“采气工程”课程教学方法改革探索

倪小明，贾 炳

河南理工大学 能源科学与工程学院，河南 焦作 454000

“采气工程”课程是煤及煤层气工程专业的必修专业课，是对大学四年来的煤层气方面理论进行总结并升华到工程实际应用中的一门课程，而对煤层气基础理论与现场工程实践的有机结合在很大程度上决定着工作后工程实践的水平和科学研究的能力。煤层气与天然气虽然都是以甲烷为主的气体，但煤层气在储集层中的赋存状态、产气机理、产气特征等方面与天然气存在本质的区别，决定了煤及煤层气工程专业的“采气工程”课程与传统的天然气的“采气工程”课程的教学内容、教学方法、教学目标等方面存在很大的差异性。同时，煤及煤层气工程是近几年高等学校新设置的专业，针对煤及煤层气工程专业的“采气工程”课程目前还没有现成的教材可借鉴，如何针对煤及煤层气工程专业本身的特点，设置适合本专业培养目标的教学内容及教学方法，直接关系到煤及煤层气工程专业的学生今后的发展方向。笔者在系统分析目前煤及煤层气工程专业“采气工程”课程存在的主要问题基础上，提出了教学改革措施，以期提高煤及煤层气工程专业学生的教学培养质量。

一、煤及煤层气工程专业“采气工程”课程目前存在的主要问题

煤及煤层气工程专业的“采气工程”课程有别于传统的天然气的“采气工程”课程，且煤及煤层气工程专业作为新开设的专业，理论体系、工艺技术、实验等方面尚不完善。导致课程目前存在一些主要问题。

1.理论体系的不成熟

“采气工程”所讲授的就是通过对产能影响的基础理论分析基础上，得出与之相匹配的工艺技术措施，最终达到合理、高效开发煤层气的目的。因此，基础理论研究的准确与否很大程度上决定了工艺技术选择的正确性，最终影响着煤层气井的产气量。也说明了基础理论在采气工程中的重要性。由于煤层气研究起步相对比较晚，而且国家扶持力度不够，导致基础理论尤其是机理认识方面尚不清晰，比如煤层气吸附-解吸机理等存在多种解释，没有一种确切的理论。煤层气排采过程储层参数的变化仅局限于定性的研究或者借助模拟软件进行模拟，动态变化规律及动态变化的根本原因未真正查明。理论解释的多解性、基础理论的不成熟决定了不能采取“填鸭式”、“授教式”的教学方法进行基础理论的讲解。

2.工艺技术的不完善

煤及煤层气专业的“采气工程”课程是以煤田地质、煤层气地质为基础，以石油、天然气勘探工艺为手段的课程。煤层气储集层与石油、天然气储集层本质的区别决定了不能照搬石油、天然气的勘探开发工艺技术。

基础理论不成熟，无法针对特殊的煤储层，真正找到与之相匹配的工艺技术，笼统的、概念化、流程化的石油、天然气工艺技术的讲解不仅可能造成学生学习的误区，更重要的是可能导致工作以后方向性的错误。

3.理论与实践教学的脱节

煤及煤层气工程专业的“采气工程”课程不仅要讲解基础理论知识，更重要的是要讲工程实践，煤及煤层气工程专业作为一门新兴专业，理论体系的不成熟决定了很多知识都处于探索阶段，与之相匹配的工艺技术不能照搬石油、天然气的工艺技术，学校更多的是要靠实验仪器作为重要支撑来完成实践方面的教学，没有过多的、已经成型的实验仪器可以购买导致煤及煤层气工程专业的“采气工程”理论与实践教学环节严重脱节。即使到现场进行参观，看到的也仅仅是石油、天然气的工艺设备，如何针对煤及煤层气工程专业的特点，研制、开发与之相匹配的教学设备是解决理论与教学脱节的根本。

二、煤及煤层气工程专业“采气工程”课程教学方法的改革

针对目前煤及煤层气工程专业“采气工程”课程方面存在的理论和技术不成熟、工程实践性强、不确定因素多的特点，在借鉴天然气采气方法、煤层气采气理论基础上，提出了探讨式、启发式、报告式与传统教学相结合的理论教学方法和不同于以往的实验与现场实践相结合的实践教学方法。

1.理论教学方法的改革

扎实的理论知识是指导实践的基础，但是采气工程理论体系的不成熟性，决定了采用常规教学方法很难达到预期目标，针对于此，提出了启发式、探讨式、报告式与传统教学相结合的教学方法。

（1）启发式教学。知识的拓展是在掌握一定基础理论的基础上进行的。对于一些专业基础知识，采用常规教学方法进行，使学生在理解的基础上去掌握。在学生掌握一定知识后，通过一些问题的提出，启发学生运用基础理论去思考。比如根据单一气体等温吸附方程进行多种气体吸附方程的推导，根据等温吸附方程可以计算出哪些量，煤层气井的产气机理与天然气的产气方面的差异等等，通过提出问题，引导、启发学生去思考，并写成文字性的东西总结出来。通过这种教学方法，让学生对一些多解性的问题有了更深的理解，适时避免了理论知识的误区。

（2）探讨式教学。采气工程理论体系的不成熟性导致很多问题都存在多种观点，比如关于气体吸附最常见的观点有：分子间作用力、范德华力、分子势阱等，每一种方法都可以解释一些现象，但是又有很多解释不了的问题。

针对诸如此类的问题，让学生们课下查阅资料，总结、归纳出目前存在的主要观点，并深刻领会这些观点提出的根源、适用条件等。

在课堂上将学生按照4～5人一组进行分组，一组成员之间就同一问题进行讨论，成员之间各抒己见，讲出自己的看法以及观点，讨论不同观点的优缺点，并做好记录，最后由组长进行总结，并提出该组的代表性观点。教师根据各组的观点以及讨论情况，鼓励学生积极就自己的观点参与辩论，采用“自愿参与+适度安排”相结合的方法组织4～6组同学进行辩论，剩余学生作为评委。两组学生分别就自己组的观点提出证据，尽量去说服对方，并对对方进行提问。最后根据双方表现请评委举手表决，决出胜负。

在辩论结束以后，教师分别就各参赛组观点以及表现做出点评与总结。通过这种教学方法，让学生对一些问题、多种观点产生的根源、适用条件等方面有更深刻的理解，加深了印象，拓展了思考问题的角度。

(3)报告式教学。采气工程作为一门实践性极强的学科，其理论及工艺更新速度远远超过课本更新速度，这就要求学生能及时了解现场施工情况以及理论研究最新进展。只有这样才能把所学知识及时应用到实践。在前两种教学基础上，穿插着进行了一些报告式的教学。

报告式教学的方式有很多，笔者主要采用了言传身教式和学生自主报告式两种方式。

言传身教式就是教师就一些研究报告、目前行业的一些研究热点、施工存在的主要问题以及自己的一些看法，以报告的形式展示给学生。同时，对学生提出的各种疑问进行解答，使学生能及时了解行业研究的最新进展。

学生自主报告式就是以“自愿报名+适度安排指定范围”相结合的方法，让学生就目前理论以及施工过程存在的一些问题，通过查阅资料、思考，提出解决方法以及自己的理解，然后由教师对其观点及思路进行指导，最后让学生以报告的形式将其展示给大家。展示结束以后学生可以就此问题谈谈自己的观点，提出自己的疑问，最后由老师进行总结。

报告式教学让教师对理论知识进行拓展和总结，学生对理论知识加深了理解，开阔了学生的视野，能及时了解专业的最新动态，较清醒地对自己进行合理规划。

2.实践教学方法方面的改革

实践教学环节是学生将理论知识的理解进一步加深、拓展的过程，也是考查学生对基础理论掌握程度的一个过程，主要包括实验和现场实践两个方面。

（1）实验方面。煤层气主要是借助于石油、天然气的开发工艺技术进行煤层气开发，但煤层气储集层、产气机理等与天然气这些方面的根本区别决定了煤及煤层气工程专业的“采气工程”课程实验既有与天然气的“采气工程”相似的实验内容，同时又有与其完全不同的实验内容。

针对与天然气相同的常规性实验：实验前，要求学生认真看书，熟悉该实验的目的、方法以及步骤；实验过程中，要求学生认真听老师讲解，对于允许学生亲自操作的实验，一定要积极参与，做到每人都亲自操作一次，并对可能存在的实验结果进行一一验证；对于演示性实验，要求学生要做好笔记，认真思考每一操作的目的、方法、实验过程、可能存在的实验结果进行推测，并详细分析出现这种实验结果的原因，实验后及时撰写实验报告；并对实验结果进行分组讨论，讨论不同情况下引发结果的原因。通过这样的实验，锻炼学生的动手能力，拓展学生的思维。

针对部分没有现成的实验设备或者现有的设备不能满足要求的实验，为了能进行实验，首先告诉学生实验要达到的目的、现有的实验设备的原理及哪些关键地方不能满足实验的要求，让学生明白现有设备存在的缺陷及我们需要进行改进的方向。然后鼓励学生开动脑筋，通过查阅资料、集思广益，通过对现有实验仪器进行改装或自行设计研制出一些实验模拟装置。比如：煤层气井排采过程中影响半径如何变化这样的实验，市场上没有现成的设备，我们通过研究，最后组装完成了这样的模拟装置实验。通过这样的实验改进或重新设计，不仅让学生对各参数的测试以及过程的模拟有了全面认识，而且可以通过模拟装置的制作过程，加深对理论知识的理解，形成勤于动脑的好习惯。

（2）现场实践方面。采气工程是一门实践性极强的学科，现场实践也是教学的一个重要组成部分。要进行现场实践，但我们并不是急于现场实践，而是在现场实践前，对现场实践的目的、参观实习的主要内容、注意事项等对学生进行详细讲解，要求学生以书面的形式写出要去现场参观哪些东西？哪些东西是重点的东西？想了解什么？为什么要了解这些？了解这些的目的是什么？了解了之后能得到什么启发？等等，以自问自答式让学生写出自己的困惑或疑虑，以及通过什么方式，哪些是不去现场就能解决的，哪些是必须去现场才能解决的，尽量避免在现场谈论一些书本上的理论知识，做到有备而去，心中有数，充分利用有限的现场实习时间，达到真正现场实习的目的和效果。

现场实习过程中要注意安全，听从带队老师统一安排，对待现场施工人员要有礼貌，尤其是在现场人员对施工情况进行介绍的时候，要保持安静，认真做好记录，即使有问题也要等施工人员讲完以后再问，不要轻易打断别人的讲话。要求学生积极提问，同时认真做好笔记。

现场实践结束以后，老师采取“自愿报名+重点推荐”的方式，鼓励部分学生勇敢站出来，与大家一起分享他们现场实践的收获。然后由老师引出一些现场工艺问题，大家一起讨论现场工艺的优缺点、改进方法以及与常规油气的区别。最后，由老师进行总结性发言，学生完成实习报告。

针对煤及煤层气工程专业的“采气工程”课程教学过程中存在的诸多问题，提出的理论教学与实践教学方面的改革与传统教学方法优缺点对比结果（表1）。

表1 煤及煤层气专业的“采气工程”教学改革与传统教学方法对比表

三、教学改革保障措施及效果评价

教学质量的好坏是评价教学改革成败的关键指标，有效的、合理的措施是确保教学改革成败的关键因素之一。为了把教学改革的思想真正落实到学生的行动上，主要采取了以下几种保障措施，并对教学效果进行了评价。

1.保障措施

学生既是教学的载体，同时也是教学改革的执行者。为了确保教学改革顺利进行，必须充分调动学生的积极性，让学生从内心深处真正意识到学习的重要性和思考的重要性。因此，本次在教学改革中主要采取了以“引导式”的让学生意识到自身学习的重要性的自发进行为主，同时辅以一定奖惩制度的激励式措施。

（1）引导式保障措施。

一是开展“专业前景分析”议题。每3周作为一个单元，把社会需求、专业技术、本专业与其他专业关系等等方面的现象、技术、问题等制作成PPT，深刻地剖析目前社会对本专业的需求情况、本专业目前培养的人才情况、专业发展中存在的关键技术问题等等，让学生对本专业有个较清醒的认识，既不盲目乐观，同时又能树立学习的目标，激发学习的信心。

二是开展“专业榜样的力量”议题。充分利用课间时间或课余时间，把本专业的知名专家的生平事迹、研究领域、学习方法、成长的关键环节等制作成PPT，系统地剖析他们成长的背景、个人的性格、习惯等在他们成功中所起到的作用，使学生反思、奋进。邀请在工作单位发展较好的毕业学生与在学校学生进行面对面交流，交流他们的学习方法、学习经历、思想变化、发展历程等等。使学生意识到大学四年学习、专业基础的重要性并能自发地投入到学习之中。

三是开展“心灵触动”议题。针对一些思想波动比较大，自制力比较差的同学，进行“重点照顾”，从父母辛苦支撑家庭、个人生活消费、学费与知识点之间交换、自身思想行为等角度进行耐心的教导，使学生从内心深处意识到父母的辛劳、期盼，自身学习机会的来之不易，珍惜大学的美好时光，充分利用好大学的环境、条件，自发地、积极地投入到学习之中。

（2）激励式保障措施。

为了让班级形成“你追我赶、互相超越”的学习风貌，同时还采用了“激励式”措施。制定评价指标体系，并把各个评价指标进行量化，既有单一指标的鼓励，又有综合指标的鼓励。比如设置发明创造奖、学术论文奖、综合评定奖等等。鼓励把很多指标进行量化处理，比如：针对发明创作能力强的同学，鼓励其进行发明创造，并把发明创造的成果转化成评价的分数，专门设置发明创造奖进行奖励。比如增加平时成绩所占的比例，制定平时成绩分配方案，根据平时参加辩论活动的积极性，课程设计完成质量以及出勤率等，进行平时成绩的考核。使学生意识到平时成绩不是老师给多少，而是你可以挣多少。通过这样的方式，不仅使学生精神上得到满足，同时在班级形成了积极、努力向上的学习风貌。

2.效果评价

对传统教学的2005级学生与采用教学改革后的教学方法的2006级、2008级学生的成果进行了对比，对比结果见表2。

表2 传统教学与教学改革成果对比表

从表中可看出，经过教学改革后，不仅考试成绩、课程设计得到了明显提高，而且学生的创造力、思考问题的能力也进一步得到提高，教学改革收到了很好的效果。

四、结论

通过探索“采气工程”课程教学方法改革，得出以下认识。

（1）启发式、探讨式、报告式与传统教学相结合的方法，可以有效避免常规教学中由于理论体系不成熟等对学生认识造成的误区，理解的片面性，最重要的是可以开阔了学生视野，拓展学生思考问题的角度。

（2）自行研制设备与常规实验相结合的实验教学，可以避免学生学习知识的僵化、设备缺乏等问题，提高了学生对理论知识的理解，锻炼了学生的动手能力、形成了勤于思考的好习惯。

（3）注重实习过程的每一环节与总结探讨相结合，避免了理论与实践脱节，使学生达到“看有所感，思有所体，做有所悟”的效果。

[1]焦国盈，裴苹汀，戚志林，等.“采油采气工程课程设计”教学改革与实践[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2011，（9）：166-167.

[2]李旭平，房庆华，樊爱萍.也谈“岩石学”课程教学与改革[J].中国地质教育，2008，(3)：82-85.

[3]李增学，刘海燕，刘莹，等.“煤地质学”课程教学与改革[J].中国地质教育，2009，（1）：114-117.

[4]张金学，张宝歌.构建探究讨论式教学 提升课堂教学质量[J].中国高等教育，2011，（23）：32-34 .

[5]郭广生.创新人才培养的内涵、特征、类型及因素[J].中国高等教育，2011，（5）：12-15.

[6]刘文利，李 蕾，刘东红.浅谈教学改革与学生创新能力培养—以物理教学为例[J].当代教育科学，2011，（23）：59-60.