非石油工程專業“油層物理”課程教學改革研究

劉廣峰　史紅光　楊勝來　寧正福　于海洋

［摘 要］ 隨著油氣田開發領域學科交叉、技術融合的快速推進，應用化學、資源勘查工程等非石油工程專業學生對油層物理知識的需求顯著增加，對原有面向具有先修課程基礎學生的課程教學體系提出了挑戰。在調研和分析課程教學改革需求的基礎上，提出了一系列改革措施。在知識體系方面，凝練了傳統的三大知識模塊，增加了知識銜接模塊，編寫了配套輔導材料；在教學實驗方面，精選線下操作實驗，建立了線上仿真實驗平臺，為非石油工程專業學生提供了充分的實驗資源；在教學方法方面，增加了答疑時間，加強了過程考核，增加了學術研討。實踐表明，課程改革提高了學生對“油層物理”課程的掌握程度，改善了課程教學效果。改革的探索與實踐可為面向不同專業學生的專業基礎課程教學提供參考。

［關鍵詞］ 油層物理；改革；需求；措施；實踐

［基金項目］ 2021年度教育部產學合作協同育人項目“油氣藏實驗與檢測創新實踐基地”（202102249024）；2021年度中國石油大學（北京）本科教育教學改革項目“非石油工程專業‘油層物理課程教學改革”；2022年度中國石油大學（北京）本科教育教學改革項目“油層物理虛擬仿真實驗平臺建設”；2021年度中國石油大學（北京）“研究生教育質量與創新工程”重點項目“‘油氣藏開發模擬實驗研究生核心課程教材建設”

［作者簡介］ 劉廣峰（1979—），男，山東泰安人，博士，中國石油大學（北京）石油工程學院副教授，博士生導師，主要從事油氣田開發工程領域理論及教學研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）22-0054-04［收稿日期］ 2022-10-24

引言

“油層物理”是油氣勘探開發相關專業的重要基礎課程。隨著油氣田開發領域學科交叉、技術融合的快速推進，非石油工程專業學習“油層物理”課程的人數大幅增加。以中國石油大學（北京）為例，除石油工程專業中國本科生外，其他三個專業（應用化學、資源勘查工程、海洋油氣工程）的本科生、轉專業考入石工學院和非常規學院石油與天然氣工程學科的研究生、石油工程專業留學生，均需以必修、選修等形式修讀本課程，人數已達石油工程專業中國本科生的2倍以上。上述學生在油氣地質、流體性質等方面的基礎存在顯著差異，對原有課程教學體系提出了挑戰。因此，開展面向多專業的“油層物理”課程教學改革具有重要意義。

中國石油大學（北京）“油層物理”課程教學團隊通過調研非石油工程專業學生對課程教學改革的需求，針對知識體系、實驗設置、教學方法等三方面提出了一系列的課程改革措施，通過形成深度和廣度較為均衡且滿足多專業教學的課程體系，以達到改善非石油工程專業學生“油層物理”課程學習效果的目的。

一、課程教學改革需求分析

（一）有效的知識體系鏈接

“油層物理”是建立在多種基礎學科之上的交叉性學科，具有知識覆蓋面廣、內容多且較為抽象的特點。學習這門課程需要具備油氣地質、流體性質等方面的基礎知識。不同專業學生的基礎差異較大。例如，應用化學專業學生具有良好的流體性質、界面化學方面的基礎，但油氣地質等方面的基礎相對薄弱；資源勘查工程專業學生具有良好的油氣地質方面的基礎，但流體性質等方面的基礎相對薄弱；大量轉入石油與天然氣工程專業的沒有相關知識背景的研究生也缺乏有效的知識鏈接。

根據學生的專業背景、能力水平等設計更加全面的課程知識體系是落實“面向人人”理念的課程教學的關鍵［1］。面對基礎差異顯著的不同專業學生，在同一大綱、同一教材、相同學時的要求下，彌補先修知識的不足、建立有效知識鏈接是確保課程學習效果的必要條件。可以通過增加面向不同專業的知識銜接模塊、編寫針對不同專業的配套輔導學習材料，實現“油層物理”課程知識體系與學生專業背景知識體系的有效鏈接。

（二）充分的實驗資源保障

實驗教學是構成高等學校課程教學的重要組成部分［2］。“油層物理”是一門建立在實驗基礎上的課程，實驗教學在課程體系中扮演著十分重要的角色，是學生理解和掌握課程知識的重要環節。隨著越來越多的非石油工程專業學生學習“油層物理”課程，實驗教學也面臨著資源不足的問題。首先，學習人數大幅增加，實驗設備數量有限，操作程度和實驗時間受限。其次，隨著對非常規儲層的深入研究，實驗儀器、技術和方法不斷發展，客觀條件不允許操作性實驗同步于上述發展。最后，一些重要實驗存在危險性高、耗時長、不環保等情況，不允許學生在課程學習中進行實際操作。

上述問題導致學生無法通過實驗課程接觸和掌握全面系統的實驗知識，進而影響了對課程的理解與學習效果。可以通過建立線上實驗仿真平臺、精選優化線下實際操作實驗、提供充分的實驗資源保障等方式，保證學生能通過實驗的線上線下操作真正理解和掌握相關知識，達到實驗教學的目的。

二、課程教學改革措施與效果

（一）改革總體設計

根據非石油工程專業學生提出的建立有效的知識體系鏈接、提供充分的實驗資源保障、提高學生理解與掌握程度等現實需求，從知識體系、實驗設置、教學方法等方面進行系統化改革。在知識體系方面，凝練了傳統的三大知識模塊，增加了知識銜接模塊，編寫了針對不同專業背景學生的配套輔導材料；在教學實驗方面，精選線下實操實驗，建立了線上仿真實驗平臺，豐富了實驗內容；在教學方法方面，增加了答疑時間，加強了過程考核，增加了學術研討。面向非石油工程專業的“油層物理”課程教學改革總體設計如圖1所示。

（二）知識體系優化

課程教學內容改革是新工科教育改革的核心［3］。面向基礎差異顯著的非石油工程專業學生，依托《油層物理學》（楊勝來、魏俊之著）所囊括的儲層流體、儲層巖石、多相滲流三大知識模塊，增加了面向不同專業的知識銜接模塊，編寫了針對性的配套輔導學習材料，加強了“油層物理”課程與本專業知識體系的有效銜接，使得學生更能理解和掌握“油層物理”課程知識。

《油層物理學》教材全面系統地闡述了儲層流體、儲層巖石、多相滲流三大知識模塊，為非石油工程專業學生提供了油層物理學習的核心內容。為了確保非石油工程專業學生的學習效果，增加了油氣的生成與成藏、儲層巖石學、流體性質與熱力學平衡、物理化學、提高采收率五個知識銜接模塊，并編寫了相關的輔導材料供選擇學習。例如，資源勘查工程專業學生可選學流體性質與熱力學平衡、油氣界面性質等材料，應用化學等專業學生可選學地質基礎等材料。上述模塊和輔導材料可促進非石油工程專業學生油層物理核心知識體系的學習，實現油層物理知識與后續學習、研究、實踐應用的有效銜接。

（三）教學實驗優化

培養學生的實踐能力與創新能力是課程教學改革的重要目標［4］。“油層物理”是建立在實驗基礎上的課程，為了給非石油工程專業學生提供充分的實驗資源保障，在原有實驗教學的基礎上，精選了線下實際操作實驗，針對因操作危險性高、耗時長、不環保等而缺乏可操作性實驗的問題，建立了線上仿真實驗平臺。

1.精選線下實操類實驗。本次教學改革，在優化非石油工程專業教學知識體系的同時，把握課程知識要點，以教學大綱修訂為契機，優化了課程實操類實驗。設計了涉及儲層巖石物性（孔隙度與滲透率）、儲層流體高壓物性、儲層水驅油特征與效果、儲層流體間界面化學等多個重要知識模塊的實驗。同時，分別設置了驗證性、演示性、綜合性、設計性等多種實驗類型，以加深學生對理論知識的理解和認識，提高學生的動手能力和分析解決實際問題的能力。

2.建立線上實驗仿真平臺。虛擬仿真實驗教學模式有利于培養學生的工程實踐能力與創新能力，降低了實驗教學對時空的依賴［5］。AI技術的快速發展為建立油層物理仿真實驗平臺奠定了技術基礎。建立仿真實驗平臺，不僅能解決實驗設備數量緊張等問題，還能使學生深入學習耗時長、危險性高的實驗。目前，已開展了高壓壓汞、滲透率敏感性、兩相相對滲透率、高溫高壓接觸角等仿真實驗的建設。

3.豐富實驗教學條件保障。挖掘校內開放實驗室資源，充分利用中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室、氣體能源開發與利用教育部工程研究中心實驗室等的實驗資源，為學生提供實驗觀摩與實操的機會。

產學合作是提高人才質量、提升學生創新能力的重要舉措［6］。充分利用社會實驗資源，依托教育部產學合作協同育人項目“油氣藏實驗與檢測創新實踐基地”建設實驗實踐基地，為學生開展實驗相關的社會實踐與創新創業項目提供平臺。教學團隊編寫了面向多專業的“油氣藏開發模擬實驗”講義，全面、系統地整合線上、線下實驗所需的指導資料，為學生開展實驗提供翔實的參考資料。

（四）教學方法優化

在教學內容和實驗教學改革的基礎上，為確保課堂教學和實驗教學的效果，對原有教學方法進行改革，使之適應新的教學體系是十分必要的［7］。在本次教學方法改革中，主要圍繞增加答疑時間、加強過程考核、增加學術研討三個方面進行。

1.增加答疑時間。與石油工程專業學生相比，非石油工程專業學生在學習“油層物理”課程時面臨更多困難，對課堂內容有更多疑問。本次教學改革將在每周固定時間安排教師答疑，增加答疑時間，拓展微信群、雨課堂等線上答疑渠道，充實課程助教等答疑力量，充分解答學生對課程知識的疑問。

2.加強過程考核。本次教學改革將加大課堂表現、平時作業和階段測試的考核占比。通過強化課堂交流、量化課堂表現成績，提升課堂教學實效。通過增加平時作業的次數和考核占比，加強學生對知識的理解。增加儲層流體、儲層巖石、多相滲流三大知識模塊的階段測試，使學生更加注重平時復習。

3.增加學術研討。在本次教學改革中，將增加學術研討課，學生以小組為單位，調研油層物理最新研究成果和實驗技術，并在課堂上匯報展示，設置現場互動提問，提高研討課的質量，使學生在研討課中學習油層物理的最新研究成果和實驗技術。

（五）初步實踐效果

通過“油層物理”課程教學改革，在保持歷年考試難度較為一致、歷年考試試題重復率不高于10%的前提下，非石油工程專業學生的平均成績由改革前的約75分提高至80分左右，達成度逐年提高。總體上，課程教學改革顯著提高了非石油工程專業學生對課程知識的掌握程度，有效改善了教學效果。

結語

通過調研和分析課程教學改革需求，針對知識體系、實驗設置、教學方法等三方面提出了一系列的課程改革措施。在知識體系方面，凝練了傳統的三大知識模塊，增加了知識銜接模塊，編寫了針對不同專業背景學生的配套輔導材料；在教學實驗方面，精選線下操作實驗，建立了線上仿真實驗平臺，豐富了實驗條件保障，為非石油工程專業學生提供了充分的實驗資源；在教學方法方面，通過增加答疑時間、加強過程考核、增加學術研討，保證課程教學效果。本次教學改革提高了非石油工程專業學生對課程知識的掌握程度，有效改善了教學效果，為面向不同專業背景學生的專業基礎課程教學提供了參考。

參考文獻

［1］楊現民，米橋偉，張瑤，等.數據智能時代因材施教的新發展：主要特征、現實挑戰與未來趨勢［J］.現代教育技術，2022，32（5）：5-13.

［2］于曉娟，李春杰，劉萍，等.環境工程實驗課程教學模式改革探索［J］.高等工程教育研究，2021（S1）：18-20.

［3］廖勇，周世杰，湯羽，等.面向新工科的軟件工程專業核心課程體系建設［J］.高等工程教育研究，2022（4）：10-18.

［4］夏晉.基于創新能力培養的教學課程改革：以設計專業實驗教學為例［J］.中國高校科技，2017（9）：58-60.

［5］劉振峰，郭為忠.虛擬仿真實驗教學課程資源設計及教學過程的改革與探索：以上海交通大學“設計與制造Ⅱ”課程為例［J］.教育理論與實踐，2022，42（9）：51-54.

［6］王路炯.加拿大產學合作教育的實踐及其啟示［J］.大學教育科學，2021（2）：109-117.

［7］劉廣峰，李相方，顧岱鴻，等.氣藏工程教學內容與教學方法改革［J］.教育教學論壇，2016（23）：108-109.

Teaching Reform of Petrophysics for Non-petroleum Engineering Majors

LIU Guang-fenga， b， SHI Hong-guangb， YANG Sheng-laia， b， NING Zheng-fua， b， YU Hai-yanga， b

（a. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting， b. College of Petroleum Engineering， China University of Petroleum-Beijing， Beijing 102249， China）

Abstract： With the rapid progress of interdisciplinary and technical integration in the field of oil and gas field development， non-petroleum engineering majors， such as applied chemistry and resource exploration engineering， have a significant increase in the demand for Petrophysics. The original course teaching system for students with the foundation of advanced courses has been challenged. On the basis of investigation and analysis of the demands of curriculum teaching reform， a series of reform measures have been formed. In terms of knowledge system， knowledge connection modules have been added， and supporting guidance materials have been compiled. In terms of experimental teaching， the offline operation experiments are selected， and the online simulation experimental platform is established. In terms of teaching methods， the time for answering questions has been increased， the process examination has been strengthened， and academic discussion has been increased. The practice shows that it can improve students mastery of Petrophysics， and improve the course teaching effect. The exploration and practice of the reform can provide reference for the professional basic course teaching of students with different professional backgrounds.

Key words： Petrophysics; reform; demands; measures; practice