面向專業改造升級的人才培養引導性平臺建設

付曉飛，楊二龍，王志華，張立剛

（1. 東北石油大學 石油工程學院，黑龍江 大慶 163318；2. 黑龍江工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050）

面向工業界、面向世界、面向未來，主動布局，應對新一輪科技革命和產業變革的挑戰，是持續深化工程教育改革、著力培養工程科技人才的著眼點和落腳點[1]。同時，這也就要求一方面加快培養新興領域工程科技人才，另一方面改造升級傳統工科專業，以使得在新工科建設再深化背景下，將成果導向教育理念運用并貫穿于傳統工科專業的改造和升級全過程，提升未來戰略必爭領域的人才培養質量及競爭力。正如教育部、工業和信息化部及中國工程院《關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃 2.0的意見》中指出：實施卓越工程師教育的改革任務和重點舉措之一便是注重產業需求導向，注重跨界交叉融合，注重支撐服務，統籌考慮新的工科專業和工科的新要求，改造升級傳統工科專業[2-4]。因此，充分發揮專業傳統優勢，以學生成長成才為中心，以專業服務面向的區域和行業未來產業發展對人才的需求為導向進行專業改造升級既具有現實意義，又有著戰略意義，尤其對于地方高校，這種探索和實踐對區域經濟發展和產業轉型升級將發揮有力的支撐作用。

與其他傳統工科專業一樣，石油與天然氣工程類專業在學科交叉性與綜合性方面較為單一，尤其與信息通信、電子控制、軟件設計等新技術的結合程度不夠緊密[5]。然而，以數字化、智能化和納米技術為主要特征的第五次油氣生產技術革命正在來臨，如果這些新型信息化技術在油氣生產領域能夠大規?？焖贁U散應用，必將大幅提升油氣開采效率、降低開采成本。根據中國石油集團經濟技術研究院的預測，到 2020年，數字化和智能化技術開始在全球油氣生產領域規?；虡I應用，到 2025年前后，在全球油氣生產領域大規模推廣，到2030年后，將得到全面應用[6-7]。數字化和智能化技術在油氣生產領域的應用可以將油氣采收率提高20%以上，而成本可以下降20%以上，這無疑將大大增加全球油氣資源量，提升油氣競爭力。顯然，智能化技術對油氣行業未來的這種引領對專業人才培養提出了新的、更高的要求，但同時也為其指明了方向。因此，以新工科建設為重要抓手，以行業發展趨勢為基石，面向石油與天然氣工程類專業的改造與升級，針對人才培養的實踐教學過程，依靠人工智能、大數據技術設計搭建智能化油田鉆采與輸運等引導性實踐平臺，并完善能力導向的實踐教學體系，形成以學生為中心的平臺運行與管理模式，將促進并強化學生多學科和跨學科知識和能力的培養。

1 石油與天然氣工程類專業改造升級的基本思路

我校石油與天然氣工程類專業依托石油與天然氣工程國家一級重點學科和油氣田開發工程、油氣井工程、油氣儲運工程國家二級重點學科，涵蓋有石油工程、海洋油氣工程和油氣儲運工程本科專業，其中石油工程和油氣儲運工程通過了工程教育專業認證。在省“雙一流”學科建設契機下，為更好地適應“新技術、新業態、新模式、新產業”對本專業人才的新需求，結合本專業特點，經反復論證，梳理了本專業改造升級的6條基本思路：

（1）立足石油與天然氣行業，堅持現有人才培養特色。專業的改造升級仍需著眼行業特點，充分發揮專業傳統優勢，在人才培養全過程中，如在畢業要求及指標點分解方面、在教學條件設施規劃建設方面、在教學產出衡量方面，需堅持體現專業特色，將特色育人作為專業建設和發展的基石。

（2）學科間交叉融合，拓展構建學生的專業知識結構。以新工科為啟發，以面向石油與天然氣行業未來發展為導向，分析學生應掌握知識的深度和廣度，融合人工智能、大數據等新興專業知識，拓展構建學生的專業知識結構，形成學生知識、能力、素質及適應未來產業發展并重的培養模式。

（3）全面落實各教學要素以學生能力為中心的理念?？紤]新工科教育與成果導向教育（outcome-based education, OBE）理念的結合是學科、專業建設和發展的途徑，也是教育教學的現實需求，在人才培養全過程中落實以學生為中心，包括課程體系、教學內容的設計突出滿足學生職業發展需要，教學資源、師資隊伍的建設與配置突出對學生能力提升的培養，教學組織形式及方法的靈活運用突出學生潛能的激發。

（4）持續深化產教融合，促進多方協同育人模式的有序運行。充分利用已有包括共建實踐教育中心、實習實訓平臺等在內的產學合作基礎，積極探索深化產教融合的新途徑，特別是瞄準工程教育認證對非技術能力培養的要求，完善以實踐類課程為主體的課程體系，形成非技術能力達成度的系統評價方法，促進校-企多方協同育人模式的有序運行，確保教育教學過程中對非技術能力的足夠重視和漸進式培養。

（5）注重學生個性發展，構建具有動態調整機制的個性化人才培養模式。秉承“強化實踐，提升能力；因材施教，多元發展”的人才培養理念，一方面著眼所定位的專業人才培養目標和畢業要求，另一方面又要從多元化人才培養的知識體系梳理、實踐教學體系改革及學生管理模式提升出發，形成兼具分類構建和可持續改進的個性化人才培養模式，助推適應技術和產業發展的多元化人才培養。

（6）挖掘德育元素，合力構建思政教育大格局。在圍繞大慶精神、鐵人精神育人的同時，深入推進課程思政教學改革，進一步挖掘課程教學及實習實訓中所蘊含的德育元素，力求專業課程與思政課程同向同行，產生聯動效應而履行人才培養中的價值引領與價值認同。

2 產業需求導向的人才培養引導性平臺建設

面對傳統專業的改造升級，需要更加注重產業需求導向，更加注重跨界交叉融合，更加注重支撐服務[8-10]。在新工科實施的促動下，石油與天然氣工程類專業人才培養自然應從滿足油氣工業發展向滿足與支撐引領油氣工業發展轉變，這樣，當著眼于專業實踐教學及其評價機制時，結合行業特征及發展，依靠人工智能、大數據等技術設計搭建相關實踐平臺，對于落實“對接產業、學生中心、產出導向”的理念、提升學生解決復雜工程問題的能力、確保畢業要求和人才培養目標的達成具有積極意義和引導作用。因此，圍繞石油與天然氣工程類專業的改造升級，聚焦油氣行業數字化的轉型浪潮，充分利用虛實結合的再現模式，設計搭建了智能化鉆井系統平臺、智能化熱力采油系統平臺、智能化采出液檢測與處理平臺及儲油庫滅火救援智能化操作平臺等引導性實踐平臺。

2.1 智能化鉆井系統平臺

針對油氣鉆井作業中動力驅動系統、起升系統、旋轉系統、循環系統、控制系統和鉆進參數監測采集系統互為關聯的復雜工程特征[11]，利用虛擬現實技術的優勢和學科融合，基于SCADA系統結構開發智能化鉆井系統平臺的設計見圖1。

圖1 智能化鉆井系統平臺設計

結合泥漿池、井架、頂驅裝置、鉆桿、液壓調節器等系列硬件設施，實現司鉆臺操控、頂驅開機操作、頂驅鉆進操作、頂驅起鉆操作、頂驅下鉆操作、電動鉆機轉盤下鉆操作、電動鉆機轉盤鉆進操作、電動鉆機起鉆操作、頂驅鉆機倒劃眼操作、活動解卡操作及正常起下鉆關井操作等。同時，學生能夠利用平臺設備庫，自主組建井場，輪崗多機多角色協同開展鉆井工藝操作，以及訓練井控溢流事件的智能化預警、識別與控制。平臺的沉浸性和實時交互性引導學生建立數字化思維，運用數字化信息分析工程問題、集成專業技術知識，并勾勒智慧油田鉆井技術的解決方案。

2.2 智能化熱力采油系統平臺

考慮蒸汽吞吐、蒸汽驅和蒸汽輔助重力泄油三種典型的熱力采油方法，融合對未來采油作業模式的思考與探索，建立智能化熱力采油系統平臺，如圖2所示。

一方面，平臺實現蒸汽吞吐工藝中注汽、燜井、采油工序的控制與模擬，以及油藏地質參數和原油流體性質對蒸汽吞吐效果的智能化預測和信息反饋；另一方面，實現蒸汽驅工藝中注采井網布置、驅替參數設置、前緣運移過程再現，以及溫度場變化與蒸汽超覆、汽竄的智能化、可視化描繪；同時，實現蒸汽輔助重力泄油工藝中布井方式優選、生產井井底溫度智能控制，以及溫度場、壓力場描繪和含油飽和度數據的智能統計分析。學生基于對該平臺數字化、智能化功能的開發運用，強化對知識的鞏固、能力的提升，構建多學科知識體系和能力體系，形成對未來油氣田“少人化、無人化、智能化”的深入認識和理解，并引導其對場景化、可視化智慧采油技術解決方案的思考與探索構建。

圖2 智能化熱力采油系統平臺設計

2.3 智能化采出液檢測與處理平臺

油田地面系統數據資料龐雜，尤其動態生產數據海量且各異，如何挖掘、分析、利用這些數據，并將其加工轉化為信息、知識，對于推進油田整體智能化建設和開發具有積極意義[12]。針對此，考量地面系統規劃設計中最為關鍵的采出介質特性描述和人工取樣化驗中降低勞動強度的現實需求，以及復雜性質采出液面臨的高效處理與工藝控制，設計搭建智能化采出液檢測與處理平臺，如圖3所示。

從原油流動性指標、含水率指標、多相流動參數指標、設備用能數據指標實現在線檢測、傳輸及歷史查詢，從游離水脫除到乳化水分離，實現采出液兩段處理工藝的智能化銜接、控制，并基于對生產數據的歸類挖掘分析，開展運行參數的實時優化調整。學生利用該平臺完成對采出液性質檢測分析、采出液破乳脫水處理模擬與效果評價的實踐訓練，以獲得畢業要求的知識和培養非技術性的能力，成為滿足未來油氣輸運技術發展需求的專業人才。

圖3 智能化采出液檢測與處理平臺設計

2.4 儲油庫滅火救援智能化操作平臺

儲油庫接收、存儲及向下游發出油品，是協調油田原油生產、加工、運輸與下游供應的紐帶，針對油品易揮發、易燃易爆、易產生靜電等特性對安全生產的高標準要求及潛在火災、爆炸威脅與事故的高效處置，設計儲油庫滅火救援智能化操作平臺，如圖4所示。

圖4 儲油庫滅火救援智能化操作平臺設計

基于三維虛擬現實技術、游戲交互技術和云服務技術，設計開發集庫區工藝切換、油氣濃度預警、不同火情再現、應急反饋、消防裝備調控及滅火救援于一體的儲油庫滅火救援智能化操作平臺。平臺在充分展現庫區功能智能控制、生產運行實時反饋及安全管理與保障的同時，引導學生掌握未來儲油庫智能化生產、安全監控及應急救援的概念。

這些以產業需求為導向的平臺搭建不但能夠使學生掌握知識，還基于多學科交叉創設真實或逼真環境使其體會場景，強化其知識的整合、貫通與呼應，是新工科促動工程教育改革背景下 OBE教育理念的一種范式。另外，這類面向專業改造升級的實踐平臺將引導學生對行業未來的發展與變革進行展望和思索，無疑也是工程教育中滲透學生終身學習、社會責任等非技術能力元素的有益舉措。

3 多方協同育人實踐教學模式及平臺運行機制構建

以能力為導向的人才培養模式除了以上述引導性平臺搭建為核心要素之一的專業牽動外，還離不開校企聯動，也就是兼顧專業和產業的發展，這便需要針對石油與天然氣工程類專業的特點，找準新工科建設和OBE理念的結合點，踐行多方協同育人，構建從基礎到專業、從專業到實訓、再到創新創業培養的立體化實踐教學體系，支持石油與天然氣工程類專業畢業要求的達成。當然，以產業需求為導向的人才培養引導性平臺還需構建相應的運行保障機制，形成有序而高效的運行模式。

3.1 實踐教學體系

按照畢業要求的指標點分解與其達成度評價，將已有根據本科生在讀學期和課程體系中油藏地質、油氣鉆井、采油采氣、油氣儲運專業方向為縱、橫軸線而形成的實踐教學體系進行重構。對于基礎類課程實驗教學項目，劃分到學科基礎實踐體系模塊，對于各專業方向課程（包括多學科交叉課程）實驗教學項目劃分到學科專業實踐體系模塊，對于認識實習、課程設計及生產實習等實習實訓類項目，劃分到實訓實踐體系模塊。同時，將創新實驗、各類賽事和通過“以帶動學生走進科技型中小企業為渠道，以利用科技型中小企業載體促進指導教師科技成果轉化為抓手”形成的特色化大學生創業活動劃分到創新創業實踐體系模塊，重構形成適應于石油與天然氣工程類專業改造升級的全方位、立體式實踐教學體系。另外，根植于與油田企業共建的實踐教育中心，深化產教融合，拓展校企合作，共享包括技術能力和非技術能力培養在內的優質資源，通過校企聯動，豐富圍繞專業改造升級的多方協同育人實踐教學模式，貢獻人才培養模式的整體設計與改進。

3.2 平臺運行機制

將資源配置和效益考核相聯系，從人才培養理念、平臺資源組織管理、考核評價及持續改進等方面構建了引導性人才培養平臺及多方協同育人實踐平臺的有效運行機制。

（1）秉持 OBE人才培養理念。在平臺運行中，始終堅持過程導向進行具體實施和操作，始終以學生的成長成才為中心，始終兼顧學生理論知識與專業實踐能力的提升。

（2）不斷優化平臺資源的配置，制度化平臺運行的組織實施與管理。切中專業改造升級過程與新工科教育的契合點，基于對平臺資源配置的不斷優化，開發多學科交叉項目，并從運行工作量、受益學生規模、人才培養效果及安全建設等方面制定相應的組織實施和管理制度。

（3）強化師資隊伍建設。結合模塊化的實踐教學體系，考慮專業方向、學緣關聯（特別是所具有的工程背景）、年齡結構，引進、培養并舉，提高能夠保障各平臺有序運行所需師資隊伍的整體素質和水平。

（4）健全“雙向”考核評價體系。一方面通過對畢業要求達成的衡量，形成實踐課程目標達成度的量化方法，尤其是針對多方協同育人實踐平臺的共享，校企聯動，以企業評價權重占優，構建非技術能力達成度的系統評價方法；另一方面，以學生受益效果為核心，考核平臺運行效益，建立動態的評價和獎勵體系，并直接納入對平臺資源的后續投入配置和功能擴展計劃。

（5）堅持持續改進和創新。貫穿平臺高效運行、資源優化配置、效益考核和科學化管理與調整的全過程，以OBE為導向堅持持續改進，以新工科理念為牽引致力創新。

4 教學實踐與效果

緊抓我校石油工程和油氣儲運工程專業認證的契機，配合石油工程與地質國家級實驗教學示范中心和石油與天然氣工程國家級虛擬仿真實驗教學中心的內涵建設，包括鉆井系統平臺、熱力采油系統平臺、采出液檢測與處理平臺和儲油庫滅火救援操作平臺在內的智能化油田鉆采與輸運平臺已應用于教學實踐，每學年覆蓋石油工程、油氣儲運工程和海洋油氣工程三個專業400余人，收效明顯。其中，基于智能化鉆井系統平臺開發的“多角色協同式鉆井及井控作業虛擬仿真”實驗項目因充分將專業技術和現代信息技術相交叉融合、充分將實驗教學特色與提高學生實踐創新能力相統一，被認定為黑龍江省2019年度虛擬仿真實驗教學項目。同時，以與中國石油天然氣集團公司國家應急救援培訓演練基地所合作共享 HSE綜合仿真實訓為代表的多方協同育人實踐平臺在學生非技術性能力培養方面發揮了重要作用。這些教學實踐在豐富和完善全方位、立體式實踐教學體系的同時，契合于人才培養目標的達成與持續改進，在行業背景較強的院校乃至傳統工科專業改造升級中具有一定的參考或推廣應用價值。

5 結語

無論是行業發展、產業變革的趨勢，還是新工科促動的現實，對傳統專業改造升級是一流本科建設的根基與核心。有效把握人才成長規律和工程技術發展規律，破除學科、校企壁壘，對內推動學科交叉融合，對外推進產教融合，是確保人才培養質量和效益的關鍵。面對油田智能化建設開發和油氣行業數字化轉型浪潮對人才培養的需求，切中新工科建設和OBE理念的結合點，梳理了石油與天然氣工程類專業改造升級的基本思路，設計搭建了符合“對接產業、學生中心、產出導向”的人才培養引導性實踐平臺，構建了凸顯學生非技術性能力培養的多方協同育人實踐教學模式，形成了面向未來油氣產業鏈人才需求的石油與天然氣工程類專業實踐教學體系雛形，探索了集平臺資源組織管理、考核評價及持續改進和創新于一體的平臺運行機制，有力支撐了新工科視域下石油與天然氣工程類專業升級改造路徑的探索。