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互动式教学模式在油气层渗流力学教学中

郭晶晶,王海涛

（西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都610500）

摘要：针对油气层渗流力学课程的内容特点和石油工程专业特点,本文在对油气层渗流力学课程教学中存在的难点进行分析的基础上,对互动式教学模式在油气层渗流力学教学中的应用进行了探索研究,指出可以利用“设疑法”、“课堂讨论法”等方法以及现代信息技术环境下的多种交流平台来提高油气层渗流力学课程课堂教学效果、培养学生的创新能力和工程应用能力.

关键词：油气层渗流力学；互动式教学；石油工程；教学效果

doi:10.16083/j.cnki.1671—1580.2016.06.031

中图分类号：G640 文献标识码：A 文章编号：1671—1580（2016）06—0099—03

油气层渗流力学是流体力学的一个分支,是研究石油、天然气等油气藏流体在地下多孔介质储层中流动规律的一门学科,该课程是油气田开发与开采的理论基础,也是国内外相关石油高校石油工程、海洋工程等专业的核心专业基础课程.［1-2］长期的教学实践表明,该课程也是石油工程相关专业最难的专业课程之一,主要表现为老师难教、学生难学、教学效果差.而该门课程又是其他许多后续专业课程的基础,在石油工程专业学生知识体系构建和专业能力培养过程中起着重要的作用.如何有效地提高油气层渗流力学课程的教学效果和课堂教学质量,培养学生的创新能力,教会学生解决地体渗流问题的理论及方法,为后续相关专业课程的学习打下坚实的基础,也是众多渗流力学教师在努力思考及积极探索的一个难题.

教学是一项复杂的人才培养活动,是指在特定的社会环境中,为达到一定的培养目的和要求,由教师和学生双方共同组成的双边活动.［3］本文基于石油工程专业学科特点、石油高校油气层渗流力学课程教学难点以及油气层渗流力学课程的内容特点,结合笔者教学实践,浅谈几点对互动式教学法在高校油气层渗流力学教学中应用的观点.

一、油气层渗流力学课程教学存在的问题

分析油气层渗流力学课程教学难、学习难的原因,主要有两方面：一方面是由于课程本身内容体系的原因,该门课程是建立在多种学科基础之上的应用科学.课程中专业概念和方程较多且易混淆、理论推导及求解过程复杂、知识系统性较强,学生在学习本门课程之前,要先具备石油地质、油层物理、高等数学、流体力学等相关领域的知识,任何一方面知识的缺失都会导致该门课程学习过程中遇到困难.［4］此外,本门课程研究的是油、气、水在地下储层中的运动规律,研究对象及流动过程抽象,油、气、水在地下多孔介质迂曲通道中的渗流不像明渠流、河流、地面管流那样直观,学生在学习的过程中缺少直观体验,这也给学生理解教材内容带来了一系列障碍.

另外一个更重要的原因则是油气层渗流力学现有课堂教学模式的局限性.目前国内石油高校油气层渗流力学的教学大多采用传统的讲授式教学方法,即老师在讲台上卖力讲授、学生在台下静静地坐着听、记.而在整个课堂教学过程中,缺乏教师和学生之间的有效互动,忽略了学生的主体性,不能有效激发学生的自主能动性和参与课堂的积极性.再加上该课程又涉及繁多的专业概念及大量的数学推导,学生缺少直观体验,课堂上、课后学生与教师的有效互动交流又很少,绝大多数学生在学习该门课程的时候都是被动记忆大量的公式、推导过程及结果,而对于这些公式背后的物理含义、解决问题的思路和方法则不去深究.往往在课程结束后,学生可以背出教材中的公式,但却无法有效利用这门课程中蕴含的方法和思路去分析和解决哪怕是一个简单的单相原油渗流问题,这就偏离了油气层渗流力学这门课程想要达到的培养目的.

综上,油气层渗流力学课程本身的教学内容体系决定了这门课程的“教”和“学”的难度,在现有课程教学内容体系下,教师如何采用有效的教学方法来激发学生对本门课程的学习兴趣以及对课堂教学的主动参与积极性,使学生真正学到和掌握对地体渗流规律分析的方法和思维,对于提高课程教学质量、培养学生的创新能力具有重要意义.

二、油气层渗流力学课程互动式教学模式探讨

在众多教学方法中,互动式教学是提高教学质量、实现有效教学的一种重要手段,互动式教学方法注重强调“教”与“学”双方——教师和学生的有效互动和交流,从而真正发挥教师的主导作用和学生的主体作用.互动式教学方法的具体实施形式有多种,根据油气层渗流力学课程的教学内容以及石油工程专业学生培养目标和特点,可采取问题式、讨论式等方法来达到提高油气层渗流力学课程教学效果的目的.

1.巧妙设疑,激发学生兴趣,引导学生思路

油气层渗流力学课程涉及到地质、流体力学、油层物理等方向的专业概念以及复杂的偏微分方程推导、求解等知识,很容易让学生产生乏味、枯燥乃至畏惧的心理,进而对课程的学习产生抵触心理,降低学习效率.通过选择合理的问题,利用设疑的方法,引发学生思考,当其产生疑问而用现有知识又无法释疑时,就会刺激学生产生求知,从而主动参与教学过程,在此基础上再引导学生对问题中反映出的规律和理论进行总结.这样一来,学生对该知识点的理解和掌握会更深刻,可以有效提高学习效果.

例如在讲解该课程中“储层岩石渗透率”这一知识点时,在讲解渗透率概念之前,可以首先向学生们展示两张具有同样外观尺寸、孔隙体积以及孔隙度的岩石图片,然后让学生思考如果在这两块岩石上施加同样大小的压差,为什么通过这两块岩石的水流量会不相同.这一设疑过程中涉及到了学生之前掌握的岩石外表体积、孔隙体积、孔隙度等概念,但学生会发现利用这些已知的概念无法解释这一现象.此时学生就会自然而然地产生好奇心,接下来教师就可以引入达西实验,并引导学生一步步对实验数据进行分析,找出影响实验结果的因素,最终给出渗透率的概念.学生在这一过程中,会对岩石渗透率的物理含义、测量过程包括它在流体流动中的作用有更深刻的认识和体会.

又如在讲解“镜像反映法”这一节内容时,可首先带领学生一起回顾一下之前学过的油井产量计算公式,而后向学生们抛出疑问：如果油井附近存在一条直线断层,此时油井的产量应该怎么计算？是不是等于之前油井产量的二分之一？如果不是二分之一,应该是多少？学生们会根据自己直观的经验判断给出一个答案,当发现自己答案错误的时候,学生就会自然而然地想知道为什么不是一半产量,又到底应该怎么算此时的油井产油量,如此即可一步步引出镜像反映法的原理、物理含义及计算方法.而后再抛出下一步疑问：如果井周围是直角断层,又该如何计算油井产量？通过这样一步步引导学生进行思考,学生不仅会对镜像反映法的物理含义、具体计算方法留下深刻的印象,也可培养学生思考问题及对比分析问题的能力.

采用设疑互动教学时,教师要在备课时对油气层渗流力学课程内容进行仔细梳理,注意选择出适合于设疑教学的知识点,这些知识点不仅要求要具备一定的专业难度,而且还要注重与生活中学生们能观察到、想象到的现象相联系、相类比,这样学生才会对问题产生兴趣,进而通过这些现象、问题去思考,加深对所学课程内容的掌握程度.［5］

2.组织课堂讨论,启发独立思考,培养工科应用能力

油气层渗流力学作为石油工程等工科专业的必修课程,其教学目的不仅仅是希望学生记住教材中的理论、知识点,更重要的是希望通过教材内容的讲授,培养学生独立思考及解决实际工程问题的能力.课堂讨论法作为互动教学的一种手段,可有效启发学生自主思考,并培养学生实际分析问题、解决问题的能力.

课堂讨论教学的一般组织形式是,教师首先选择合适的主题,要求学生课后独立思考、查阅资料,而后回到课堂对该知识点进行自己的阐述.在这一过程中,学生从被动地接受老师讲授知识转变为自己去主动思考、查找文献、总结归纳,自己获得的第一手知识印象更深刻,掌握程度也更高,并从中学会了获取新知识、解决问题的思路和方法.此外,对于同一问题,每个同学思考的切入点、侧重点都有所不同,借助课堂讨论,也可以使学生对这一知识点的认识更加全面,也间接锻炼了学生从不同角度去思考、解决工程实际问题的能力.

在油气层渗流力学课程中,通过对课程内容、教学重难点的梳理,教师可以从中凝练出若干油气田开发中的热点问题作为课堂讨论主题,鼓励学生在自主思考、文献资料检索的基础上进行讨论.例如目前世界范围内的页岩气革命,结合油气层渗流力学课程内容体系,可就以下几个方向引导学生讨论：页岩气、煤层气等非常规天然气的流动规律是否满足传统达西定律？如何利用前面章节学到的单相流体渗流理论建立过程来建立适用于页岩气藏的流动模型？在页岩气流动过程中,如何考虑吸附气对流动的影响？

对于课堂讨论形式,教师应尽可能选取与当前渗流力学领域内研究热点结合较紧密的课程内容重点作为讨论的主题,并要注意在学生查阅资料过程中的指导作用,及时纠正学生认识上出现的偏差,以及在课堂讨论环节中帮助学生共同进行归纳、总结.通过这样一种方式,学生在教师的指导下,学会了如何通过自主思考和讨论来主动地构建知识体系,所得到的认识更加鲜活、深刻,学生与教师间的关系在这一过程中也会变得更为融洽,更有利于课程其他内容的互动教学.在这一过程中,学生也熟悉了“分析—文献查阅—讨论—总结”这一套研究方法,有助于提高学生今后走向工作岗位、解决油气田实际开发工程问题的能力.

3.充分利用信息技术手段,构建互动平台

由于大学管理方式、课程设置、学校教室安排等诸多因素的影响,有的专业课程可能每周只上一到两次课,课堂休息时间间隔往往也比较短,学生在课间与专业课教师进行答疑、交流的机会往往较少.以笔者所在高校为例,虽然包括油气层渗流力学在内的多数专业课程都安排了专门的课后答疑和辅导时间,但一般每周只有一次答疑时间,无法及时、有效地解决学生在课后做作业、复习过程中遇到的问题.微信等交流平台的使用,使得教师与学生之间的交流方式更加多样,交流时间不再局限于课堂和答疑时段,交流地点也不仅仅局限于教室和办公室,可以更及时地对学生在学习中遇到的问题、疑惑进行解答,及时了解学生学习过程中的难点、困惑点,及时调整教学策略,实现课堂内外教师与学生的有效互动,提高教学效果.

三、结束语

油气层渗流力学课程本身的内容特点决定了该课程教与学的难度,单纯的“教”很难达到预期的教学效果和培养目的.采用互动式教学模式,充分认识教师和学生在教学这一活动中的共同主体地位,综合利用设疑法、讨论法以及借助信息化互动交流平台,让学生有效地参与到课程教学中来,实现“教”与“学”的有机统一,才能有效提高课程教学效果,也有助于学生工程应用能力、实际解决问题能力的培养.

［参考文献］

［1］袁迎中,戚志林,严文德“. 渗流力学”课程创新思维教学方法探索［J］.中国地质教育,2014（02）.

［2］尹洪军,刘义坤.渗流力学省级精品课程建设的实践和收获［J］.石油教育,2008（02）.

［3］杨德广.高等教育学［M］.北京：高等教育出版社,2009.

［4］雷登生,戚志林,李涧松《. 油气层渗流力学》课程教学改革思考［J］.重庆科技学院学报（社会科学版）,2011（12）.

［5］郝红英.互动式教学法在工科基础课教学中的应用［J］.中国冶金教育,2014（01）

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