應用PBL教學模式開展巖石物理實驗的教學實踐

韓學輝

中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東　青島　266580

應用PBL教學模式開展巖石物理實驗的教學實踐

韓學輝

中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東青島266580

摘 要：本文辯證分析了LBL教學模式和PBL教學模式的關系，探討了PBL教學模式在“巖石物理實驗”課程教學中應用的必要性和可行性。通過課堂討論、設計性實驗、主題研究報告3個途徑開展PBL實踐教學，引導學生學習實驗方法以及復雜儲層實驗方案設計，并就問題設置、教學組織、考核機制問題總結了心得體會。

關鍵詞：PBL；LBL；實驗教學；教學模式

“巖石物理實驗”是為勘查技術與工程專業學生開設的一門限選課，旨在傳授巖石物理實驗測試方法和技術，幫助學生明確實驗在地震、測井資料解釋中的“第二重刻度”的作用[1]。作為一門以實踐操作為主的課程，要求學生既能掌握基本實驗測量原理，又有較強的儀器操作能力、創造性學習及應用能力[2]。為了更好地實現這一目標，我們在課程教學實踐中通過課堂討論、設計性實驗、主題研究報告3個途徑引入了PBL教學模式[3]，并結合實踐情況就問題設置、教學組織、考核機制問題總結了心得體會。

一、LBL和PBL教學模式的辯證關系

LBL（Lecture Based Learning, LBL）指基于講授的教學模式，主要通過教師講授來傳授基本理論知識和基本概念，模式決定了教師的中心地位，而學生處于被動學習地位。LBL教學具有條理清晰、系統性強、易于組織的優點。但由于師生互動少，學生缺乏在學習中積極主動地發現、分析和解決問題的鍛煉。

PBL（problem based learning, PBL）指基于問題探討或者問題驅動的教學模式，通過以問題為基礎的討論式教學和啟發式教學傳授理論知識和基本概念，強調“以學生為中心”，教師僅起到引導作用。采用PBL教學模式有助于培養學生發現、分析、解決問題的能力。但由于問題很難涵蓋課程所有的技術內容，該模式教學很難保證教學內容的系統性。

可見，LBL教學模式和PBL教學模式各有利弊。辯證來看，把LBL教學講授的一般性理論、方法作為“知識面”，把PBL教學中討論的問題作為“知識點”， 采用雙軌模式實現“點”“面”結合才能相得益彰。

二、應用PBL教學模式的必要性和可行性

“巖石物理實驗”的教學目標是讓學生掌握基礎實驗測量理論和操作技能以服務于儲層的地震、測井資料解釋。由于測量方法、油氣藏地質特點和物理性質的復雜性，課程教學中要解決好3個差異性：（1）一般性實驗方法和特殊性實驗方法的差異性，涉及到實驗方法的適應性，如含伊利石、蒙脫石等吸水膨脹粘土巖樣的制備應使用煤油或鹽水等問題。（2）復雜儲層與常規儲層在測量參數、方案的差異性，是由復雜儲層的地質特點和開發方案等問題決定的，如水淹層的實驗要使用水或聚合物等驅替原油等問題。（3）參數之間理論關系的簡潔性與實際關系復雜性的差異性。如碎屑巖聲波時差與孔隙度、泥質含量關系還會受到巖石結構、成巖作用的影響而導致復雜化等問題。若忽視這三個差異性，單純采用LBL教學，雖然能夠保證教學的系統性，但無助于學生在思考和實踐中深刻體會復雜儲層實驗及評價問題產生的來源和解決方法，不利于培養創造性思維。

從教學模式上看，在應用LBL教學模式講授常規儲層的一般性實驗方法和方案后，積極引入PBL教學模式，讓學生通過小組討論來分析實驗方法的適應性以及復雜儲層在地質特點、實驗測量參數、實驗測量方法、實驗方案以及儲層參數評價模型的特殊性是可以實施的，更有助于培養學生發現、分析、解決問題的能力。立足于LBL教學模式，積極引入PBL教學模式，采用雙軌教學模式是符合LBL和PBL教學模式的辯證關系的，有助于提高教學效果。

三、PBL教學方法的實踐

根據教學大綱規定的課程教授內容、時間和教學資源情況，筆者在教學中主要采用了課堂討論、設計性實驗、主題研究報告3個途徑開展了PBL教學模式的實踐。

1．課堂討論

課堂討論這種PBL教學法適合在教學中穿插使用，筆者主要將其用于某一性質的實驗方法的實施步驟、適用性分析以及不同實驗方法的比較分析等內容的講解上。（1）教師備課時，結合教學內容設置思考問題；（2）講課中穿插或下課前提出問題；（3）請各組同學討論后回答問題，同時鼓勵同學、老師相互提問；（4）總結、討論問題的答案。例如：在孔隙度測量方法一課，在介紹封蠟排液法測量巖樣總體積的原理、實驗器材后請學生討論如何利用實驗器材測量得到巖樣總體積以理解原理、測量方法、測量步驟及數據分析方法；在講完巖樣總體積、骨架體積和孔隙體積測量方法后，請同學們考慮如何在巖電實驗中選擇孔隙度測量方法能夠保證孔隙度和膠結指數測量的對接。

這些啟發式的問題為學生提供主動思考的機會，課堂討論既活躍了課堂氣氛，又有助于同學們通過思辨加深對實驗測量方法和實驗測量流程的認識。

2．設計性實驗

為了幫助學生弄清實驗測量方法的差異性、巖石物理性質參數之間的關系以及考慮到儲層的非均質性等問題，在理論課采用LBL教學模式介紹典型案例后，筆者在實驗課中引入了設計性實驗教學的研究型實驗來引導學生做探究性的學習[4]。實施這種PBL教學法的做法是：（1）在理論課上布置研究小課題，設定實驗目的、要求和實驗條件，小課題主要涉及兩物理性質或多個物理性質之間的關系并探討其物理原理、外界條件的影響等內容。（2）讓學生課下討論完成實驗測量方法、實驗儀器選擇、實驗測量參數確定、實驗測量步驟、實驗操作的設計。（3）學生自主實施實驗，數據處理后提交書面實驗報告并推舉代表在課堂上匯報。為保證實施效果，筆者有意識地提供不同巖性、物性儲層的巖樣供同學們使用。例如：通過讓學生實驗考察氦氣法孔隙度與飽水法孔隙度的關系，引導學生明白水和氦氣在分子尺寸、粘度的差異性以及飽水法孔隙度使用的飽和度為100%這一假設條件在低孔低滲巖樣的孔隙體積測量的局限性；通過實驗考察滲透率或聲波速度與孔隙度、泥質含量的實驗統計關系，引導學生認清它們之間存在的負相關關系以及不同巖性之間的差異性，并學會建立滲透率或聲波速度的實驗統計公式以及應對儲層的非均質的方法等等。

通過這種設計性實驗，可以引導學生把所學到的實驗知識和技能靈活運用到解決實際問題或實際測量中去，促進學生的定性分析、定量計算能力與工程估算及實驗手段的結合，增加對科學實驗的程序和實施方法的了解，培養工程技術意識與綜合應用能力。

3．主題研究報告

為了幫助學生明白復雜儲層在測量參數、測量方案的特殊性并能夠形成系統性的認識，筆者在LBL教學中介紹了常規儲層的測井評價特點、實驗測量參數、實驗測量方法以及實驗流程設計后，將課程教學與同時開設的“測井數字處理與綜合解釋”課程教學有機結合，設置了“面向XX性質儲層測井評價的巖石物理實驗方案設計”的主題研究報告，引導同學們在解決問題中自主學習復雜儲層巖石物理實驗方法。具體地，要求同學們結合興趣和能力分組任選某一性質儲層后，扮演5個角色來解決4個基本問題。（1）扮演測井分析家，確定實驗項目的選取，即：基于儲層地質和工程特點，弄清楚該儲層測井評價參數有哪些，測井評價的難點在哪里，需要有哪些巖石物理實驗項目配合建立測井評價模型。（2）扮演實驗巖石物理專家或實驗室主任，組織實施實驗測量，即：針對測試項目的特點和測試要求，根據各項目之間的關系來設計實驗測試的技術流程，既能做到準確獲取實驗結果，又能夠保證測試效率。（3）扮演實驗室操作工程師，針對儲層的性質特點來組織實施各個實驗項目，確保實驗測量結果準確。（4）扮演匯報人及高級評審專家，匯報交流研究成果并互相評判方案的優缺點。

相對于課堂討論和設計性實驗，主題研究報告更強調學生綜合思考問題的能力，有助于學生從服務于儲層評價這一工程需要把所學知識系統地“串”起來，解決“為什么測”、“怎樣測”以及“如何總結提高”的問題，最終把課堂討論、設計性實驗里面涉及的知識“點”整合成知識“面”，在復習的基礎上進一步鞏固提高。

四、實踐的心得體會

實踐發現，PBL教學模式采用問題驅動的方式能夠調動學生學習的主動性和探究性，受到了學生的歡迎，取得了較好的教學效果。在實踐中，筆者也就問題設置、教學組織、考核機制問題得到了一些心得體會。

1．問題的設置

作為問題驅動的教學模式，教師應該特別注意問題的難易程度、綜合性和完成時間，做到既能夠保證授課的節奏和連貫性讓學生通過“點”“面”結合學好知識，又能夠保證學生順利解答問題而不挫傷學習的積極性。比較易于實施的做法是：（1）課堂討論設置的問題應該以啟發性為主，難度要小，確保學生在短時間討論后就能作答，2～3分鐘內完成一次課堂討論，每課時在授課中穿插或下課前安排2～3次討論，既適時活躍氣氛，又不因花費太多時間而打亂LBL教學的節奏而影響知識講授的連貫性；（2）設計性實驗的研究型小項目難度中等，任務明確，可按項目教學法實施[5]，確保學生通過討論確定實驗方案后利用1～2實驗課的課余時間就可以完成，以確保PBL教學和LBL教學在節奏上的同步；（3）主題研究報告難度中等偏上，強調綜合性，宜在授課伊始就布置，讓同學們一直帶著問題去學習、思考和完成，在課程結束時進行結題匯報。

2．教學的組織

在實施課堂討論、設計性實驗、主題研究報告時，宜采用“小組研討法”[6]。可實施的方法是：由學生自由選擇組成若干小組，通過小組內部討論、分析以及解決問題，采用小組間辯論的方式進行思辨來總結提高。“小組研討法”為學生提供了一個相互學習的舞臺，“看、想、聽、說”的學習過程能讓學生集思廣益、取長補短，不僅有助于活躍課堂氣氛，激發學生主動思考，還有助于培養學生之間相互學習、團結協作的精神。特別地，對于主題研究報告這一綜合性很強的任務更需要小組同學群策群力才能完成。

3．考核機制

為了更好地保證PBL教學模式的實施，適度引入考核機制以激勵學生的積極性是必要的。可以采用的做法是：根據各小組在課堂討論、設計性實驗、主題研究報告3個環節的表現評定平時成績基準分，再根據組內各同學的能力和活躍程度適當加分。其中，小組的平時成績基準分可由教師評分以及組間打分決定，同學能力分采用組內自評方式給分，活躍程度可根據學生代表小組發言、匯報的次數和效果打分。這樣，既將小組所有成員的工作看作一個整體來評價，又考慮了各小組成員的個性，有利于創造組內既互助又競爭的學習氣氛。

參考文獻：

[1] 曾文沖.油氣藏儲集層測井評價技術[M].北京：石油工業出版社，1991.

[2] 韓學輝.行為導向教學法在巖石物理實驗教學中的應用[J].中國石油大學學報(社會科學版)，2011，（S1）：159-161.

[3] 劉麗，高艷，張銘，等.PBL結合LBL雙軌教學模式在人體解剖學教學中的研究與實踐[J].首都醫科大學學報（社會科學版），2010，（S）：235-243.

[4] 袁錫炎.探究性實驗教學設計的理論與實踐探討[J].中國教育技術裝備，2006，(10)，21-22.

[5] 王建濤.目標行為導向教學模式淺析[J].職業教學研究，2010，(12)：51.

[6] 羅祖兵.小組討論學習的誤區與對策[J].教學與管理，2004，(4)：31-33.

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1006-9372 （2013）04-0063-03

收稿日期：2013-09-12；修回日期：2013-10-25。

作者簡介：韓學輝，副教授，主要從事油層巖石物理實驗和油藏儲層測井評價研究工作。

Practice and Experience of PBL Teaching Mode in the Teaching of Rock Physics Experiment

HAN Xue-hui
China University of Petroleum, Qingdao 266580, China

Abstract：The PBL teaching mode is employed in the teaching of rock physics experiment and some experience are obtained. Firstly, the relationship between LBL (Lecture Based Learning) and PBL (Problem Based Learning) is analyzed dialectically. Secondly, the necessity and feasibility of PBL teaching mode in the teaching of rock physics experiment is discussed. Thirdly, the practice of conducting students to learn the experimental methods and experiments design for the complicated reservoirs through the PBL methods which including class discussion, experiment design and research report for a certain topic are introduced. Finally, the way of setting problems, arranging classes and examining are summarized.

Key words：PBL; LBL; experiment teathing;teaching mode