基于PBL-SPOC的留學生工程類課程教學模式探索

摘" 要：石油工程專業的留學生主要來自發展中能源國，留學生具有不同的文化背景和學習背景，對工程情景和案例等方面的學習需求度高。學生在工程類專業課程的學習過程中單一的線上、線下教學模式教學效果不理想。該文提出基于PBL-SPOC的混合教學模式，開展SPOC基礎理論教學內容與資料的建設和線下PBL工程問題及案例的建設，通過合理的教學設計，實現線上SPOC基礎理論和線下PBL工程問題和案例的貫通與互饋，為“一帶一路”倡議新時代背景下來華留學生工程類專業課程教學提供新模式。

關鍵詞：采油工程；PBL；SPOC；混合式教學模式；留學生

中圖分類號：G640" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000（2024）25-0011-05

Abstract： International students majoring in petroleum engineering mainly come from developing energy countries， with different cultural and learning backgrounds. They have highly demand for learning engineering scenarios and cases. The single online and offline teaching mode in the learning process of engineering courses is not effective for students. This paper proposes a hybrid learning model based on PBL-SPOC， which involves the construction of basic teaching content and materials for SPOC， as well as the construction of offline PBL engineering problems and cases. Through reasonable teaching design， the integration and feedback between online SPOC basic theory and offline PBL engineering problems and cases can be achieved， providing a new model for the teaching of engineering courses for international students in the new era of the \"the Belt and Road\".

Keywords： petroleum production engineering; PBL; SPOC; hybrid teaching mode; international students

在“一帶一路”倡議新時代背景下，來華留學生教育被賦予了新的時代使命：服務國家對外關系和國際戰略，為企業的國際化發展提供必要的人才支撐，推動高等教育的國際化發展[1]。目前，我國已成為亞洲最大、世界第二大的留學目的地國，其中近八成的來華留學生來自發展中國家[2-3]。近年來，在國內石油與天然氣高對外依存度和非常規油氣資源勘探開發力度逐步加大的背景下，我國各石油企業進一步擴大了對國際化經營合作與國際化專業技術人才的需求，使得更多的發展中能源國留學生來華進行交流學習。

西安石油大學被教育部列為“來華留學示范基地”建設院校，是全國石油石化類和陜西省屬高校中唯一入選單位，學校先后與中塔（塔吉克斯坦）、中吉（吉爾吉斯斯坦）、中烏（烏茲別克斯坦）石油公司開展了國際化人才培養項目；與哈薩克斯坦曼格什套石油公司、中國石油集團等中外石油行業企業聯合共建實習基地、實施“雙導師”培養。與泰國教育部、中非共和國礦業部、塔吉克斯坦教科部和巴基斯坦開伯爾省教育廳等發展中能源國政府和組織開展了來華留學生聯合培養項目，同時承擔了土庫曼斯坦“魯班工坊”的建設任務，為我國“一帶一路”企業“走出去”提供了有力的人才支撐。圍繞絲綢之路經濟帶建設，依托學校“石油工程”等國家級一流專業和特色專業，積極開展來華留學生教育，不僅在全國較早成立“絲路能源學院”，還牽頭成立了“絲路能源教育科技產學研聯盟”，面向絲路沿線能源領域，搭建起教育科技于一體的產學研聯盟，加快了絲路能源國際合作。

自學校開設石油工程專業留學生項目以來，該專業留學生的授課模式以傳統線下的課堂教學為主，同時由于留學生來源國廣泛，課程組教師也通過直播、錄課等多種授課模式積極開展了線上授課模式的探索，為留學生混合教學模式的改革提供了充分的教學資源與經驗積累。本文以西安石油大學石油工程專業的核心專業課程采油工程為例，結合學校留學生的學情，提出了線下PBL（Problem-based Learning）與線上SPOC（Small Private Online Course）相融合的課程教學模式改革，探索“一帶一路”背景下，來華留學生工程類專業課程授課的新模式。

一" 學情分析

與我國的留學生來源特點相似，加之學校的石油石化行業特色，使得學校吸引了更多發展中國家的留學生來西安石油大學留學，石油工程專業90%以上的留學生均來自亞洲和非洲等發展中能源國，該專業的來華留學生存在較強的特殊性：①留學生來源國的專業教育實力相對較弱，且相關行業在該國家的發展相對緩慢，造成學生對行業和專業基礎知識的了解度普遍較低；②留學生具有不同的文化背景和學習背景，思維開放程度強，對不同文化更加包容和理解；③對于許多留學生來說，所學專業為該國急需的專業，留學不只是為了取得更高的學歷，還為了通過更多“工程化”的教學內容與環節，獲得專業知識和經驗，讓他們更能迎接未來的職業挑戰，并為自己的職業未來打下基礎，獲得更好的職業發展。

采油工程是石油工程專業的核心課程，具有較強的“工程化”特點：課程涉及面廣，綜合性和針對性強，各種措施的相對獨立性強，基本概念和計算方法多，等等。課程主要系統介紹采油工程中涉及的基礎理論與專業技術，具體包括油井流入動態、井筒流動動態和系統節點分析方法，有桿泵采油、無桿泵采油和氣舉等主要的人工舉升技術，水力壓裂、酸化和其他增產措施，以及注水和其他維護措施等。由于留學生來自不同的國家，且以發展中國家的留學生為主，學生的受教育背景和語言掌握類型與程度具有較大差異，使得課程授課效果差異大，尤其是英語教學過程中，非英語母語國家學生的授課效果不理想。傳統線下授課過程中，由于每屆授課班級中學生數量少（近年每屆學生在15人以內），師生難以形成有效互動，影響學生的課堂學習效果，同時課程涉及的學科內容較多，包括物理、化學、力學和機械等，專業詞匯較多，授課過程中學生的初次理解程度較低，課后由于學生對知識點的理解不深刻，造成作業的針對性和實效性差，學生抄襲現象嚴重，教師很難通過線下授課各環節全面掌握學生的學習狀態和效果，無法起到學生及時鞏固課上學習成果、教師及時了解學生掌握情況的目的。同時課程組教師也加強了直播、錄課、課程網站和APP等教學資源的建設，通過上述資源開展了線上授課，直播授課方式除受到留學生所在國家時差的影響外，更重要的是受到相關國家基礎設施（網絡、上課環境）和社會穩定性（戰爭）等方面的影響，而課程網站、APP及錄課等非實時線上教學資源的授課方式，又存在學生主動性、互動性差等問題。總體而言，大部分學生對課程的工程情景和案例等方面的教學需求度高，單一教學模式無法滿足留學生對石油工程核心主干課程的理解，而影響其對后續課程的學習。

二" PBL和SPOC教學的特點

PBL（Problem-based Learning）教學模式，是一種基于建構主義學習理念的教學方法，是由加拿大麥克馬斯特大學的神經病學教授Howard Barrows首次提出，該教學模式更加關注學生在整個學習過程中的主體性角色，通過設定有意義的“問題”情景，讓學生通過合作探究的方式，分析解決實際問題，提高學生對實際問題背后課程知識點的學習效果，從而提高學生解決實際問題的技能，強化學生的自主學習和綜合判斷能力[4-6]。PBL模式以“實際問題”為導向，通過調動學生的主觀能動性，使學生在掌握基礎理論知識的基礎上，加深學生對相關知識點、實際問題/案例的理解，提高學生對關鍵課程內容的學習效果。與傳統的教學模式相比，PBL教學模式更有利于提高學生對基礎知識點和實際案例的學習興趣，強化學生的團隊協助、自主學習和綜合分析能力，從而提升學生對課程內容的學習效果[7-9]。在整個教學模式中，教師主要扮演著問題提出者、課程設計者、過程引導者及結果評估者的角色，必須具備較強的課堂掌控能力和引導能力。而學生是整個教學模式中的行為主體，主要圍繞教師提出的實際問題，通過發現、探索、關聯和解決多個環節，將課程內容與實際問題相結合，有利于學生自主學習能力和創新能力的培養。對于工程類專業的課程學習，以工程案例為導向的PBL授課模式，能夠較好地適應留學生對工程情景和案例的學習需求[10-11]。

SPOC（Small Private Online Course）是一種在MOOC（Massive Open Online Courses）教學模式基礎上進行創新改革，針對小規模特定人群，融合線上、線下課堂教學的混合教學模式。SPOC教學模式最早由美國加州大學伯克利分校的電氣工程學教授Armando Fox提出[12]，其中“S”特指學生規模小，“P”特指達到限制性條件的學生才能被納入SPOC教學環節。SPOC教學模式既傳承了MOOC教學模式開放性、共享性的特點，又避免了MOOC大規模開放教學投資成本高、完成率低等弊端。通過設定限制性條件，兼顧了線上教學的課堂完成率和通過率，以及線下教學的師生互動。使得授課教師能夠有更多的精力去解決學生的問題，注重學生創新能力的培養和差異化教學效果，有利于全面培養學生分析與解決實際工程問題的能力，提高學生學習的積極性和主動性和教學效果[13-14]。

三" 基于PBL-SPOC的教學模式設計

SPOC教學模式通過限制性條件提高留學生對采油工程基礎知識點學習效果的同時，解決了留學生由于教育背景和語言掌握類型與程度差異等原因造成的線下授課效果不理想的問題。留學生可以通過多次學習，提高對基礎理論知識的學習效果。進一步通過下線PBL環節，學生可以通過結合文獻調研、“師生”及“生生”間高效互動討論，將SPOC環節的知識內容與教師設計的工程實際問題相結合。

在石油工程專業留學生采油工程的課程教學目標、教學重難點和學情分析的基礎上，開展SPOC基礎理論教學內容與資料的建設和線下PBL工程問題及案例的建設，包括教材和參考書的選用，符合SPOC教學要求的多媒體、教學視頻和教學動畫的制作，以及習題、隨堂測驗題庫的建設，工程案例和工程問題庫的建設等。通過合理的教學設計（線上環節，任務點；線下分組討論、文獻調研等）和教學平臺（超星學習通、騰訊課堂等），實現線上SPOC基礎理論和線下PBL工程問題和案例的貫通與互饋（圖1）。

四" 基于PBL-SPOC的教學模式探索

SPOC基礎理論教學內容和PBL工程問題和案例的建設是融合式教學改革的基礎，通過線上平臺和線下教學設計實現融合式教學改革是項目研究的核心，基于SPOC和PBL的融合教學模式主要包括三大環節（課前準備、課中實施和課后反饋），其中課前準備環節是重要前提，課中實施環節是核心，課后反饋可為整個教學模式和教學內容的調整提供一定的指導（圖2）。

（一）" 課前準備環節

教師端教學準備：結合采油工程課程特點和教學大綱，進行教材、課程重難點及教學目標分析。針對授課班級進行學情分析，開展課程教學資源的準備，包括線上教學資源的完善補充，SPOC“講間”任務點的設置，線下題庫和PBL工程案例庫的完善。

學生端學前準備：要求學生提前進行課程材料的準備工作，包括線上教學平臺的登錄運行，線下教材、參考書及線上教學資源的預習，相關文獻、資料的調研等。

通過調研中國石油大學（華東）、中國石油大學（北京）、西南石油大學、美國路易斯安娜州立大學、美國斯坦福大學、美國德克薩斯Aamp;M大學和加拿大卡爾加里大學等國內外知名石油高校采油工程課程教材，課程選擇Elsevier出版社出版的《Petroleum Production Engineering》為本課程的教材。該書在美國、加拿大多所大學石油工程專業教學中作為采油工程課本，具有內容全面、通俗易懂、例題豐富的特點，課本內容覆蓋了采油工程的全部內容，同時選用學校周德勝老師主編的《油氣開采新技術》（英漢雙語對照）作為參考書目。針對SPOC教學的特點（對學生設置限制性準入條件，達到要求的申請者才能被納入SPOC教學），結合采油工程的課程教學內容，分解教學重難點，并制作對應的多媒體課件、教學視頻、隨堂測驗題和教學動畫等SPOC個性化教學資源。將教學資源上傳到超星學習通平臺的教學空間。

課程組教師在完成平時教學工作的同時，承擔了較多的科研工作，較為了解國內外有關采油工程的最新動態，通過解決現場工程問題不斷地提高了專業知識水平，積累了較為豐富的科研及現場經驗。結合課程教學重難點、工程關聯度和油田現場應用情況，從PBL的兩個方面來建設工程問題和案例庫，一是結合教師的科研經歷和目前國內外的工程應用情況，精選工程案例（包括工程案例問題和解析）；二是以SPOC的基礎理論內容，提煉工程問題（包括工程問題的解決思路和注意事項）；并建立與SPOC基礎理論部分相對應的工程問題及案例庫。

（二）" 課中實施環節

教師端教學實施：針對授課班級的學情分析，補充課程的線上教學資源，設計“講間”任務點、PBL工程問題引入的課前SPOC部分，包含PBL工程問題分析總結、理論拓展延伸和課后任務點的課后SPOC部分，以及圍繞PBL工程問題剖析、互動交流的線下隨堂PBL討論部分。

學生端課程學習：圍繞采油工程教學的基礎知識點，在完成SPOC中的限制性“講間”任務點的基礎上，針對PBL設定的工程問題，開展文獻調研，通過項目解決思路、協作探究、方案制定和講解展示等環節，完成線下隨堂PBL工程問題的討論，課后通過線上SPOC平臺完成課后作業、文獻調研報告和課后任務點。

在教學實施環節，線上SPOC分為課前和課后兩個部分，課前SPOC部分，教師需要基于教學準備和教學總結環節對課程資源進行補充導入，并在SPOC平臺設定課程任務點（視頻、動畫和基礎問題），并發起PBL問題和SPOC平臺的互動討論，只有完成任務點的學生才能進行線下PBL和課后SPOC。學生通過完成課前SPOC視頻微課、動畫等的學習，以及隨堂測驗和文獻調研，即可完成相應的任務點。課后SPOC部分，教師需要基于線下PBL的教學效果和課前SPOC的任務點完成情況，對工程案例及問題做相應的分析總結，并設定課后任務點（復習題）和互動答疑。學生則需要結合文獻調研和老師分享的案例分析總結加深對該部分基礎理論教學內容的理解，并完成相應的復習題。在線下PBL環節，教師需要對工程問題及案例進行解讀，設定課堂互動交流（無領導小組討論形式），最后對工程問題及案例進行精講釋疑和小結。要求學生必須完成課前SPOC任務點后方可參加線下PBL討論，每名同學都需要參與到工程問題及案例的解決思路、方案制定及講解展示的過程中完成PBL環節，通過線上SPOC限制性任務點的完成和線下PBL的討論，提高留學生對課程的學習效果。

SPOC和PBL融合的教學模式能夠較好地滿足石油工程專業留學生教學的特點（小班授課，語言差異大，學生專業基礎薄弱，對工程實際問題需求度高等），SPOC模式通過限制性任務點的小班線上授課模式，在提高留學生對課程基礎理論知識學習效果的同時，為留學生反復強化學習知識點提供較好的學習資源。在此基礎上，以工程實際問題為核心主線的PBL線下教學模式，強化了留學生對基礎知識點和分析解決實際問題的能力，以及對工程情景和案例等方面的學習需求。

（三）" 課后反饋環節

教師端教學總結：與SPOC-PBL融合的教學模式改革相呼應，教學評價部分主要采用了形成+總結的多維度綜合考核評價方法，同時通過教學總結和課程中PBL環節的教學效果進行教學反思，為以后的課程設計提供依據。

學生端效果反饋：通過課程的學習，學生可以通過線上調查問卷和平臺互動反饋的形式對課程及教師進行教學效果反饋。

形成性評價是留學生采油工程教學模式改革的關鍵環節之一，有助于教師針對留學生在學習過程中的存在的問題及課程掌握情況實時調整教學設計與教學內容，進一步強化學習效果。在整個教學過程中包括以下具體評價環節：①SPOC“講間”任務點的完成效果，該環節可直觀反映留學生對知識點的學習完成和掌握情況，尤其是對非英語母語國家學生等關鍵教學目標學習情況的評價。②PBL實際工程問題的完成效果，該環節可反映學生對文獻調研總結和相關基礎知識點的理解和掌握情況。③SPOC課后作業和任務點的完成效果，該環節基于留學生對基礎知識的學習和PBL實際工程問題的分析，可反映學生對相關知識點的深入理解和拓展情況。④平臺互動討論效果，整個教學過程中設置的平臺互動討論為“師生”“生生”討論提供了線上平臺，留學生可實時進行課程的反饋交流，并反映課程學習中的疑問。

在教學總結環節，涉及教師和學生對授課效果的評價和反思，教師通過形成性和總結性評價對學生的學習效果進行評價，通過案例分析的效果和教學總結對授課效果進行反思。學生則主要通過SPOC平臺調查問卷和互動反饋的形式對教師的授課效果進行評價。通過教學評價和反思為后續教學準備提供意見和思路。

五" 結束語

作為石油工程專業的核心主干課，采油工程與其他工程類專業的核心課程一樣，通過該門課程的講授，希望學生能夠通過學習課程內容具備一定解決和分析復雜工程問題的能力。但在留學生教學過程中存在兩個主要問題，一是工程內容與傳統理論教學內容的銜接不緊密，二是多語言背景下，課堂教學效果受到多因素的影響。因此，基于SPOC使教學對象通過多途徑完成基礎理論知識學習的基礎上，再通過工程案例或工程問題的啟發或引導，提高學生對理論和工程實際問題的理解，對于工程類專業的留學生教學具有較高的適應性。通過PBL+SPOC的融合教學模式可以更好地適應來華留學生特點，提高工程類專業留學生的學習效果，豐富留學生的學習資源和學習方式。

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基金項目：陜西本科和高等繼續教育教學改革研究項目“海洋強國戰略下海洋油氣工程專業創新人才培養體系構建與探索”（23BY070）；西安石油大學本科教育教學改革研究項目“基于PBL-SPOC融合的留學生《采油工程》課程教學模式改革與實踐”（JGGJ2023002）；西安石油大學本科教育教學改革重點項目“海洋強國戰略下海洋油氣工程專業創新人才培養體系構建與探索”（JGZD202302）

第一作者簡介：何延龍（1987-），男，漢族，甘肅蘭州人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為石油工程教學與科研。

*通信作者：黃海（1981-），男，漢族，山東威海人，博士，教授，院長，博士研究生導師。研究方向為高等教育管理。