“新工科”背景下“油层物理”教学新模式探索

陈浩*，徐程浩，杨胜来

（1.中国石油大学（北京）安全与海洋工程学院 北京 102249；2.中国石油大学（北京）石油洋工程学院 北京 102249）

自2016年中国加入《华盛顿协议》后，新工科教育改革就势在必行[1]，推行新工科教育改革也是在新一轮科技革命面前为传统工科注入新鲜血液的有效举措，让传统工科在智能化、信息化时代重新充满活力，为新工业革命培养综合型人才。2017年提出的“北京指南”对新工科改革设定了七个目标，与“复旦共识”“天大行动”构成了新工科建设的三只“领头羊”，后续的“华工方案”也提出了要培养兼备理性、能力和情怀的领军人才[2]。为响应新工科建设，持续深化教学模式改革，“油层物理”教研小组以面向产业界、面向未来、面向世界为理念，以产教融合、多学科交叉的教育理念将改革落向实际教学。本文以传统工科专业石油工程的通识课程“油层物理”为改革对象，结合当下主流新媒体传播方式及较为先进的教育理念，对传统教学模式存在的部分问题的解决方式进行了探索实践，以助力传统行业的人才培养模式改革。

1 “油层物理”简介

“油层物理”为传统工科专业石油工程的通识课程，是低年级本科生形成对石油工程专业初步认识的必修课，其内容涉及地质学、化学、力学等多种基础性学科，所以本门课程侧重介绍基础知识、基础理论、基本观点，比较注重知识的广泛性、全面性。“油层物理”作为一门专业基础课，是后续其他专业课程学习的基石，如渗流力学、油藏工程、海洋油气工程等专业课学习都涉及“油层物理”的相关内容。本门课程的教学目标是使学生掌握石油工业基本物理参数的概念、定义，明晰物理现象、过程的影响因素，掌握物理参数的测试原理、测定方法，能够在后续学习及未来研究工作中熟练应用这些基础理论知识。

课程是连接产业需求和课程内容的桥梁，是学生提升工程科技创新、创造能力的垫脚石，“新工科”教育由“轰轰烈烈”的理念倡导和顶层设计走向“扎扎实实”的实践落实和质量提升新阶段就离不开基础通识课这块基石[3]，只有这块基石足够稳固，石油工程专业才能踏实地走在持续深化教育改革以及推进教育现代化的“快车道”上，形成对石油科技人力资源需求的有力支撑。

2 传统教学模式存在的问题

2.1 课程内容的弱连贯性

课程涉及知识面较广泛的性质决定了课程内容的分散性，实际教学过程中存在跨度较大的问题，听课学生也向老师反映内容连贯性不强、课后回顾时抓不到重点的问题。传统教学模式往往是填鸭式教学，老师主动讲述，学生被动接受，不适合跨度大、知识面广的课程，听课过程中学生只是了解并部分掌握了当前课程的内容，而无法对课程内容形成整体性知识的框架结构。

2.2 课程基础知识的分散性

“油层物理”涉及物理学、化学、地质学，对于中学时期物理、化学基础较差以及知识遗忘度较高的学生而言，存在课本阅读困难的问题，同时无法对基础物理、化学知识做到快速反应，这也导致了学生课上无法有效跟进老师的讲课进程。如地层水的判断涉及阴阳离子的结合顺序，学生对离子亲和能力的掌握情况相对较弱，很难对该部分知识进行理解性记忆，多数同学局限在了“死记硬背”的水平上。

2.3 学生课上的消极性

在基础知识要求广泛、课程内容跨度大的情况下，学生在学习阶段面临较多的困难，这也使得学生课前预习困难多，无法达到预习目标，直接导致学生课上不能有效跟进老师讲课节奏，听课效率低。现阶段的讲课方式主要为老师主讲并使用PowerPoint进行辅助演示，PPT内容直观且使用方便，但实践中由于切换速度较快，学生无法做好记录，直接导致学生的课上疑问无法在课下得到有效解决，循环往复，形成负反馈作用，学生的听课效果及知识掌握情况越来越差，对课程的抵触情绪就会越来越多。

2.4 考核评价内容不全面

在近几年的教学体制改革过程中，课程评价方式由传统的卷面成绩转向了结课考试、平时作业成绩及出勤率的综合考量，有效避免了“一考定成绩”，但在实际的实施过程中也出现了出勤率较高、平时作业成绩较高、结课考试成绩较低以至于未通过最终考核的现象，这反映了当前的“三分支”考核方式不能起到“以改促学”的效果，未达到提升学生综合素质的改革初衷。另外，现有的“油层物理”课程包括10个课时的实验课程，包括观摩类实验课和操作类实验课，实验课成绩包含于平时成绩中，经过学生反应及问卷调研显示，存在以下三个重要的问题：部分学生在实验过程中犯错误或者操作不当的但并未被记录于成绩考核表中的情况；实验课成绩的考核更注重实验报告的书写，这将无法保证学生真正掌握了实验方面的知识；在操作类实验课上学生按照给定的实验步骤进行操作，这个过程往往限制了学生对整个实验的思考。

3 改革措施

3.1 课下新媒体辅助课程教学

新媒体的发展促使短视频辅助教学的教学模式得以实施，短视频内容精简，针对性较强，根据讲师经验对可能存在问题的重难点学习内容所需基础进行简要讲解，并在短视频最后提出需要学生思考的内容。针对学生课前预习有障碍、课本阅读困难等问题，使用短视频对待预习内容所需的基础知识进行大概讲解，能辅助学生进行有效的教材阅读，使学生进行有目的、有针对性的听讲，进行高效学习。另外，对于知识的回顾和复习也可使用短视频手段，可在视频的前半部分对讲过的内容进行总结回顾。

短视频能引起学生的学习兴趣，不易产生抵触情绪，使学生与课堂的关系更加紧密，增加学习的参与度，同时通过短视频的评论反馈，以学生的疑惑为导向，确定后续短视频的内容。短视频在针对性解决问题、提高授课效率的同时，也能培养学生课下学习的主动性，引导学生寻找问题并思考如何解决问题，也实现了老师从知识传授者转变为组织者、指导者和帮助者的角色转换[4]。这对新工科背景下创新石油工程教育教学组织模式提供了一个新的思路，教学不可脱离石油产业，定期与石油、石化企业生产单位的工程师合作录制本课程专业知识在一线石油、天然气开采工程中的应用案例短视频，能有效拉近在校师生与生产一线的距离，学生在理解知识的同时也在掌握如何应用知识，为实施卓越工程师教育培养计划做好了铺垫，给多主体协同育人机制提供了新的思路。

3.2 翻转课堂拉近师生距离

翻转课堂就是将学生和老师的角色互换，令学生成为讲解人，老师成为倾听人，对课堂时间的使用进行重新规划[5]。学生主动地学习需要讲解的内容，这个过程中学生也会发现一些疑惑点，而讲解人的身份也会促使学生主动地去思考并解决这些疑惑。老师讲解知识往往注重知识的完整性和话术的严谨性，容易忽略知识的趣味性，而学生讲述则以初学者角度看待新知识点，注重快速理解，将知识简洁化、清晰化。另外，翻转课堂也能改变传统课堂的氛围，保持学生对该门课程的新鲜感，拉近老师与学生之间的距离，打破老师与学生之间没有沟通、缺乏互动的僵局，使学生能“坐得住、听得进”，也让老师能“找问题、抓关键”，增强课堂教学的趣味性。

新工科教育背景下强调树立工程教育新理念，翻转课堂突破了传统授课模式，不仅使得学生提前获得并充分利用整合后的教育资源，如课前预习资料、课程讲解大纲、公式列表、原理动画等，还能提高学生解决复杂工程问题的能力。如学生课前会对“油层物理”润湿性在实际开采工程中的情况进行思考，判断出储层是油湿还是水湿以及该性质对开采过程的利弊，并对情况进行分类探讨。

3.3 优化实验课程

实验课程起到了连接书本与实际工程应用的作用，是油层物理学习过程中不可或缺的一环，也是理论教学联系实际的有效途径。针对前面所提到的三个实验方面存在的问题，笔者根据以往实验课程教学经验，通过给定实验目标，让学生自主探索完成给定实验目标的方式方法，不仅仅局限于让学生掌握某一参数的测定方法，基于OBE教育理念[6]，以实验产出成果及自主化实验设计为导向利用学生的发散思维放大实验课效果，尝试个性化教学，以每名学生的实验思路来把握每名学生的学习轨迹，进而制订不同的教学方案，做到因材施教。

为打造以项目为链条的课程体系，形成以学生为主体、以科研实验室为平台的实验教学系统，基于当前以老中青相长的“油层物理”教研组，将学生平均分配到各教师名下，以导师制方式让本科生提前进入实验室，了解掌握基础知识在实际科研实验中的应用，实现知识—能力—技能的融合培养，贯通课上教学与课程实践，建立本科生研究计划项目体系。

这种授课方式也响应了“新工科”背景下的卓越工程师培养计划，能有效避免学生进入工作岗位后出现“理论充足，操作不行”的问题，让学生在面对实际操作问题时仍具备思考能力而不至于手足无措，有利于全面锻炼学生。

3.4 实行多元化考核方式

为保证考核结果的有效性、真实性、公平性，在学生课上表现、作业、实验课表现、期末成绩、专业素养等方面进行多元化考核。学期开始前跟学生进行交流，了解各个学生的课程期望、学习能力、自我评价等信息，为后续的差异化教学做准备；建立课程题库，随机抽取题目作为课后练习作业，保证练习内容上的差异性；根据课程前期学生反馈的个人概况，课上学生的表现情况，给予与各个学生能力相对应的课后选题，以选题的方式保证整体学生能力培养的差异化，建立更适合每个学生的考核方式。在实验课考核中加入本科生研究计划项目考核分数，导师可以根据学生在实验室的综合表现考查学生对知识掌握程度进而给出成绩。为夯实实验课学习效果，在期末考试卷中加入实验类题目，加强对学生知识运用能力的考察。

新工科教育强调以能力为导向的教学设计并辅以过程性评价，以达到检验、提高学生多种能力的目的。通过对教学全周期的考核方式进行设计，对课上、课后以及实验操作进行全方位考核，进行实践能力、应用能力和专业素养的全方面培养。

4 结语

在碳达峰、碳中和目标的指引下，石油等传统化石能源工业面临着前所未有的挑战，石油产业各部向信息化转型的步伐在逐步加快。本文提出了传统工科专业基础课程的教学模式改革方式，以翻转课堂、新媒体以及探讨类实验课为手段，分别聚焦课前、课上、课后三个教学阶段，突破传统教学模式，注重培养学生的工程思维，用实践探索“新工科”背景下传统能源专业改革的可行性方案，以期让学生在这种积极环境中形成已吸收知识反促知识拓展的良性循环，为建设清洁低碳安全高效的能源体系培养综合型人才。