“新工科”建设理念下采油工程教学与实践改革探索

汪杰，江厚顺，续化蕾

（长江大学 石油工程学院，湖北 武汉）

随着科学技术的发展，新能源和可再生能源获得突飞猛进的发展，在国民经济与生活中所占比例也越来越高，但是受制于应用环境和技术瓶颈的限制，仍然无法替代以煤炭和石油为主的传统能源。随着能源需求的日益加剧，势必需要更多的石油开采技术人才，以保障我国能源市场供应的持续稳定。采油工程作为石油工程专业的四门核心课程之一，与油藏工程、钻井工程和完工工程紧密相连，是一门关于如何高效经济的将地层中的原油生产开采到地面的综合学科。在当今信息化技术飞速发展的背景下，只有不断深化改革教学与实践方法与手段，利用信息与网络化平台等媒介展开教学，才能从根本上改变教学知识和理论实践落后的局面[1-2]。“新工科”建设的核心内容，是根据新产业、新要求对中国传统工科学科的建设模式、发展途径和服务对象加以重构，并推动学科建设由以学术为导向到以行业需求为引导转型；以新经济、新产业为基础，设置和发展了若干新型工科专业，以促进对现有工科专业的改造创新[1-3]。

目前在石油高校，采油工程教学注重理论教学，但没有注重实验和实践对学生的重要性，存在缺乏自主创新意识、跨学科培养力度不够、人才培养“重理论、轻实践”等问题。譬如采油工程理论相关重要知识点大多学生只是停留在理论上，对实验基本原理、知识点之间的相互联系、对现场情况的认识都无法理解，因此很难实现实验课程的综合性、立异性、创新性。在当今“新工科”建设的背景下，要实现培养综合型、应用型工程人才目标，不但需要学生掌握有关基础理论和专业知识，更需要强化学生的实验能力、实践能力和创新能力。因此，改进和完善人才培养模式成为必然之举。

一 “采油工程”课程教学与实践现状

采油工程作为石油工程四门核心课程之一，是从事石油开采技术人员必要参考。目前，普遍采油的教学模式是理论课60学时，实验课程4学时，以及为期一个月的现场实践教学。随着油田信息与自动化建设日趋成熟，传统教学模式及知识点已经与现场实际生产存在一定脱节，大多数学生毕业到油田工作后，需重新进行理论与实践教学才能上岗工作，这一问题严重滞后了大学生个人职业发展。总结归纳当前教学与实践中存在的问题，主要包括以下三点：

（一） 教学与实践结合程度低

在“采油工程”理论教学阶段，学生掌握的石油知识有限，无法理解理论教学中涉及到的现场工具及工艺流程，而采油工程往往是以先理论后实践的教学模式，在理论学习过程中形成了大量的知识盲点，难以跟上理论学习的节奏，并无法形成有效的知识体系。在油田实践过程中，无法将所学的知识点与现场实际相结合，最终造成理论学习和实践教学脱钩，无法达到教学效果和目的。应结合当前实际情况，探索理论教学与现场实践穿插授课的模式，或者应用先进的教学手段，使学生可以结合现场实际进行理论知识的学习。

（二） 教学实践知识点与信息技术发展脱节

近年来，油田行业信息与自动化迅猛发展，人工智能技术也越来越多应用到油田实际中。如赵辉等人研发推广的油气藏开采智能调控井网一体化技术，实现了油气藏开采参数动态监控与实时预测技术，可对油气田开采过程中的生产参数进行实时优化与调整，实现油气藏高效低事故开采效果[6]。然而，采油工程的知识点更新仍然存在较为滞后，应根据实际教学情况，增加信息与自动化或人工智能采油工程知识章节，让学生提前了解油田生产中的采油工程新技术，为技术的更新和发展储备人才。

（三） 差异化教学效果不理想

为了实现差异化教学，为油田培养高端人才，大部分石油院校推广实施“卓越工程师班”，该类学生需要在油田进行更长时间的实践教学。但是实际实施过程中，卓越工程师班学生需要在较短的时间内学习更多的理论课程，造成理论学习过于匆忙，许多知识点并没有形成有效的理解。

二 优化课堂教学内容，实现理论教学与现场案例有机结合

采油工程技术在油田工程专业课中起着承上启下的重要作用，所以专业课建设时也需要符合学科培养目标。以采油工程技术为中心的课程体系建设如图1所示[2]。以长江大学石油工程学院为例，我校复合人才培养的特点培养，在“采油工程”教学中得以充分体现。采油工程课程具有内容杂、公式多、难讲难理解的计算公式，以及具有复杂的现场应用。为了把课程讲活，不断地优化课堂教学内容，理论联系实际以及反映新技术是该课程建设的自身特色。

图1 以采油工程为中心的课程体系建设

据对我校毕业生的信息反馈分析，在采油工程技术教学和对油田的现场实践应用之间有一些脱节。因此，要求教师必须有丰富的现场经验。在进行讲授案例的过程中，结合现场实际生产和科研工作体会来带动教学，让学生带着问题去学习，带着科研问题去思考，培养学生主动思考和积极实践的能力。这样能够较好地将书本知识与一些技术有效地融合在一起，不但开阔了学习者的眼界，而且培养自身的学习能力。譬如在讲述水力压裂部分时，首先要向学生明确知识点重要性，其次把科研项目的现场相关照片展示给学生，最好有现场相关视频作为辅助，教师讲解现场具体操作流程与注意事项，将晦涩、难懂的科学原理、工艺结合实际说得更形象、简单、好掌握。同时也为后期的生产实习做好铺垫与准备。

三 结合“雨课堂”“MOOC”“VR”等先进教学方法改革

为了更好地激发学生对采油工程学科的兴趣，更好地培养学生的主动思考、实践与创新能力，有必要对现有的教学实践模式进行改革。结合了“雨课堂”“MOOC”“VR/AR”等先进的教学模式与技术手段，大大提高了教学的新颖性。“雨课堂”的功能在微信小程序中就可以实现，在这个平台上完成网络预习、作业布置与习题解答，还可以直接嵌入在初始PPT中，下课后PPT还可以上传，便于学生课后巩固。“MOOC”提供了大量优秀教师的视频教学资源，课程中可以完成一部分测评，完成学习的知识点进行点内化，对不理解的部分可以与教师和其他同学共同探讨。在去年的新冠疫情中，在校师生在家的学习与交流得益于“雨课堂”和“MOOC”[7-8]。在后期教学改革中，教师可以通过“雨课堂”“MOOC”自主设计并制作短视频。譬如油井流向动态、在油气二相渗流时的流向动态在教学的时候就特别关键，也是在课程设计中就比较关键的部分，制作成小视频形式，有利于学生在课外时间观看，进而使学生得到更深入的了解。

另外，VR/AR技术作为21世纪的主流新兴技术之一，目前已广泛应用于课程教学工作中[3-4]。该技术将现实和虚拟对象很好地结合在一起，具有更直观性和强交互项性，不被客观因素所限制。在满足学生的好奇心的同时，无疑可以更能加深对课程知识的理解能力，在一定程度上不仅可以提高学生学习效率，还可以提升教学质量。

四 改进实验教学模式，提升学生动手能力

学生动手能力与对基础知识的掌握并不同时。一名合格的教育专业人员，不仅要有很扎实的理论知识基础，也要有很好的动手操作能力。从教育过程中，不难看出学生对基础知识的把握比较好，但在教学实践的运用以及仪器的运用上却表现出了被动性，动手能力也有很大欠缺。

虽然油田单位允许学生实习，但出于安全与管理体制的考虑，学生并不能实际操作，实习效果也不尽如人意。长江大学武汉校区实验楼建立了自喷与抽油机专用实验室，搭建了自喷与气举模拟实验设备、抽油机与泵效测定实验设备，可以实现抽油机有杆泵采油模拟、分析气体对泵效测定与分析，在授课教师的带领下，得到了学生的良好反馈。此外，通过按班级分不同小组的形式，手工制作不同类型的抽油机，如前置型、异相型游梁式抽油机、异相曲柄平衡抽油机等等，并由各小组代表人员口头讲述各自模型的结构与特点。通过实验与手工制作让学生不仅仅学到相对枯燥的理论知识，而且能够有效提升学生学习热情，增强团队协作意识，获取掌握知识的能力，整体提升学习成绩。

五 跟进现场实习实践，推进理论学习应用到实际生产体验中

生产实习作为理论学习与实际生产相结合的桥梁，是中国高校学习阶段最主要的实践性教育环节之一。通过对生产实习基地的装备了解和相关工艺技术的学习，可以让学生了解行业内先进生产水平以及未来发展趋势。在实习过程中，要求学员按照现场工作人员作息严格遵守上下班规定，随身携带实习笔记本并做好在场笔录。在现场工作人员的许可情况下，对学习过程中出现的问题进行逐一拍摄笔录，下班后进行集体商讨解决。现场实践教育不但可以帮助学生更好地理论联系实际，还可以极大地调动学生的主观能动性，从而提高学生的专业素质，训练学生职业素质，增强职业竞争能力和人才市场竞争力[5-9]。

六 促进现场导师与学生建立联系，制定教学与实践双导师制

为贯彻十九大精神，推进产教融合，研究适应教育需求、符合学科特点、符合学校特征的培养模式，逐渐形成融企业技术骨干与教师优势为一体的校内外“双导师制”。校外导师作为客座教师加入课堂、开展实岗训练，将育人贯通于理论与时间的教学过程中。校外导师根据当今岗位招聘要求，在理论知识与技能方面做出指导与分析，实现课程与岗位职业标准对接。

同时，学校导师需要利用课余时间深入企业学习并进行实训演练，丰富自身的工程经验。反之，学校需要对企业导师进行培训，实习目标明确学生的，掌握一定的教学方法。在生产实习期间，学校导师和企业导师应保持不时沟通，协同完成学生培养任务并鉴定其实习成果。具体而言，学校导师主要承担基础理论和技能教学，以集体授课形式进行；企业导师需要承担现场实践和岗位技能培训，主要以结对形式进行。双导师制的内涵如图2所示。

图2 双导师制的内涵

为了保障双导师试点有效推进，一方面需要积极搭建双导师交流互动的网络平台，一方面运用“互联网+”等信息化手段，建立双导师“微信群”“QQ群”等信息交流平台，以方便双导师的沟通互动；另一方面需要增加的双导师建设投入，比如通过评选校内实习指导教师、指导企业优秀工程师，发放实习补助等激励措施，提高校内校外指导教师对教学的重视程度与工作热情。

七 结语

对石油工程的教学内容进行优化与改革，在保障学生业余时间情况下进行采油工程综合实验；课程教学结合现场应用，培养学生主动思考和积极实践的能力；先进的教学方法和手段的引入，让学员对参加采油技术工程实践活动和课程研讨的兴趣越来越强烈；提高实验教学，加强学生动手能力和批判性思维能力；跟进现场，及时掌握产业内的前沿生产技术和未来发展趋势；建立“双师型”教师团队，以促进中国石化产业校企合作关系的进一步发展。通过这种创新型的采油技术工程教学改革方式，使教学内容越来越贴合新形势对石化类应用研究型人才培养目标的要求。

但在“新工科”建设的教育背景下，不仅要求教师授课的精益求精，更需要具备实践动手能力，需要有多学科理念和多专业知识的储备。在后期的教学改革中，多鼓励学校各大院系以及油田企业加强沟通，请各大院系专家和企业专家为石油工程学院教授选修课程。除此之外，借鉴中俄能源学院培养模式，可增设采油工程双语课程，使学生更贴合国际化，满足国内外石油产业发展需求，成为综合性高素质采油工程专业人才。