基于二維碼技術(shù)的非牛頓流體流變性教學(xué)方法研究

高祥森 劉葉 時(shí)鳳霞 董燕

摘 要：非牛頓流體是石油、石化生產(chǎn)中最常見的流體。學(xué)生掌握其流變性是研究原油、鉆井液等復(fù)雜結(jié)構(gòu)流動(dòng)的前提條件。然而傳統(tǒng)課程的教學(xué)效果不佳。隨著手機(jī)與微信的普及，二維碼已廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)領(lǐng)域。作者經(jīng)多年摸索與實(shí)踐，初步形成了一套基于二維碼技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。教學(xué)效果表明，該模式對提高學(xué)生興趣，降低學(xué)習(xí)難度具有顯著作用。

關(guān)鍵詞：二維碼；非牛頓流體；流變性；翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）17-0116-04

Abstract： Regular Formation Pore Pressure estimation methods mainly focus on straight wells. For those highly deviated wells， especially in the deviated segments， pore pressure estimation methods should be different from straight wells because of the special well trajectory. This paper proposes one formation pore pressure estimation method specially for the deviated segments， thus enlarging the well types for pore pressure estimation. Using this method， one well example is illustrated and proves good application effect.

Keywords： Highly deviated well； Horizontal well； Formation pressure； Mudstone anisotropy correction； Vertical depth correction.

石油工程領(lǐng)域涉及的流體大多數(shù)屬于非牛頓流體，如原油、鉆井液、完井液和壓裂液等。非牛頓流體種類繁多，流變性比較復(fù)雜，造成初學(xué)者學(xué)習(xí)難度大、學(xué)習(xí)興趣不足、課堂參與度較低等問題。二維碼是一種目前已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)終端交流方式，具有簡便快捷、信息傳遞量大且形式多樣的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地突破傳統(tǒng)課堂“單向式”教學(xué)方式，解放學(xué)生手腳，發(fā)散學(xué)生思維，給予他們更高的學(xué)習(xí)自由度。本文采用了一套基于二維碼技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式講授非牛頓流體流變性，取得了較好的教學(xué)效果。

一、基于二維碼技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

在大量國內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上，聯(lián)系實(shí)際授課中出現(xiàn)的問題，結(jié)合二維碼教學(xué)平臺的技術(shù)優(yōu)勢，我們通過不斷摸索與創(chuàng)新，總結(jié)出了“網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建→課前自主學(xué)習(xí)→課堂引導(dǎo)式教學(xué)→教學(xué)反思”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。

（一）網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建

網(wǎng)絡(luò)終端移動(dòng)設(shè)備的普及與二維碼信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，既是實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的基礎(chǔ)，也是與傳統(tǒng)課堂的重要區(qū)別。因此，只有構(gòu)建出優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源才能為學(xué)生自學(xué)提供先決保障。這一環(huán)節(jié)的主要任務(wù)是根據(jù)教學(xué)目的，為學(xué)生優(yōu)選或開發(fā)相關(guān)學(xué)習(xí)視頻，上傳到二維碼開放平臺，生成二維碼并分享給學(xué)生。

（二）課前自主學(xué)習(xí)

在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中，新授知識大多被放在課前，由學(xué)生掃描二維碼后自主完成。這使得原本有限的課上時(shí)間得以延伸。在這一環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)根據(jù)授課目標(biāo)，認(rèn)真分析學(xué)情，針對重點(diǎn)與難點(diǎn)，為學(xué)生設(shè)計(jì)好自學(xué)思路并制作自學(xué)任務(wù)單。任務(wù)單包括學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)記錄、思考題等。學(xué)生通過掃描二維碼接收自學(xué)任務(wù)單，在觀看視頻的同時(shí)，完成相關(guān)題目并在線提交。學(xué)生自學(xué)中遇到問題后，可以通過在線平臺（如QQ群、微信群和藍(lán)墨云等）與師生線上互動(dòng)討論，或整理歸納后提交給教師。教師獲得反饋問題與線上答題情況后，分析學(xué)生對內(nèi)容的掌握進(jìn)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自學(xué)難點(diǎn)或理解誤區(qū)，以便備課時(shí)更加具有針對性。

（三）課堂教學(xué)

這一環(huán)節(jié)分為四個(gè)階段。第一階段，教師總結(jié)二維碼網(wǎng)絡(luò)終端下的自學(xué)情況，如解答學(xué)生疑惑，指出自學(xué)中的共性問題等。對于新開課，教師還應(yīng)講解新教學(xué)內(nèi)容中的基礎(chǔ)概念，為學(xué)生下一階段學(xué)習(xí)奠定理論基礎(chǔ)。第二階段，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)、觀摩、討論等形式自主探索新的學(xué)習(xí)目標(biāo)。以本節(jié)課為例，學(xué)生在熟悉了非牛頓流體的流變現(xiàn)象與流變方程后，用實(shí)驗(yàn)儀器觀察鉆井液的圓管層流，分析賓漢流體結(jié)構(gòu)流的形成原因并推導(dǎo)理論公式。第三階段，教師深化理論講解，對學(xué)生推導(dǎo)過程加以完善和修正，進(jìn)一步推進(jìn)學(xué)生對非牛頓流體理論的認(rèn)識。第四階段，學(xué)生再次利用實(shí)驗(yàn)儀器，驗(yàn)證理論的正確性。課堂學(xué)習(xí)與課前自學(xué)一脈相承，學(xué)生與教師共同推動(dòng)課堂進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體、教師為輔導(dǎo)的翻轉(zhuǎn)課堂。

（四）教學(xué)評價(jià)

相比傳統(tǒng)課堂的單一的評價(jià)模式（平時(shí)成績+考試成績），基于二維碼技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂增加了評價(jià)項(xiàng)目，使教學(xué)評價(jià)體系更為完善。（1）學(xué)生最終成績由預(yù)習(xí)成績、實(shí)操成績、理論成績、平時(shí)表現(xiàn)和考試成績五部分組成。通過二維碼在線學(xué)習(xí)情況給定預(yù)習(xí)成績，監(jiān)督學(xué)生積極落實(shí)自學(xué)項(xiàng)目；通過實(shí)操成績給定推動(dòng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐；通過在線答題與討論成績給定激起學(xué)生的主觀能動(dòng)性。（2）通過無記名打分方式評價(jià)任課教師，一方面客觀反映教師的教學(xué)效果，另一方面反饋學(xué)生對新教學(xué)模式的認(rèn)可度。建設(shè)新型全面評價(jià)體系，既有效地助推了師生認(rèn)真完成教學(xué)任務(wù)，又能客觀地反映教學(xué)過程中的成功與不足之處。只有師生共同努力，才能實(shí)現(xiàn)教學(xué)成果的最大化。

二、二維碼支撐“非牛頓流體流變性”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)（見表1、表2）

三、基于二維碼技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)評價(jià)

教學(xué)評價(jià)分為對教師的教學(xué)效果與學(xué)生的學(xué)習(xí)成績評價(jià)兩個(gè)部分。教師與學(xué)生互相評價(jià)，保證評價(jià)體系完整全面，為后續(xù)的課程改革提供重要參考依據(jù)。完成課程學(xué)習(xí)后，教師和學(xué)生需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提交無記名評價(jià)表（見下表）。學(xué)期末的校園評教結(jié)果顯示，97%的學(xué)生支持基于二維碼技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，認(rèn)為學(xué)習(xí)過程輕松，學(xué)習(xí)效率有所提高。同時(shí)，結(jié)課考試試卷分析結(jié)果顯示，與往年考試情況相比，非牛頓流體部分的錯(cuò)誤率明顯降低，說明學(xué)生對此教學(xué)方法的認(rèn)可度較高。

（一）對教師的評價(jià)（見表3）

（二）對學(xué)生的評價(jià)（見表4）

四、教學(xué)反思

教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，與傳統(tǒng)灌輸式教法相比，基于二維碼技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式更易被學(xué)生接受。靈活生動(dòng)且貼近生活的教學(xué)視頻降低了學(xué)習(xí)門檻，激發(fā)出學(xué)生探索知識的興趣。同時(shí)，學(xué)生樂于親近電子終端，掃描二維碼即可開始自學(xué)，在現(xiàn)象觀察中思考問題、相互討論，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)。線上答題檢驗(yàn)了學(xué)生的自學(xué)情況，為教師針對性備課提供了重要參考依據(jù)，提高了課堂教學(xué)效率。教師對學(xué)生的成績給定設(shè)計(jì)推動(dòng)了學(xué)生在教學(xué)過程中的主觀參與，使學(xué)生從被灌輸?shù)目腕w變成自主學(xué)習(xí)的主體。此外，二維碼后臺教學(xué)資源的構(gòu)建對任課教師的課程設(shè)計(jì)、知識擴(kuò)展能力提出了更高要求，促使教師與學(xué)生相輔相成，共同參與課程的教與學(xué)。基于此，二維碼支撐的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式必將在大學(xué)應(yīng)用型課程建設(shè)中發(fā)揮重要作用，為提升學(xué)生自主思考能力、實(shí)操能力、應(yīng)用能力打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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