问题导向的“油气在线分析理论与方法”教学模式研究

钟秉翔 聂玲 柏俊杰 孙先武 翁腾飞

[摘 要] 提高研究生运用理论知识解决实际工程问题的能力，是工科研究生培养的关键问题。该文采用问题导向的教学模式，以案例教学、现场仿真实验等教学方法培养学生的创新思维与实践能力，并提出教学效果评价方法，探索了一条培养学生工程实践能力和创新能力的有效途径。

[关键词] 问题导向;在线分析理论与方法;现场仿真;教学方法;工程实践能力

[基金项目] 2018年度重庆科技学院研究生教育教学改革研究項目“问题导向的‘油气在线分析理论与方法课程改革与实践”（YJG2018y010）

[作者简介] 钟秉翔（1967—），女，硕士，重庆科技学院电气与信息工程学院教授，主要从事智能仪器、在线分析仪器研究。

[中图分类号] G642    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）38-0274-02    [收稿日期] 2020-03-16

一、概述

油气在线分析技术广泛应用于石油及天然气领域，主要提供油气生产过程中成分量信息，为国家节能、减排、安全、环保等发挥了重要作用[1，2]。“油气在线分析理论与方法”是石油与天然气工程领域的一门研究生专业课，要求学生掌握常用在线分析仪器的基本原理和结构组成，熟练掌握各种分析方法的特点、使用条件及使用范围。

目前“油气在线分析理论与方法”课程教学中存在两个主要问题，一是授课内容陈旧，主要讲授油气在线分析仪器的基本原理、结构组成、性能特性和适用场合，缺乏对研究生运用理论知识解决实际工程问题的能力的培养。二是课程教学方法来看，教学主要以教材为主线、以课堂和教师为中心采取讲授式教学，而忽视利用生产现场“问题”为线索引发的理论提炼和应用过程的探讨[3]。

本文将改革目前知识本位的课程内容，以“解决工程实际问题”作为课程内容的切入点，分析问题产生的原因，查阅文献资料和技术资料，提出解决问题的思路和方案，采用开放式的教学方式，将理论知识、工程技术有机结合[4]，通过仿真现场的实验环境对问题的解决方案进行实验验证，加强学生工程素养的培养，对工程型研究生教育质量的提升具有积极意义。

二、教学设计

教学内容设计的整体思路是对实际油气现场的工程问题进行梳理、提炼，精心组织和编排教学内容。首先，教师以工程实际作为背景，引入实际工程问题，引导学生思考并进入相关在线分析理论知识领域;然后，系统地学习理论基础，深入分析其工作原理;最后将分析技术理论和方法应用到实际工程中，并推广到类似问题中，扩大学生在线分析理论和方法的应用范围，建立发现问题，分析问题，解决问题到推广应用的思维方法，从而增强学生运用理论知识分析工程问题的能力。

以激光在线分析仪器教学为例。首先，引入实际工程案例，某合成氨厂测量合成气中的氧含量，发现某国产激光分析仪示值略高于进口磁氧分析仪示值，2种氧分析仪到底哪个分析更准确呢;然后，组织学生学习激光在线分析仪器理论基础，分析工艺现场和仪器实际应用场合。经过对实际现场情况的分析，发现磁氧分析仪产生误差的原因是样气中以H2和CO含量居多，用户使用零点气高纯氮校准零点时未作零点迁移，所以导致测量值偏高;激光分析仪表属于光学仪器，不受样气组分顺磁性或逆磁性的影响，所以推断出激光分析仪表测量结果是准确的。最后，推广应用到合成氨厂的尿素工段，测量CO2原料气中的含氧量。这样，通过实际工程案例引入，分析理论基础和工作原理，分析案例产生原因，学生对工艺过程深入理解，对在线分析仪器的应用及适用场所能知其然，并知其所以然。

三、教学方法

由于学生缺乏现场经验，教学内容对于他们来讲显得枯燥乏味，一味采用传统的讲授法进行填鸭式的灌输，学生很容易走神。针对学生缺乏实际的工程实践经验，难于将实际工程问题与理论知识结合起来，且教学资源不多，实验教学设备几乎没有，所以在教学模式和方法上亟待改进和突破。根据本课程的工程实践性强的特点，采用了案例法、现场仿真实验法。

（一）课程资源建设。为了培养工程硕士的工程实践能力，需要建设培养学生工程素养的教学资源，包括工程案例库、在线视频及相关资源和仿真工程现场的实验设备。案例库建设有助于提高学生对工程问题的认识和理解，帮助其理解工程问题的理论基础和解决办法，逐渐培养解决复杂工程问题的能力。任课教师深入石油、天然气、环保企业调研，收集在线分析仪器及系统的应用案例，经过分析整理，提炼其中典型的在线分析理论、分析仪表相关的内容，形成课程案例库;根据课程教学大纲，建设在线课程教学资源，主要包括课件、视频、习题库等资源建设。制作了石油天然气行业应用较多的红外气体分析仪、紫外气体分析仪、激光气体分析仪、气相色谱分析仪、微量水气体分析仪等在线分析仪器案例视频。

（二）课程实践。根据教学大纲要求，任课教师结合实际工程案例提出问题，学生根据教师提出的工程技术问题，查找资料，观看在线视频，参与在线讨论，获得理论知识和解决工程问题的方案。在仿真现场进行真实环境下的实验，注重工程问题的分析和解决，在实践中将理论知识、工程技术有机结合。

例如在学习天然气微量水的测量方法时，引入某天然气净化厂采用美国AMETEK 3050水露点分析仪分析净化处理后的天然气水分案例。学生课前在网上查找类似案例，在课程网站上学习在线微量水分析器的分析原理、内部结构，重点分析样品处理过程中容易引起测量误差的原因。任课教师在课堂中组织学生开展专题讨论。对比现场气质条件和其它生产厂同类微量水分析器的应用情况，发现样气含有的微量醇类、重烃蒸气，在送入AMETEK 3050前未未将杂质过滤干净，进入仪器后污染石英晶体传感器，造成水露点示值偏高。测量数据不准确的原因还有未采取伴热保温措施，样气中水分随环境温度的变化，在管壁上吸附、解吸，甚至冷凝的现象出现，造成水分含量变化等问题。课堂讨论后，进入实验室进行工程现场仿真的天然气微量水检测实验，学生在实验中观察样气预处理过程，分析样气处理不当可能带来的测量误差，并提出合理的解决办法，提高测量精度。

四、教学评价

学生经过课程学习，如何评价其学习效果？课程评价方式包括两个方面，一方面通过采用测验、作业、讨论、报告等多方式对学生学习过程进行形成性评估，其中讨论过程包括教师评价、学生自评和学生互评，让学生参与到评价环节中，提高学生对课程评价的参与积极性;通过研究报告或考试对学生进行终结性评估。学生过程性评价主要以作业、讨论、实验等成绩为依据，占总成绩的40%，形成性评估一般采用开卷形式（报告或试卷），卷面成绩占60%，学生必须充分关注平时学习、实验，养成创新思维和工程实践的习惯，才有可能在期末开卷的开放性考题中寻找出科学答案。另一方面，邀请企业专家、毕业生参与教学的评价，包括课程目标、课程内容、教学方式等进行评价。

教学评价结果表明，合理启发学生，共同探究实践，能有效地提升学生工程实践能力，养成创新思维习惯。根据师生评价和企业专家的评价结果，及时分析教学内容及教学方法是否有利于培养研究生的工程实践能力和创新能力，不断改进教学内容和方法，保障研究生课程教学质量，提高研究生工程素养和实践创新能力。

五、结论

针对面向工程应用的硕士研究生，通过问题导向的“油气在线分析理论与方法”课程的教学改革和实践，逐步培养解决工程实际问题的能力。根據教学大纲要求，通过获取现场实际工程问题，经过梳理和提炼形成基于问题导向的教学内容;教学方法上通过案例教学、现场仿真实验等教学模式，提高学生的工程意识，促进学生积极思考，发现、分析和解决问题，并能推广到其他应用领域。因此，在课程教学中引入问题导向教学模式是提高学生工程素养，培养探究精神和工程实践能力的有效途径。

参考文献

[1]高喜奎.在线分析系统工程技术[M].北京：化学工业出版社，2014.

[2]王森.烟气排放连续监测系统（CEMS）[M].北京：化学工业出版社，2014.

[3]曲燕.论问题导向的研究生思维能力培养——以传热强化课程体系构建为例[J].化工高等教育，2018，35（05）：17-20.

[4]柳玉英，王平，等.研究生现代仪器分析创新能力的培养模式探索[J].实验室研究与探索，2019（10）：198-201.

Research on Problem-oriented Teaching Model of Oil and Gas Online Analysis Theory and Methods

Zhong Bing-xiang，NIE Ling，BAI Jun-jie，SUN Xian-wu，WENG Teng-fei

（School of Electrical Engineering，Chongqing University of Science and Technology，Chongqing 401331，China）

Abstract：Improving the ability of graduate students to use theoretical knowledge to solve practical engineering problems is the key to the training of engineering graduate students.In this paper，the problem-based learning mode is adopted.The learning methods including case learning，field simulation experiments are adopted to cultivate students' innovative thinking and practical ability，and the teaching effect evaluation method is proposed.Practice shows that problem-based learning model is an effective way to cultivate students' innovation ability and engineering practice ability.

Key words：problem based learning;online analysis theory and method;field simulation;teaching method;engineering practice ability