仿真模擬在油層物理實驗教學中的應用

李春蘭

摘 要：油層物理課是石油工程專業必修課程，是一門以實驗為基礎發展起來的專業基礎課程。因此，油層物理實驗是油層物理課的必修環節。為提高實驗教學效果，針對油層物理實驗教學中存在的局限性和難題，編制了仿真實驗教學軟件。該文對仿真實驗教學的優越性進行了闡述，對油層物理仿真實驗教學軟件及應用情況進行了介紹。仿真實驗教學作為新的實驗教學模式的改革和嘗試，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：油層物理 實驗教學 仿真

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（b）-0112-03

Abstract：Petroleum physics is a required course of petroleum engineering.It is a specialized basic course based on experiments.So experiments is a compulsory part of this course.In order to improve the effect of experiment teaching，have written simulation software of experiment teaching，aiming at the limitation and difficulty in reservoir physics experiment teaching.This paper expounds the superiority of the simulation experiment teaching，and introducd the application of simulation software in reservoir physics experiment teaching.as a new reform and attempt，achieved good teaching results in experiment teaching.

Key Words：Reservoir Physics；Experiment teaching；Simulation

實驗教學是培養學生創新能力、解決實際問題能力、理論聯系實際能力的重要環節。實踐和實驗環節的缺失或薄弱，勢必造成理論與實踐的脫節，培養出來的學生高分低能，缺乏創新能力。這樣的學生很難適應社會的需求[1-3]。

實驗教學需要投入大量資金購買儀器設備，需要場地建設實驗室。近幾年學校招生規模迅速擴大，實驗室出現資金及實驗面積不足、設備臺套數不足、指導教師缺乏等問題。嚴重影響實驗教學質量。

隨著計算機多媒體技術的迅猛發展，仿真技術在各領域應用越來越廣泛。作為新的實驗教學手段，仿真實驗教學得到了廣泛應用。它具有開發、維護費用低，不受場地限制，功能強大等優勢。不僅可以節省很多的人力、物力和財力，而且還可以提高學生的興趣。

1 仿真模擬教學的優越性

與傳統的實驗教學相比，仿真模擬教學具有以下優勢[4-5]。

（1）節省成本。

由于專業實驗儀器通用性差，一般價格比較昂貴，維修困難。仿真軟件可以大大降低成本，不受臺套數限制。仿真實驗軟件的運行只需要一臺電腦，而目前電腦的普及程度非常高，已成為人們學習和生活的基本工具。電腦成本也越來越低。

（2）節省空間。

專業實驗儀器利用率低，購買大量儀器不僅需要大量資金，而且占用實驗室面積。大部分時間閑置，勢必會造成極大的浪費。仿真軟件的應用不受實驗地點限制，不需購置專門的實驗儀器。這樣就節省了空間。

（3）使用方便。

由于網絡的應用，學生無論在機房、在宿舍都可以開展實驗，不受地點限制。無論節假日、周末學生可以在任何時間開展實驗，不受時間限制。

（4）便于維護。

仿真軟件不像實驗儀器容易損壞，學生可以多次反復操作，而不用擔心出現儀器故障。

（5）可以實現實驗中無法完成的功能。

仿真實驗不僅可以完全模擬實際的實驗過程，它還可以實現實際實驗難以實現的功能。比如井下工具的結構及工作原理，利用實物很難讓學生看清楚，利用動畫則可以一目了然。氣錨的工作原理，老師在課堂上講解非常費時、費力，但利用動畫展示，氣錨分離氣液的過程看得清清楚楚。

（6）提高學生興趣及創新激情。

仿真動畫軟件色彩豐富，動畫效果好，學生有身臨其境的感覺。學生就會對實驗產生興趣。同時會刺激學生自己動手設計實驗、編寫實驗軟件的沖動。提高學生的學習興趣和創作激情。

（7）拓展實驗內容。

受學時、資金和場地的限制，一般必做的實驗項目內容相對簡單、時間短。因此，實際實驗使培養學生的實驗技能和創新能力受到一定限制。仿真實驗則可以很好地解決這一問題。學校只要少量投入，就可以編寫出拓展性實驗內容，供有興趣的學生學習使用。例如，相對滲透率曲線測定實驗，這是油田開發的一個基礎實驗，但實驗過程非常耗時，完成一個實驗需要數天時間。學生很難在實驗室開展這類實驗。利用仿真軟件就可以很輕松地掌握實驗的操作。

2 油層物理仿真軟件介紹

油層物理仿真軟件是采用Flash7.0編寫的。在Windows2000及更高版本的操作系統下均可運行。

實驗內容包括兩部分：基本參數測定實驗和拓展實驗。基本參數測定包括巖石孔隙度測定、巖石滲透率測定、比表面積測定和碳酸鹽含量測定四個實驗。拓展實驗包括毛管壓力曲線測定、相對滲透率曲線測定和巖石潤濕性測定三個實驗。

每個實驗是一個獨立的執行程序，包括四個模塊：實驗原理、實驗儀器、實驗操作步驟和數據處理。實驗操作模塊有實驗操作方法的配音解說、有字幕、有實驗操作。具有很好的人機交互功能。學生可以根據提示一步一步進行操作。圖1為仿真軟件的截圖。

3 軟件的應用及效果評價

目前軟件主要用于兩個方面：（1）必修實驗的課前預習。實驗課之前，學生配合實驗指導書在計算機上進行模擬實驗，等完全掌握了實驗過程再進入實驗室。（2）拓展實驗的自選學習。實驗室對學生開放，學生可以根據自己的興趣，利用仿真軟件自行學習自己感興趣的選修實驗內容。

仿真軟件在本科油層物理實驗教學中已應用了四屆，深受學生的歡迎。教學效果良好，通過仿真軟件的應用，提高了學生預習效率和預習效果，降低了實驗過程中的出錯率。通過拓展實驗，學生學到了更多的實驗內容。

4 仿真軟件編寫中注意的問題

（1）注重細節。

實驗的成敗和實驗精度很大程度上決定于實驗人員的細心程度，因此，仿真模擬要想收到好的效果，必須注重實驗細節的交代和動畫實現。

（2）提高仿真程度。

逼真的場景可以讓學生很快進入角色，提高教學效果。達到真實實驗所要達到的目標。

（3）必要的警示。

實際實驗操作過程中，不當的操作可能會損壞儀器，或者使整個實驗報廢，甚至對人體帶來危險。而仿真軟件可以多次重復。難以體會錯誤操作帶來的嚴重后果。因此，仿真模擬過程中的錯誤操作，必須給予必要的警示或相應的懲戒，以引起學生的足夠重視。

5 結語

仿真模擬打破了傳統的實驗教學模式，為傳統實驗教學模式注入了新的活力。為消除傳統實驗教學中存在的種種局限開辟了一條新路。仿真模擬不僅可以節約成本、節約空間，而且可以實現一些實際實驗無法實現的功能。仿真模擬對培養學生創新能力和實驗技能具有不可替代的作用。但是由于仿真模擬畢竟是對實際實驗的模擬，與實際實驗還是存在差異。因此，在實際教學過程中不能完全代替實際實驗。只能作為實際實驗教學的補充和擴展。因此，處理好仿真模擬與實際實驗之間的關系尤為重要。

參考文獻

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[3]王曉蒲，霍煎青，楊旭，等.大學物理仿真實驗和教學實踐[J].物理實驗，2001，21（1）：28-29.

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[5]注成為，高文，王行仁.虛擬現實技術的理論、實驗及應用[M].北京：清華大學出版社，1996.