地球物理測井課程教學(xué)優(yōu)化改革探索與實(shí)踐*

王飛 岳崇旺

摘? 要? 地球物理測井課程存在課堂效率低、學(xué)生實(shí)踐能力弱等問題。針對這些問題，從多個方面對地球物理測井教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化改革，以期通過這些改革，達(dá)到提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)，最終培養(yǎng)出適合企業(yè)需求、適應(yīng)社會需要的測井技術(shù)人才。

關(guān)鍵詞? 地球物理測井；虛擬仿真技術(shù)；課程思政；問題導(dǎo)向法教學(xué)；比較法教學(xué)

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）09-0111-03

0? 引言

在石油地球物理勘探開發(fā)領(lǐng)域，將儲層看準(zhǔn)、看清、看全，是測井評價的核心任務(wù)。近年來，自然資源部在全國國土資源領(lǐng)域科技創(chuàng)新大會上發(fā)布《國土資源“十三五”科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃》，明確表示“十三五”期間，我國將以深地、深海、深空為主攻方向和突破口，構(gòu)建“三深一土”的國土資源戰(zhàn)略科技新格局。“三深一土”國土資源戰(zhàn)略的實(shí)施，為地球物理測井專業(yè)提供了新的機(jī)遇，也對高校培養(yǎng)符合國家戰(zhàn)略的合格的專業(yè)測井技術(shù)人才提出挑戰(zhàn)。為在專業(yè)建設(shè)上凸顯測井特色，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，提升測井專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，筆者結(jié)合地球物理測井課程特點(diǎn)，就如何提高課堂效率及豐富課程實(shí)踐效果，談?wù)剛€人體會。

1? 地球物理測井課程性質(zhì)和目的

地球物理測井是長安大學(xué)地球物理學(xué)專業(yè)的一門必修課，也是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門專業(yè)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解各種測井方法的原理，培養(yǎng)獨(dú)立進(jìn)行測井?dāng)?shù)據(jù)處理、資料解釋和地質(zhì)應(yīng)用的能力，為今后應(yīng)用地球物理測井知識和方法解決與資源勘查和評價相關(guān)的礦產(chǎn)勘查、水文地質(zhì)、煤田地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)等方面有關(guān)問題打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過本課程的理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生具備：掌握地球物理測井的含義及應(yīng)用前提；掌握普通電阻率法測井、聚流電阻率法測井、感應(yīng)測井、自然電位測井、聲波測井及核測井的基本原理、應(yīng)用條件與應(yīng)用方法；結(jié)合典型工程案例，能夠利用測井?dāng)?shù)據(jù)，結(jié)合已有地質(zhì)資料，進(jìn)行儲層巖性、孔隙度、飽和度等參數(shù)評價，并根據(jù)不同的儲層性質(zhì)給出合理的儲層開發(fā)建議。

2? 地球物理測井課程教學(xué)中存在的問題

2.1? 學(xué)生重視程度不夠

筆者結(jié)合近幾年的課堂教學(xué)發(fā)現(xiàn)：學(xué)生在學(xué)習(xí)本門專業(yè)課時，課前不預(yù)習(xí)；課上注意力不集中，和教師互動較少，且不少學(xué)生上課玩手機(jī)；課后作業(yè)主動完成情況較差，雷同率高；考前不認(rèn)真復(fù)習(xí)，要求教師劃重點(diǎn)，搞突擊。最終導(dǎo)致學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)薄弱，動手能力差。筆者近期在學(xué)生中作了一次關(guān)于地球物理測井課程的調(diào)查，學(xué)生普遍認(rèn)為測井課主要為油田服務(wù)，而地質(zhì)類院校畢業(yè)直接去油田的機(jī)會小，畢業(yè)或者深造選擇測井專業(yè)為以后職業(yè)的學(xué)生不多；且之前沒有接觸過測井，直接學(xué)習(xí)較為抽象，學(xué)習(xí)沒有抓手，導(dǎo)致學(xué)習(xí)時興致不高。

2.2? 教學(xué)手段單一

講授地球物理測井專業(yè)課時，教師是課堂秩序的維持者，也是課堂氛圍的調(diào)動者。教師在講授專業(yè)知識時仍然存在教材陳舊、教案多年不變、教學(xué)方法單一、過度依賴PPT等現(xiàn)象。筆者認(rèn)為：教師的作用在于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，應(yīng)該積極培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力，保護(hù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師應(yīng)該不斷更新教案，及時將科研項(xiàng)目成果、科技前沿融入課堂，豐富教學(xué)內(nèi)容，開闊學(xué)生視野，提高教學(xué)質(zhì)量，鍛煉學(xué)生思維。

2.3? 理論與實(shí)踐應(yīng)用聯(lián)系不夠

地球物理測井是一門應(yīng)用性、實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，學(xué)生學(xué)習(xí)完這門專業(yè)課后，對這門專業(yè)課的理解仍然不夠透徹，其原因在于學(xué)生并沒有對實(shí)際資料進(jìn)行過處理，對于原始資料的預(yù)處理，包括巖性的定性劃分、泥質(zhì)含量的定量計(jì)算、孔隙度與飽和度公式選擇和參數(shù)的確定都沒有概念，理論與實(shí)踐的聯(lián)系仍然不夠密切。

3? 增強(qiáng)地球物理測井課程教學(xué)效果

3.1? 結(jié)合地球物理測井課程特點(diǎn)提高學(xué)生重視程度

地球物理測井是地球物理學(xué)專業(yè)的一門重要專業(yè)課，在上課時應(yīng)該對學(xué)生強(qiáng)調(diào)這門課存在的意義和重要性，強(qiáng)調(diào)測井在石油天然氣勘探與開發(fā)過程中必不可少，測井可以劃分儲層的巖性，識別儲層流體性質(zhì)，計(jì)算地質(zhì)儲量，最終為地質(zhì)部門提供豐富可靠的實(shí)用信息。

3.2? 多種教學(xué)方法結(jié)合優(yōu)化教學(xué)手段

3.2.1? 問題導(dǎo)向法教學(xué)貫穿整個課堂? 地球物理測井是地質(zhì)學(xué)、物理學(xué)、信息科學(xué)等多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科[1]，該課程內(nèi)容較多，按研究的巖石物理性質(zhì)不同，分為電磁測井（包括普通電阻率法測井、聚流電極系電阻率法測井、感應(yīng)測井、自然電位測井）、聲波測井（聲波速度測井、聲波幅度測井）和放射性測井（包括自然伽馬測井、自然伽馬能譜測井、密度測井、中子測井與核磁測井）。每種方法均要講述其物理基礎(chǔ)、測量原理與實(shí)際應(yīng)用，在有限的學(xué)時內(nèi)掌握多種方法，既是對學(xué)生的考驗(yàn)，也是對教師的考驗(yàn)，這就要求教師必須合理安排教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生學(xué)習(xí)測井方法時是各種方法分章節(jié)學(xué)習(xí)，知識在腦子里面是碎片化的[2]。教師在講課時要根據(jù)測井解決的“四性”關(guān)系隨時提問，讓學(xué)生思考，如：“在所學(xué)的方法中，哪些測井曲線可以識別滲透性地層？”“哪幾種測井曲線可以計(jì)算地層的孔隙度？”“哪些測井方法可以有效識別含氣儲層？”通過提問的方法，將學(xué)生碎片化的知識形成一個體系，通過典型儲層測井曲線測井特征加深學(xué)生對測井原理的理解。

3.2.2? 比較法教學(xué)加深對測井原理的理解

地球物理測井方法多，測量原理差異大，學(xué)生在學(xué)習(xí)時容易混淆。這就要求教師在講解時對不同測井類型多做比較，加深學(xué)生的理解[4-5]。比如在講側(cè)向測井和感應(yīng)測井時，先明確物理原理（側(cè)向測井是歐姆定律，感應(yīng)測井是電磁感應(yīng)原理），接著講供電電源（側(cè)向測井是供直流電，經(jīng)供電電極到達(dá)測量電極；感應(yīng)測井是供交流電，從發(fā)射線圈到接收線圈），然后講適用條件（側(cè)向測井適用水基泥漿，感應(yīng)測井適用空氣井或油基泥漿）、測量結(jié)果（側(cè)向測井是測地層視電阻率，感應(yīng)測井測地層視電導(dǎo)率），最后講導(dǎo)電路徑（側(cè)向測井在地層中各導(dǎo)電部分是串聯(lián)關(guān)系，感應(yīng)測井在地層中各導(dǎo)電部分是并聯(lián)關(guān)系）。通過比較學(xué)習(xí)，學(xué)生加深對知識的理解，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

3.2.3? 虛擬仿真技術(shù)引入課堂? 針對學(xué)生在上課時沒有抓手，不清楚測井現(xiàn)場情況及測量過程，可以通過自己制作或購置一些典型的動畫視頻讓學(xué)生認(rèn)識一些儀器、還原測井現(xiàn)場及測井過程，讓學(xué)生在腦海中有測井的基本概念。圖1為學(xué)校向中國石油測井集團(tuán)有限公司購置的放射性測井教學(xué)視頻部分。

3.2.4? 課程思政滲透課堂? 課程思政是教學(xué)過程中不可缺少的環(huán)節(jié)，目的是在“潤物細(xì)無聲”中使學(xué)生有學(xué)科自信，增強(qiáng)責(zé)任擔(dān)當(dāng)。如在密度測井這一章節(jié)講述過程中，首先從國際能源署資料指出，2021年全球能源需求將增長4.6%，其中全球石油日均需求量預(yù)計(jì)同比增長6%，煤炭需求同比增長4.5%，天然氣需求同比增長3.2%。國家能源局印發(fā)的《2021年能源工作指導(dǎo)意見》明確指出：2021年主要預(yù)期目標(biāo)為供應(yīng)保障，全國能源生產(chǎn)總量達(dá)到42億噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右，石油產(chǎn)量1.96億噸左右，天然氣產(chǎn)量2 025億立方米左右。我國石油天然氣對外的依存度在逐年增高，因此要提高油氣探明儲量、確保煤炭安全生產(chǎn)。

通過這些具體的數(shù)字使學(xué)生認(rèn)識到能源安全的重要性，緊接著從課程角度出發(fā)，指出密度測井為解決上述與國家需求密切相關(guān)的科學(xué)反演問題提供了一個有效途徑，極大提高了解決問題的效率。因此，在測井原理與方法教學(xué)過程中可培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究思維和專業(yè)精神。聯(lián)系油氣礦產(chǎn)資源勘查等實(shí)際測井解釋實(shí)例，鼓勵學(xué)生向黃大年教授等地球物理前輩和科學(xué)家學(xué)習(xí)，增強(qiáng)社會責(zé)任感。

3.2.5? 使用多種教學(xué)手段和教學(xué)設(shè)備提高課堂效率? 筆者在教學(xué)過程發(fā)現(xiàn)，本課程由于理論性強(qiáng)，數(shù)學(xué)公式較多，知識銜接緊密，學(xué)習(xí)難度大，學(xué)生稍有走神，便跟不上教學(xué)節(jié)奏。要增強(qiáng)教學(xué)效果，必須調(diào)動課堂氣氛，使用多種教學(xué)手段和教學(xué)設(shè)備，多管齊下。本課程教學(xué)主要采用板書+多媒體+智慧課堂的教學(xué)模式開展，課前布置預(yù)習(xí)任務(wù)，預(yù)習(xí)課程學(xué)習(xí)涉及的數(shù)理知識，凝練問題；課堂教學(xué)以教師多媒體講解推導(dǎo)為主，利用學(xué)習(xí)平臺進(jìn)行實(shí)時測試，了解學(xué)習(xí)效果；課后布置討論作業(yè)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。鼓勵學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中搜索并閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，激發(fā)學(xué)生探索的興趣，拓展學(xué)生的知識面，提高學(xué)生自我學(xué)習(xí)的能力。

3.2.6? 細(xì)化平時成績，注重考核過程? 課程教學(xué)中，教師不僅要認(rèn)真?zhèn)湔n，調(diào)節(jié)課堂氛圍，還要根據(jù)課堂表現(xiàn)、隨堂測試、作業(yè)評分、實(shí)驗(yàn)考核、期末考試等制定一系列考核方法[6-8]。細(xì)致的考核標(biāo)準(zhǔn)有助于學(xué)生平時自我約束。本課程總成績的計(jì)算方式為：平時成績（課堂考勤、表現(xiàn)等）占10%，全部作業(yè)成績（含實(shí)驗(yàn)）占30%，期末考試成績占60%。

3.2.7? 加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)，提高學(xué)生實(shí)踐能力

近年來通過帶本科生畢業(yè)論文設(shè)計(jì)，筆者發(fā)現(xiàn)：學(xué)生理論知識和實(shí)踐能力結(jié)合較差，好多學(xué)生對自己的處理結(jié)果沒有信心，當(dāng)解釋結(jié)論與地質(zhì)資料、錄井資料、巖心資料不匹配時，不知道如何對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，也不能解釋為何出現(xiàn)不匹配的現(xiàn)象，歸根到底在于實(shí)踐能力較弱，對所學(xué)理論知識不能靈活運(yùn)用，創(chuàng)新更無從談起。這基本上是本科生的通病。針對學(xué)生實(shí)踐能力較弱的現(xiàn)狀，學(xué)校增加課程設(shè)計(jì)學(xué)時，對本科生開放機(jī)房，讓學(xué)生掌握一種儲層測井資料處理程序，給學(xué)生準(zhǔn)備多口井資料，包括煤田測井資料和油田測井資料，指導(dǎo)學(xué)生完成從資料預(yù)處理、到巖性劃分、再到孔隙度和飽和度計(jì)算，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

3.2.8? 將企業(yè)導(dǎo)師引進(jìn)課堂，理論與實(shí)踐密切結(jié)合? 由于教師一般都是博士畢業(yè)進(jìn)入高校，從學(xué)生直接轉(zhuǎn)型為教師，這個過程仍然沒有脫離校園環(huán)境。盡管教師在學(xué)校時有野外實(shí)習(xí)經(jīng)歷，但所學(xué)內(nèi)容仍然與一線現(xiàn)場存在較大差異。為了使學(xué)生的實(shí)踐更具有實(shí)戰(zhàn)性，可以在假期利用校友資源將青年教師送去企業(yè)培訓(xùn)，或者將一線專家請到校園給學(xué)生指導(dǎo)。近年來，學(xué)校陸續(xù)請中煤科工集團(tuán)西安研究院、中國石油集團(tuán)測井有限公司的一些專家給學(xué)生開講座，這些講座對于啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維、培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題能力具有積極促進(jìn)作用。

4? 取得的效果

通過多維度教學(xué)改革，學(xué)生學(xué)習(xí)地球物理測井的興趣逐漸高漲，由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)。最直接的體現(xiàn)是在由中國石油學(xué)會主辦的全國大學(xué)生測井技能大賽及中國地球物理學(xué)會舉辦的“創(chuàng)新杯”全國大學(xué)生地球物理知識競賽中，學(xué)生憑借扎實(shí)的測井專業(yè)知識，近五年分別獲得全國特等獎一項(xiàng)、全國一等獎四項(xiàng)、全國二等獎兩項(xiàng)的優(yōu)異成績，初步扭轉(zhuǎn)對地球物理測井的學(xué)習(xí)態(tài)度。

5? 結(jié)論

測井作為地球物理勘探方法中的一種，其內(nèi)涵和外延正在發(fā)生巨大變化。隨著“三深一土”國家戰(zhàn)略的提出，培養(yǎng)高質(zhì)量測井專業(yè)技術(shù)人才已經(jīng)刻不容緩。筆者針對學(xué)校地球物理測井課程特點(diǎn)，指出存在的問題，并從多個方面探討課程優(yōu)化內(nèi)容，通過這些方法措施，切實(shí)豐富學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，最終培養(yǎng)出適合企業(yè)需求、適應(yīng)社會需要的測井技術(shù)人才。

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*項(xiàng)目來源：本項(xiàng)目受長安大學(xué)來華留學(xué)教育專項(xiàng)“地球物理學(xué)專業(yè)來華留學(xué)研究生專業(yè)建設(shè)探討”資助（300108211053）。

作者：王飛，長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，講師，研究方向?yàn)榈厍蛭锢頊y井解釋；岳崇旺，長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，講師，研究方向?yàn)榈厍蛭锢頊y井及巖石物理（710064）。