新工科背景下的油層物理慕課教學模式探究

莫非 黃小亮 嚴文德 游君昱 田杰

摘? 要：油層物理是石油工程領域的專業基礎課，油層物理教學是新工科背景下，多元化、創新型卓越石油領域工程人才培養的關鍵環節。針對油層物理教學中存在的教學內容難度大、教學模式單一、教學過程工程實踐性不強等問題，開展油層物理慕課教學模式探究，探討新工科背景下油層物理慕課教學中的慕課視頻制作、工程案例庫建設、教學反饋機制及考核體系的構建等內容，為新工科背景下油層物理教學質量的提升提供新思路。

關鍵詞：油層物理；慕課；新工科；教學模式；工程案例

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）14-0054-04

新工科是中國為主動應對新一輪科技革命與產業變革，在新經濟、新起點大背景下提出來的概念，新工科的教學目標要與產業發展相匹配，既面向當前急需，又考慮未來發展，從而促進學校教育與產業發展的有機結合。油層物理是研究儲層巖石的物理特性、油氣藏流體的物理特性和多相流體的滲流機理的一門學科，是石油工程和海洋油氣工程等專業的核心課程及專業基礎課，它是新工科背景下多元化、創新型卓越石油領域工程人才培養的關鍵環節。由于油層物理具有專業概念抽象、知識理論深奧、物理實驗多、與工程實際結合緊密等特點［1-3］，學生的學習效果常常出現兩極分化的情況，學生的工程實踐能力和創新能力也難以達到新工科建設的要求［1，4］。

慕課（Massive Open Online Courses，MOOC）是大規模開放式在線教育課程的一種模式，將“以教師為中心”的傳統教學模式轉變為“以學生為中心”的新型教學模式，是新工科建設的重要輔助教學手段［5］。慕課起源于1962年的美國斯坦福大學，安吉爾巴特（Engelbart）教授首先提出將計算機、網絡與教學相結合，實現大規模、全球性的知識共享效果［6］。2006年，薩爾曼·汗（Salman Khan）在互聯網上的虛擬大學上傳了教學視頻，得到了大量的關注［7］，隨后，慕課在全球范圍內開始了蓬勃的發展［8］。我國的慕課發展始于2012年［7，9］，在中國高校計算機教育慕課聯盟的積極推進下，隨著“學堂在線”“南洋學堂”“好大學在線”等平臺的建設和應用，慕課教學模式在國內已經得到了一定程度的普及［10-11］。

本研究分析了油層物理傳統課堂教學存在的問題，針對現有問題，開展了新工科背景下的油層物理慕課教學模式探究，探討了油層物理慕課教學模式中的工程案例庫建設、慕課視頻制作、慕課教學的反饋機制及考核體系。

一、油層物理教學目標

油層物理主要講授儲層巖石的物理特性、油氣藏流體的物理特性和多相流體的滲流機理等內容。結合新工科建設的需要，油層物理的教學內容需要與國家能源戰略需求、石油領域工程人才培養相結合，實現以下幾個教學目標：

第一，掌握儲層巖石、流體、多相流體滲流機理相關的基本概念和原理。油層物理是石油工程專業的入門級基礎課程，基本概念和相關原理多，理解難度大，記憶量大，要求學生精準記憶和正確理解，滲透率、孔隙度、飽和度、相態特征、毛管壓力、達西定律、滑脫效應等重要概念和原理。針對容易混淆的概念，例如相對滲透率和相滲透率等，要求學生準確區分。油層物理教學的首要目標是讓學生充分理解和掌握相關的基本概念和原理，為后續油層物理知識的應用奠定堅實的基礎。

第二，能正確認識、分析和解決油田開發過程中儲層巖石、流體物性和多相滲流相關的工程問題。在理解和掌握油層物理基礎知識的前提下，要求學生能夠利用基本概念和原理，正確認識、分析和解決油田開發中的相關問題。例如在理解油氣藏流體相態特征的基礎上，能夠對凝析氣藏開發中的反凝析現象進行正確分析，針對反凝析現象的基本原理，提出適用于凝析氣藏的開發方式；在理解多相流體滲流機理的基礎上，能夠對油田注水開發中的非活塞式水驅油進行一定分析，并提出降低殘余油飽和度的方法。利用油層物理基礎知識解決油田現場的實際工程問題，是新工科建設背景下培養石油工程人才的重要目標。

第三，具備油層物理相關的實驗設計、操作測試和數據分析等科學研究技能。油層物理是與實驗緊密結合的學科，其中的重要參數，例如滲透率、孔隙度、飽和度、儲層流體的密度、界面張力、相對滲透率曲線、毛管壓力曲線等是制定油田開發方案時不可或缺的重要資料，它們都需要開展實驗才能準確獲取。因此，具備油層物理相關的實驗設計、操作測試和數據分析等科學研究技能是油層物理教學的重要目標，也是培養油田現場工程人才和科技創新人才的重要保障。

二、油層物理傳統線下課堂教學存在的問題

（一）教學內容難度大，學生學習兩極分化嚴重

目前的油層物理教學主要采用傳統線下授課的教學手段，授課進度嚴格按照工程認證、教學大綱、授課計劃等文件執行。由于油層物理的課程屬性，它的知識點往往十分抽象難懂、重難點內容多、理論與實踐相結合的程度高，教學知識點不易激發學生的學習興趣。再加上傳統線下課堂受到時間、空間、教學條件和師資等的限制，在有限的授課時間內，學生對知識點的理解難度大，知識點掌握不牢固。學習能力較好、自覺性較強的學生能夠通過課內和課外的學習，牢固掌握教學內容。但部分學習能力較差、學習積極性不高的學生出現了跟不上教學進度的情況，且通常一步落后、步步落后，學生學習情況兩極分化嚴重。

（二）課堂教學偏重理論教學，學生工程應用能力欠缺

由于油層物理的教學知識點多，知識點理解難度大，目前的課堂教學以理論教學為主，教學中涉及的現場工程案例較少，僅有的少量教學案例也出現了脫離真實油田現場的情況。隨著對油氣藏認識的深入和開發技術的進步，油層物理教學內容中過于簡化的物理模型和過于理想化的公式推導，難以真實反映油氣藏的實際情況和工程開發中的實際問題，不利于學生解決實際工程問題及獲取豐富的實踐經驗，難以達成新工科要求的教學目標，出現了學生工程應用能力較弱的問題。

（三）教學模式單一，學生學習缺乏積極性

當前油層物理的教學模式仍然以傳統課堂教學為主，采用PPT講解的形式進行講授式教學，教學模式單一。由于教學內容過多，教師在講授知識時難以有充足的時間與學生互動，學生在課堂上被動地接受知識，學習的參與感不強，難以激發學習興趣。講授式的教學模式也導致教師在課堂上無法第一時間了解學生的學習情況，難以根據學情及時調整教學進度與教學方法。油層物理深奧枯燥的知識點使得學習過程本身缺乏趣味性，僅僅采用講授式的教學模式難以激發學生的學習興趣和積極性。

三、油層物理慕課教學的必要性

（一）慕課教學有利于學生基礎知識的掌握

慕課教學需要將系統的知識體系拆分成相互聯系的知識點，針對每一知識點單獨制作慕課視頻進行講解。雖然油層物理知識點多、理解難度大，但是慕課教學不受課時的限制，教師在制作油層物理慕課視頻時，能夠針對每個知識點進行更加細致地講解，學生理解更加容易。慕課視頻還提供了學生反復觀看學習知識的機會。學生能夠根據自己的理解能力和學習情況進行重播、暫停、倍速播放視頻，畢業之后仍可反復觀看學習，使學生牢固掌握知識點，提升學習效率和學習效果。

（二）慕課教學有利于學生工程應用能力的培養

油層物理的教學目標不僅要求學生掌握基本的油層物理理論，還需要培養學生的工程應用能力。工程應用能力的培養需要與油田生產實際相結合，而課時的限制導致教師授課時的工程案例講解不足，學生工程能力的訓練不足。由于工程案例較為抽象、復雜，在傳統的課堂教學中講好工程案例具有一定的難度。由于慕課教學內容的靈活性，針對油層物理的工程案例，慕課教學能夠通過動畫、聲音、圖片等進行很好地呈現和講解，做到深入淺出。學生在課堂上掌握了油層物理基礎理論之后，在課后觀看工程案例的慕課視頻，理論聯系實際，能夠彌補傳統課堂教學在學生工程應用能力培養上的短板，有利于學生工程應用能力的培養。

（三）慕課教學豐富了油層物理的教學模式

慕課教學以互聯網為依托，借助海量的共享資源開展教學，不僅是一種與時俱進的教學模式，還豐富了單一的傳統教學模式。慕課教學中的視頻、圖片、動畫等內容與傳統課堂的講授式相比，具有更強的趣味性，能夠吸引學生的注意，激發學生的學習興趣，提高學生學習油層物理的積極性。此外，互聯網提供了師生交流的可靠平臺，學生學習上的任何問題，都能通過互聯網第一時間聯系教師，讓教師予以解答。因此，慕課教學無論從知識傳授上，還是師生互動上，都是傳統課堂教學模式的重要補充。

四、油層物理慕課教學模式探究

（一）制作兼具專業性和趣味性的慕課視頻

以油層物理大綱規定的知識體系為基礎，根據具體章節的知識構架，結合學生的學情，將知識體系拆分為獨立的知識點制作慕課視頻。特別是針對抽象、難懂的知識點，充分利用慕課的優勢，利用互聯網上的圖片、音樂、視頻、動畫、案例等資源，將難懂的知識點形象化、簡單化，讓學生易于理解和掌握。在制作慕課視頻的過程中，還要利用石油工程專業軟件，對油氣藏開發中涉及的油氣藏流體流動、相態變化變等抽象難懂的油層物理知識點進行三維數值模擬的再現、還原及預測。將油氣藏數值模擬技術、影視技術與互聯網理念融合，既保證了慕課視頻的專業性，又增加了慕課視頻的趣味性。以慕課教學作為傳統課堂講授式教學的補充，能夠豐富教學模式，促進教學效果的良性循環。

（二）建設符合新工科建設要求的工程案例庫

油層物理與工程實踐結合緊密，很多知識點是面向油田現場的實際問題，需要結合工程實踐才能更好地理解掌握，這是傳統課堂教學的短板，也是新工科建設背景下油層物理教學亟須解決的問題。結合慕課的特點，針對油層物理中的現場實際應用案例，例如油氣藏開發中的多相流動阻力效應，凝析氣藏開發的反凝析現象等，以慕課視頻的方式開展案例式教學，采用油藏數值模擬技術、影視技術等形象地再現油田現場的實際情況和油氣藏內部流體流動的動力學特征，使學生易于理解和接受相關知識。教師也可以在知識理解的關鍵環節設問，引發學生的思考，從而培養學生的工程實踐能力和創新能力。

（三）建立慕課教學的反饋機制

在慕課教學中，建立“學生—教師—學生”的教學效果反饋機制。學生在慕課學習平臺上觀看慕課視頻、參與線上測驗和在線論壇的問題討論。教師對學生的學習進度、階段測驗情況、在線論壇討論問題的正確性等進行實時跟蹤。針對學生學習中普遍存在的問題，教師在課堂教學中予以集中解答。針對個別學生學習中存在的問題，可以在慕課在線論壇上與學生進行單獨互動交流，點對點答疑，確保不讓每一位學生掉隊。此外，教師收集學生在慕課學習中反饋的意見和建議，及時對慕課的課件、視頻、案例庫等進行補充和改進，持續對慕課教學進行優化，確保學習能力不同、學習自覺性不同的學生都能夠具有良好的學習效果，盡量避免兩極分化。

（四）構建慕課教學的考核體系

新工科不僅要求學生牢固掌握專業知識，還強調了工程人才的實踐能力和創新能力。為了符合新工科要求的人才培養標準，在構建慕課教學的考核體系時，需要在傳統考核方式的基礎上，增加對學生工程實踐能力和創新能力的考核。教師可以設置工程案例相關的開發課題，讓學生根據自己所學知識解答案例分析和實際工程問題，從而對學生工程實踐能力和創新能力進行考察。因此，在基于慕課教學的考核體系中，學生的最終成績由平時作業（線上測驗+紙筆作業）、實驗、紙筆考試、開放課題組成。

（五）加強慕課教學的組織實施

油層物理慕課教學的實施需要課程組、教師、學生三方的共同努力。首先，課程組需要結合油層物理慕課教學的特點，對油層物理的教學大綱、授課計劃及相應的考核指標進行修正，安排最具專業性的課程組教師錄制慕課視頻。其次，教師需要對每個慕課視頻認真準備，精心制作。結合油田現場的真實情況挑選工程案例和開放課題。教師還需在教學過程中關注每位學生的學習動態，及時對學生進行線上、線下的答疑輔導。學生要利用慕課視頻進行預習和復習，遇到問題及時聯系教師答疑。學生還要積極向教師反饋慕課學習中的意見和建議，促進慕課教學的持續改進。

五、結語

油層物理慕課教學模式是傳統線下課堂教學的重要輔助手段。在油層物理慕課視頻中融入與工程實踐緊密結合的油田現場案例以及趣味性的圖片、音樂、動畫等因素，建立與新工科建設相適應的教學反饋機制和考核體系。油層物理的慕課教學豐富了教學模式，能夠激發學生的學習積極性和自主性，解決學生學習效果兩極分化的問題，培養學生的工程實踐能力和創新能力，為實現新工科要求的石油領域工程人才培養的目標提供支撐。

參考文獻：

［1］ 卞小強，郭黎明. 新工科+工程教育認證背景下油層物理教學模式探究［J］. 大學教育，2021（10）：36-39.

［2］ 曹仁義，李春蘭，楊勝來，等. 非常規油氣背景下油氣田開發專業研究生教學模式探索——以《高等油層物理》教學改革為例［J］. 石油人力資源，2017（04）：69-71.

［3］ 郭瑾. 獨立學院油層物理課程教學分析與探索［J］. 中國石油大學勝利學院學報，2016，30（01）：67-69.

［4］ 何宏. 提高油層物理實驗教學效果方法的探究［J］. 山東化工，2018，47（09）：119-121.

［5］ 喬劍鋒. 基于慕課的工程教育探索與實踐——以項目管理課程為例［J］. 當代教育實踐與教學研究：電子版，2019（01）：19-20.

［6］ Engelbart D. Augmenting human intellect：a conceptual framework［R］. Summary Report in the Stanford Research Institute，2011.

［7］ 伍李春，李廉. 新工科背景下的慕課教育［J］. 高等工程教育研究，2018（06）：150-155.

［8］ 湯敏. MOOC的發展，互聯網如何變革教育［M］. 北京：中信出版社，2015.

［9］ 徐曉飛，李廉，傅育熙. 發展中國特色的慕課模式提升教改創新與人才培養質量［J］. 中國大學教學，2018（01）：23-24.

［10］ 卞小強，張倩. 油層物理課程教學新模式探討［J］. 重慶科技學院學報（社會科學版），2015，22（09）：61-64.

［11］ 卞小強，姚健. 油層物理課程中MOOC教學模式的實踐與思考［J］. 石油教育，2016（06）：55-60.

（責任編輯：淳潔）