)及工程能力培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)室搭建良好的工作平臺，營造良好的工作氛圍，吸納和引進(jìn)國外人才教師共4人，包括國家級海外高層次青年人才1人。此外，為促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)國內(nèi)外新理論和文化，鼓勵(lì)研究生出國訪問、留學(xué)和參加學(xué)術(shù)會(huì)議，實(shí)驗(yàn)室學(xué)生累計(jì)出國57人次。

團(tuán)隊(duì)積極落實(shí)“傳、幫、帶”教師培養(yǎng)模式。陳勉、金衍和張廣清等資深教授指導(dǎo)青年教師，同時(shí)共同學(xué)習(xí)以提升教學(xué)水平與科研能力。組織團(tuán)隊(duì)活動(dòng)，深入研究教學(xué)方法和課程內(nèi)容；開展教學(xué)研討，集體備課，研究教學(xué)內(nèi)容與方法以及思政建設(shè)等。團(tuán)隊(duì)積極通過科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化和生產(chǎn)實(shí)習(xí)指導(dǎo)等方式與油田現(xiàn)場緊密結(jié)合，不斷豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。此外，團(tuán)隊(duì)充分有效地利用學(xué)校優(yōu)質(zhì)思想政治教育資源，積極促使專業(yè)課教師與思政課教學(xué)名師、示范教師、骨干教師交流學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)集體備課，幫助團(tuán)隊(duì)教師提升思想覺悟。

巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室依靠“石油與天然氣工程”國家“雙一流”學(xué)科，擁有“油氣資源探測與鉆探”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、“石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”“中國石油天然氣集團(tuán)公司儲(chǔ)層改造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”“中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)深層巖石力學(xué)專業(yè)委員會(huì)”平臺。邀請國內(nèi)外石油行業(yè)巖石力學(xué)領(lǐng)域知名專家，針對國內(nèi)外非常規(guī)儲(chǔ)層開發(fā)時(shí)與巖石力學(xué)相關(guān)的熱點(diǎn)問題，共同交流實(shí)際工程案例，研討解決思路、設(shè)計(jì)方案和計(jì)算方法，提高科研能力促進(jìn)教學(xué)機(jī)制。

（二）建設(shè)精品教材和教學(xué)資料

近15年來，石油工程巖石力學(xué)發(fā)展突飛猛進(jìn)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)緊跟時(shí)代步伐，鎖定非常規(guī)油氣開發(fā)、地質(zhì)工程一體化、人工智能大數(shù)據(jù)等，編寫并出版學(xué)術(shù)專著和教材8部。其中《石油工程巖石力學(xué)基礎(chǔ)》被指定為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，《石油工程巖石力學(xué)》《井壁穩(wěn)定力學(xué)》成為國內(nèi)石油相關(guān)領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合國內(nèi)外非常規(guī)油氣勘探與開發(fā)新形勢與新難題，撰寫補(bǔ)充教材《石油工程巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)》（富媒體），修訂《石油工程巖石力學(xué)基礎(chǔ)》第二版和英文版，包括相應(yīng)的PPT、KEYNOTE電子資源。在中國石油大學(xué)（北京）石油工程專業(yè)本科生教學(xué)中獲得良好效果。針對非常規(guī)油氣高效開發(fā)，編寫專著《水力壓裂物理模擬理論與方法》和《非常規(guī)儲(chǔ)層穿層壓裂理論與關(guān)鍵技術(shù)》，在傳統(tǒng)常規(guī)儲(chǔ)層的石油工程巖石力學(xué)地應(yīng)力、井壁穩(wěn)定和水力壓裂等基礎(chǔ)知識和解題思路的基礎(chǔ)上，融入深層、超深層領(lǐng)域的高溫高壓巖石力學(xué)特點(diǎn)，以及非常規(guī)儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)應(yīng)力場、長水平段井壁坍塌和縫網(wǎng)壓裂的前沿知識點(diǎn)。

基于OBE理念編制“石油工程巖石力學(xué)基礎(chǔ)”課程中英文教學(xué)大綱、教案、日歷、教材和習(xí)題集等教學(xué)資料和課程質(zhì)量評價(jià)機(jī)制［1-2］。補(bǔ)充教材和圍繞專著石油工程巖石力學(xué)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和水力壓裂物理模擬，引入大量科研案例，專業(yè)針對性更強(qiáng)，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程分析和工程創(chuàng)新等能力。將課程思政理念融入人才培養(yǎng)體系中，充分梳理課程中的思政元素，使課程具有更強(qiáng)的專業(yè)針對性的同時(shí)，提高課程思想政治的質(zhì)量和水平。此外，還將思政教育貫穿于課程教育教學(xué)全過程。優(yōu)化課程評價(jià)機(jī)制，將學(xué)生的思想健康狀況、成長感受體驗(yàn)、課程收獲運(yùn)用、指導(dǎo)幫扶進(jìn)步等納入教育教學(xué)評估范圍。

四、混合式全方位教學(xué)模式建設(shè)

（一）交叉融合學(xué)科自適應(yīng)課程體系

隨著非常規(guī)油氣資源的開發(fā)力度不斷加大以及勘探開發(fā)環(huán)境的不斷復(fù)雜化，人們對巖石力學(xué)的關(guān)注度日益提高。學(xué)科細(xì)分是學(xué)科發(fā)展的趨勢，但是油田所遇實(shí)際問題往往是綜合性的，這就需要在不同方向?qū)W科交叉。當(dāng)今油氣地質(zhì)勘探—油氣井工程—油氣田開發(fā)—油氣儲(chǔ)運(yùn)等學(xué)科正打破傳統(tǒng)學(xué)科壁壘，不斷融合與發(fā)展。巖石力學(xué)作為連接上述專業(yè)學(xué)科的樞紐，團(tuán)隊(duì)抓住學(xué)科結(jié)合點(diǎn)，以培養(yǎng)綜合創(chuàng)新能力為目標(biāo)，依照“相互滲透，相互融合，繁榮共生”的原則，構(gòu)建課程體系。依靠學(xué)校產(chǎn)學(xué)研優(yōu)勢，抓住行業(yè)的前沿性，將學(xué)科交叉、學(xué)科滲透、實(shí)踐教學(xué)等措施落實(shí)到教學(xué)全過程，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。針對前期本科、博士研究生教材和課程體系的設(shè)置存在年級性與階段性過強(qiáng)的問題，凝練石油工程巖石力學(xué)課程主體技術(shù)難題、發(fā)展趨勢，構(gòu)建與石油工程巖石力學(xué)相關(guān)的現(xiàn)場典型實(shí)例的分析課程體系，形成石油工程巖石力學(xué)本博一體化課程體系。

（二）工程案例—實(shí)驗(yàn)演示—生產(chǎn)實(shí)習(xí)“三位一體”

課程團(tuán)隊(duì)將非常規(guī)儲(chǔ)層巖石力學(xué)典型工程問題和科研成果引入教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容補(bǔ)充現(xiàn)有教材尚缺乏的內(nèi)容，頁巖、煤巖、碳酸鹽巖、儲(chǔ)氣庫、水合物等的科學(xué)研究引入教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)行業(yè)發(fā)展趨勢，提升教學(xué)質(zhì)量，打造科教融合。不局限于課本上的傳統(tǒng)知識，結(jié)合在中石油、中石化和中海油課題合作中的典型工程案例和熱點(diǎn)問題，充分融入現(xiàn)場前沿知識點(diǎn)［3］。構(gòu)建新的知識體系、訓(xùn)練新的邏輯思維和解決問題能力。

課程團(tuán)隊(duì)增加演示實(shí)驗(yàn)課時(shí)，開展本博“共享式”水力壓裂、三軸實(shí)驗(yàn)教學(xué)，本、碩、博共享實(shí)驗(yàn)室能讓儀器設(shè)備能獲得最大化的利用。此外，積極建設(shè)VR實(shí)驗(yàn)場景，拓展虛擬可視化仿真實(shí)驗(yàn)［4-5］。

協(xié)調(diào)校企聯(lián)系，確定長慶油田采油三廠為中國學(xué)生和留學(xué)生實(shí)習(xí)教學(xué)基地；依托校企合作科研項(xiàng)目，深入油田一線開展應(yīng)用性基礎(chǔ)研究，形成“廠內(nèi)廠外相互融合，課內(nèi)課外共同發(fā)展”的實(shí)習(xí)模式。此外，鼓勵(lì)石油工程專業(yè)畢業(yè)生到西部和油田基層工作，促進(jìn)西部現(xiàn)代化建設(shè)。

（三）線上線下混合式全方位教學(xué)模式探索

授課內(nèi)容故事化，使學(xué)生身臨其境，思路追隨故事情節(jié)；將抽象知識形象化，動(dòng)畫輔助教學(xué)，形象地還原知識原理；注重科教融合，增強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)識和理解；注重素材選取，線上素材圖文并茂、線下素材通俗易懂。課程教學(xué)素材的選擇注重圖文并茂，內(nèi)容布局包含50%文字、20%圖片、30%空白，整體顏色不超過3種［6］。

課堂教學(xué)可采用多種教學(xué)形式與學(xué)習(xí)形式，其特點(diǎn)朝著個(gè)性化和自主化的方向發(fā)展。巖石力學(xué)團(tuán)隊(duì)將互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用到大學(xué)教育環(huán)節(jié)，構(gòu)建課程“智慧樹”“學(xué)堂在線”（中英文）慕課，開通“課程群”、微信公眾號、石油云智慧平臺等學(xué)習(xí)交流平臺，其中石油云智慧平臺包括石油地質(zhì)、地球物理、鉆完井、油藏工程和采油工程等多個(gè)模塊。此外，還建設(shè)了基于CDF（Computed Document Files）的互動(dòng)式課件群，促進(jìn)國內(nèi)、國際慕課建設(shè)。這些學(xué)習(xí)平臺能實(shí)現(xiàn)課程要求、授課教案、習(xí)題集、試題集等線上傳輸，網(wǎng)上答疑，網(wǎng)上討論等師生和生生互動(dòng)，多渠道對學(xué)生進(jìn)行課堂外教學(xué)和輔導(dǎo)。同時(shí)在研究生或從事科研、工程技術(shù)的一線人員中也進(jìn)行推介。

探索智慧教室授課+案例教學(xué)+視頻+討論+競賽多手段教學(xué)方式，結(jié)合線上線下混合式全方位教學(xué)模式探索，根據(jù)不同的培養(yǎng)目標(biāo)，因材施教，靈活多樣地培養(yǎng)，構(gòu)建基礎(chǔ)、工程和特色相結(jié)合的本博一體化課程教學(xué)體系。此外，教學(xué)團(tuán)隊(duì)定期發(fā)放在線調(diào)查問卷，實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)和意見反饋，調(diào)整、優(yōu)化授課方式，已形成成熟的教學(xué)模式。

五、改革實(shí)踐效果

巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室長期致力于石油工程巖石力學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)，發(fā)揮領(lǐng)航帶頭作用，對石油工程巖石力學(xué)課程進(jìn)行系列改革，成果頗豐。

相關(guān)研究成果獲得了國家級教學(xué)成果獎(jiǎng)兩項(xiàng)，中國學(xué)位與研究生教育學(xué)會(huì)研究生教育成果獎(jiǎng)兩項(xiàng)，北京市教學(xué)成果獎(jiǎng)1項(xiàng)，申報(bào)北京市級教改項(xiàng)目1項(xiàng)，學(xué)校優(yōu)秀教學(xué)成果獎(jiǎng)1項(xiàng)，校級教學(xué)改革項(xiàng)目11項(xiàng)。培養(yǎng)本博一體化學(xué)生12人，發(fā)表教改論文18篇。

課程“學(xué)堂在線”（中英文）慕課上線，完成三輪教學(xué)，選課人數(shù)1.5萬；“智慧樹”平臺上線，運(yùn)行完成兩學(xué)年；“石油云”平臺在2017—2022年間瀏覽量超過244 700次，運(yùn)行效果良好。覆蓋范圍達(dá)到全國各個(gè)石油院校和各大油田現(xiàn)場。

任侯冰主講的北京市優(yōu)質(zhì)本科課程“石油工程巖石力學(xué)基礎(chǔ)”，教學(xué)效果良好，獲得師生一致好評的同時(shí)，教學(xué)專家也給予了高度評價(jià)。學(xué)生課后反饋通過該課程學(xué)習(xí)掌握了石油工程巖石力學(xué)基礎(chǔ)知識，為研究生學(xué)習(xí)和現(xiàn)場服務(wù)奠定了基礎(chǔ)。據(jù)中國石油大學(xué)（北京）教務(wù)處統(tǒng)計(jì)，2018、2019和2020年學(xué)生評教在校893門課程中排名分別為100、231和27（石油工程學(xué)院排名第1）。

自2019年提出本博一體化培養(yǎng)模式以來，涌現(xiàn)出大批優(yōu)秀學(xué)生代表，榮獲各類獎(jiǎng)學(xué)金，在國家級數(shù)學(xué)建模、國家級數(shù)學(xué)競賽、挑戰(zhàn)杯等學(xué)科競賽和中國石油工程設(shè)計(jì)大賽等專業(yè)競賽中多次獲獎(jiǎng)，并獲中國石油大學(xué)（北京）十佳大學(xué)生、優(yōu)秀研究生和先進(jìn)個(gè)人等多項(xiàng)榮譽(yù)。