互動式教學模式在油氣層滲流力學教學中的探索

郭晶晶　王海濤

摘要：針對油氣層滲流力學課程的內容特點和石油工程專業特點，本文在對油氣層滲流力學課程教學中存在的難點進行分析的基礎上，對互動式教學模式在油氣層滲流力學教學中的應用進行了探索研究，指出可以利用“設疑法”、“課堂討論法”等方法以及現代信息技術環境下的多種交流平臺來提高油氣層滲流力學課程課堂教學效果、培養學生的創新能力和工程應用能力。

關鍵詞：油氣層滲流力學；互動式教學；石油工程；教學效果

油氣層滲流力學是流體力學的一個分支，是研究石油、天然氣等油氣藏流體在地下多孔介質儲層中流動規律的一門學科，該課程是油氣田開發與開采的理論基礎，也是國內外相關石油高校石油工程、海洋工程等專業的核心專業基礎課程。長期的教學實踐表明，該課程也是石油工程相關專業最難的專業課程之一，主要表現為老師難教、學生難學、教學效果差。而該門課程又是其他許多后續專業課程的基礎，在石油工程專業學生知識體系構建和專業能力培養過程中起著重要的作用。如何有效地提高油氣層滲流力學課程的教學效果和課堂教學質量，培養學生的創新能力，教會學生解決地下流體滲流問題的理論及方法，為后續相關專業課程的學習打下堅實的基礎，也是眾多滲流力學教師在努力思考及積極探索的一個難題。

教學是一項復雜的人才培養活動，是指在特定的社會環境中，為達到一定的培養目的和要求，由教師和學生雙方共同組成的雙邊活動。本文基于石油工程專業學科特點、石油高校油氣層滲流力學課程教學難點以及油氣層滲流力學課程的內容特點，結合筆者教學實踐，淺談幾點對互動式教學法在高校油氣層滲流力學教學中應用的觀點。

一、油氣層滲流力學課程教學存在的問題

分析油氣層滲流力學課程教學難、學習難的原因，主要有兩方面：一方面是由于課程本身內容體系的原因，該門課程是建立在多種學科基礎之上的應用科學。課程中專業概念和方程較多且易混淆、理論推導及求解過程復雜、知識系統性較強，學生在學習本門課程之前，要先具備石油地質、油層物理、高等數學、流體力學等相關領域的知識，任何一方面知識的缺失都會導致該門課程學習過程中遇到困難。此外，本門課程研究的是油、氣、水在地下儲層中的運動規律，研究對象及流動過程抽象，油、氣、水在地下多孔介質迂曲通道中的滲流不像明渠流、河流、地面管流那樣直觀，學生在學習的過程中缺少直觀體驗，這也給學生理解教材內容帶來了一系列障礙。

另外一個更重要的原因則是油氣層滲流力學現有課堂教學模式的局限性。目前國內石油高校油氣層滲流力學的教學大多采用傳統的講授式教學方法，即老師在講臺上賣力講授、學生在臺下靜靜地坐著聽、記。而在整個課堂教學過程中，缺乏教師和學生之間的有效互動，忽略了學生的主體性，不能有效激發學生的自主能動性和參與課堂的積極性。再加上該課程又涉及繁多的專業概念及大量的數學推導，學生缺少直觀體驗，課堂上、課后學生與教師的有效互動交流又很少，絕大多數學生在學習該門課程的時候都是被動記憶大量的公式、推導過程及結果，而對于這些公式背后的物理含義、解決問題的思路和方法則不去深究。往往在課程結束后，學生可以背出教材中的公式，但卻無法有效利用這門課程中蘊含的方法和思路去分析和解決哪怕是一個簡單的單相原油滲流問題，這就偏離了油氣層滲流力學這門課程想要達到的培養目的。

綜上，油氣層滲流力學課程本身的教學內容體系決定了這門課程的“教”和“學”的難度，在現有課程教學內容體系下，教師如何采用有效的教學方法來激發學生對本門課程的學習興趣以及對課堂教學的主動參與積極性，使學生真正學到和掌握對地下流體滲流規律分析的方法和思維，對于提高課程教學質量、培養學生的創新能力具有重要意義。

二、油氣層滲流力學課程互動式教學模式探討

在眾多教學方法中，互動式教學是提高教學質量、實現有效教學的一種重要手段，互動式教學方法注重強調“教”與“學”雙方——教師和學生的有效互動和交流，從而真正發揮教師的主導作用和學生的主體作用。互動式教學方法的具體實施形式有多種，根據油氣層滲流力學課程的教學內容以及石油工程專業學生培養目標和特點，可采取問題式、討論式等方法來達到提高油氣層滲流力學課程教學效果的目的。

1.巧妙設疑，激發學生興趣，引導學生思路

油氣層滲流力學課程涉及到地質、流體力學、油層物理等方向的專業概念以及復雜的偏微分方程推導、求解等知識，很容易讓學生產生乏味、枯燥乃至畏懼的心理，進而對課程的學習產生抵觸心理，降低學習效率。通過選擇合理的問題，利用設疑的方法，引發學生思考，當其產生疑問而用現有知識又無法釋疑時，就會刺激學生產生求知欲望，從而主動參與教學過程，在此基礎上再引導學生對問題中反映出的規律和理論進行總結。這樣一來，學生對該知識點的理解和掌握會更深刻，可以有效提高學習效果。

例如在講解該課程中“儲層巖石滲透率”這一知識點時，在講解滲透率概念之前，可以首先向學生們展示兩張具有同樣外觀尺寸、孔隙體積以及孔隙度的巖石圖片，然后讓學生思考如果在這兩塊巖石上施加同樣大小的壓差，為什么通過這兩塊巖石的水流量會不相同。這一設疑過程中涉及到了學生之前掌握的巖石外表體積、孔隙體積、孔隙度等概念，但學生會發現利用這些已知的概念無法解釋這一現象。此時學生就會自然而然地產生好奇心，接下來教師就可以引入達西實驗，并引導學生一步步對實驗數據進行分析，找出影響實驗結果的因素，最終給出滲透率的概念。學生在這一過程中，會對巖石滲透率的物理含義、測量過程包括它在流體流動中的作用有更深刻的認識和體會。

又如在講解“鏡像反映法”這一節內容時，可首先帶領學生一起回顧一下之前學過的油井產量計算公式，而后向學生們拋出疑問：如果油井附近存在一條直線斷層，此時油井的產量應該怎么計算？是不是等于之前油井產量的二分之一？如果不是二分之一，應該是多少？學生們會根據自己直觀的經驗判斷給出一個答案，當發現自己答案錯誤的時候，學生就會自然而然地想知道為什么不是一半產量，又到底應該怎么算此時的油井產油量，如此即可一步步引出鏡像反映法的原理、物理含義及計算方法。而后再拋出下一步疑問：如果井周圍是直角斷層，又該如何計算油井產量？通過這樣一步步引導學生進行思考，學生不僅會對鏡像反映法的物理含義、具體計算方法留下深刻的印象，也可培養學生思考問題及對比分析問題的能力。

采用設疑互動教學時，教師要在備課時對油氣層滲流力學課程內容進行仔細梳理，注意選擇出適合于設疑教學的知識點，這些知識點不僅要求要具備一定的專業難度，而且還要注重與生活中學生們能觀察到、想象到的現象相聯系、相類比，這樣學生才會對問題產生興趣，進而通過這些現象、問題去思考，加深對所學課程內容的掌握程度。

2.組織課堂討論，啟發獨立思考，培養工科應用能力

油氣層滲流力學作為石油工程等工科專業的必修課程，其教學目的不僅僅是希望學生記住教材中的理論、知識點，更重要的是希望通過教材內容的講授，培養學生獨立思考及解決實際工程問題的能力。課堂討論法作為互動教學的一種手段，可有效啟發學生自主思考，并培養學生實際分析問題、解決問題的能力。

課堂討論教學的一般組織形式是，教師首先選擇合適的主題，要求學生課后獨立思考、查閱資料，而后回到課堂對該知識點進行自己的闡述。在這一過程中，學生從被動地接受老師講授知識轉變為自己去主動思考、查找文獻、總結歸納，自己獲得的第一手知識印象更深刻，掌握程度也更高，并從中學會了獲取新知識、解決問題的思路和方法。此外，對于同一問題，每個同學思考的切人點、側重點都有所不同，借助課堂討論，也可以使學生對這一知識點的認識更加全面，也間接鍛煉了學生從不同角度去思考、解決工程實際問題的能力。

在油氣層滲流力學課程中，通過對課程內容、教學重難點的梳理，教師可以從中凝練出若干油氣田開發中的熱點問題作為課堂討論主題，鼓勵學生在自主思考、文獻資料檢索的基礎上進行討論。例如目前世界范圍內的頁巖氣革命，結合油氣層滲流力學課程內容體系，可就以下幾個方向引導學生討論：頁巖氣、煤層氣等非常規天然氣的流動規律是否滿足傳統達西定律？如何利用前面章節學到的單相流體滲流理論建立過程來建立適用于頁巖氣藏的流動模型？在頁巖氣流動過程中，如何考慮吸附氣對流動的影響？

對于課堂討論形式，教師應盡可能選取與當前滲流力學領域內研究熱點結合較緊密的課程內容重點作為討論的主題，并要注意在學生查閱資料過程中的指導作用，及時糾正學生認識上出現的偏差，以及在課堂討論環節中幫助學生共同進行歸納、總結。通過這樣一種方式，學生在教師的指導下，學會了如何通過自主思考和討論來主動地構建知識體系，所得到的認識更加鮮活、深刻，學生與教師間的關系在這一過程中也會變得更為融洽，更有利于課程其他內容的互動教學。在這一過程中，學生也熟悉了“分析-文獻查閱-討論-總結”這一套研究方法，有助于提高學生今后走向工作崗位、解決油氣田實際開發工程問題的能力。

3.充分利用信息技術手段，構建互動平臺

由于大學管理方式、課程設置、學校教室安排等諸多因素的影響，有的專業課程可能每周只上一到兩次課，課堂休息時間間隔往往也比較短，學生在課間與專業課教師進行答疑、交流的機會往往較少。以筆者所在高校為例，雖然包括油氣層滲流力學在內的多數專業課程都安排了專門的課后答疑和輔導時間，但一般每周只有一次答疑時間，無法及時、有效地解決學生在課后做作業、復習過程中遇到的問題。微信等交流平臺的使用，使得教師與學生之間的交流方式更加多樣，交流時間不再局限于課堂和答疑時段，交流地點也不僅僅局限于教室和辦公室，可以更及時地對學生在學習中遇到的問題、疑惑進行解答，及時了解學生學習過程中的難點、困惑點，及時調整教學策略，實現課堂內外教師與學生的有效互動，提高教學效果。

三、結束語

油氣層滲流力學課程本身的內容特點決定了該課程教與學的難度，單純的“教”很難達到預期的教學效果和培養目的。采用互動式教學模式，充分認識教師和學生在教學這一活動中的共同主體地位，綜合利用設疑法、討論法以及借助信息化互動交流平臺，讓學生有效地參與到課程教學中來，實現“教”與“學”的有機統一，才能有效提高課程教學效果，也有助于學生工程應用能力、實際解決問題能力的培養。