“三空间三维度四融合”立体化教学模式创新

刘广峰 魏夏铭 杨胜来 王敬

［摘 要］ “油层物理”“油气藏开发模拟实验”是面向石油工程专业本科二年级学生和石油与天然气工程专业硕士一年级学生所开设的专业基础课，承上启下的作用强，课程知识交叉性强。基于教学“痛点”问题分析，遵循以学生为中心、问题导向、持续改进的理念，系统采用线下空间、线上空间和虚拟空间的“三空间”加强学习资源的供给，从过程导学、实验操作和问题训练的“三维度”夯实学生的学习效果，从融合思政、融合教改、融合体系和融合科研的“四融合”提升综合育人水平，创新形成了“三空间三维度四融合”的立体化教学模式，系统夯实了教学资源，切实提高了课程建设水平，全面提升了教育教学效果。

［关键词］ 教学创新；立体化教学模式；资源供给；学习效果；育人水平

［基金项目］ 2021年度教育部产学合作协同育人项目“油气藏实验与检测创新实践基地”（202102249024）；2021年度中国石油大学（北京）本科教育教学改革项目“非石油工程专业‘油层物理课程教学改革”；2022年度中国石油大学（北京）本科教育教学改革项目“油层物理虚拟仿真实验平台建设”；2021年度中国石油大学（北京）“研究生教育质量与创新工程”重点项目“‘油气藏开发模拟实验研究生核心课程教材建设”

［作者简介］ 刘广峰（1979—），男，山东泰安人，博士，中国石油大学（北京）石油工程学院副教授，博士生导师，主要从事油气田开发工程研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）14-0065-04 ［收稿日期］ 2023-01-06

“油层物理”课程是面向石油工程、海洋油气工程、资源勘查工程、应用化学等本科生的重要专业基础课，重点讲授油气藏流体的物化性质、储层岩石物理特性、储层中多相流体的渗流机理等油气藏核心基础知识［1-2］。“油气藏开发模拟实验”是面向油气工程专业硕士研究生讲解油气藏开发的方法、设备、结果分析和实验方案设计。两门课程在油气工程领域学生的知识目标、能力目标和价值目标达成方面发挥着重要的作用。

但是，教学运行与实践过程存在诸多影响教学效果的普遍性问题，涉及课程内容、授课方式、实验实践等教学环节［3］。目前，在专業课教学改革与教学模式形成方面开展了大量有益的探索［4-5］。本文在分析相关课程存在的教学问题的基础上，分析借鉴现有的研究成果，探索形成了“三空间三维度四融合”立体化教学模式。

一、课程教学存在的问题

（一）学用联系少，学习的内生动力待提高

以“油层物理”课程为例，课程内容涵盖储层岩石、油气及多相渗流领域的基础物理原理，知识点多，理论性强，是学生最先学习的专业课程。因知识链条较长，学生难以建立课程知识与实际研究、应用之间的联系，影响了学习的兴趣、热情和内生动力。

（二）涉及专业多，知识体系的包容性待增强

随着油气田开发领域学科交叉、技术融合的快速推进，应用化学、资源勘查工程、海洋油气工程等专业的本科生以必修和选修的形式修读“油层物理”课程，人数已超过石油工程专业的学生。这对原有面向石油工程专业学生建立的课程知识体系提出了挑战。转专业考入油气工程专业的硕士研究生在修读“油气藏开发模拟实验”课程时也面临知识体系包容性的问题。

（三）内容多，学时短

“油层物理”“油气藏开发模拟实验”等课程的课时设置与其内容量和重要性不匹配，造成学生难学、教师难教的不利状况，影响了学习效果和后续课程的进行［2，6］。

（四）实验支撑作用待夯实

实验教学中存在实验设备老化、数量不足、实验场地有限等问题，加之实验课前预习不足、人数多、组内分工不明确等，造成实验的支撑作用没有充分发挥。

（五）知识传授与思想政治育人功能的协同性待增强

“油层物理”与“油气藏开发模拟实验”等课程担负着引领学生学石油、爱石油的重要责任。因思政元素挖掘不足、思想政治教育切入点较少，没有充分发挥与思想政治理论课同向同行、协同育人的功能。

二、“三空间三维度四融合”立体化教学模式

（一）“三空间三维度四融合”立体化教学模式

为全面解决教学中长期存在的“痛点”问题，经过多年的探索与实践，创新形成了“三空间三维度四融合”立体化教学模式，模式示意图见图1。采用线下空间、线上空间和虚拟空间的“三空间”向学生强化学习资源的供给，从过程导学、实验操作和问题训练的“三维度”夯实学生的学习效果，从融合思政、融合教改、融合体系和融合科研的“四融合”提升综合育人水平。表1为教学模式的详细信息。

（二）“三空间”加强学习资源供给

对线下、线上、虚拟三种教学空间进行相互协同的差异化功能设计，为学生学习提供导学、讲授、复习、答疑、实验实操、虚拟仿真实验、虚拟现实体验等丰富的教学资源，共同确保“油层物理”课程教学的高效实施。

1.线下空间。以教室、实验室为主体的线下空间是教学运行的核心，通过优化教学模式、增强吸引力等途径加强对大学生的知识传导。

2.线上空间。采用线上教学平台，实现学习资料的推送、线下课程的回放；建立课程微信群，可以实现即时沟通与即时答疑。

3.虚拟空间。虚拟仿真实验室和课程VR两种虚拟空间，为学生提供了高危险、长时间实验项目的训练机会和抽象理论沉浸式的体验机会。

（三）“三维度”夯实学生的学习效果

从过程导学、实验操作、问题训练三个维度入手，提高学生的学习效果。

1.在过程导学方面。强化以学生为中心、以问题为导向的PBL教学模式，结合固定时间、地点的面对面答疑和按学生所需的随机答疑等途径进行答疑，扎实做好每一堂课、每一个知识点的教与学。

2.在实验操作方面。优化实操实验类型、项目和学时，安排设计性、验证性、演示性与综合性的实验类型，囊括储层岩石、油气流体、油水流动等课程的主要内容；建设虚拟仿真实验平台，设计油气PVT、覆压孔渗、润湿性、毛管压力曲线、相對渗透率等油层物理仿真实验，以及油水、气水、提高采收率、在线NMR和CT监测渗流模拟等开发模拟实验，有效弥补了实操类实验的短板；通过科研实验室开放共享的形式，为部分学生提供了科创与竞赛支持。

3.在问题训练方面。以“油层物理”课程为例，结合实际油气藏问题，持续优化习题库，形成“作业+阶段测试+课程研讨”的问题训练模式，深化了学生对课程知识的理解与掌握程度；优化了考核方式，加大了过程成绩在课程总成绩中的占比。

（四）“四融合”提升综合育人水平

“四融合”是指在教学过程和教学内容中深度融合思想政治教育、教学改革成果、知识体系优化成果和最新的科研成果。

1.通过学风思政、专题思政、助学思政等形式实现“融合思政”，培养学生的家国情怀、科学素养、创新精神和辩证思维。在学风思政方面，挖掘设计与课程内容相关的思政元素和切入点，潜移默化地培养科学素养、创新精神和辩证思维；在专题思政方面，先后以学习习近平总书记给大学生的回信、传承石油精神等为主题开展五分钟专题的思想政治教育，培养大学生的家国情怀，引导大学生践行“厚积薄发，开物成务”的校风和石油精神，引导大学生在新时代明确发展目标、端正学习态度、提高自律能力；在助学思政方面，依托课程设立助学岗位，支撑大学生科技创新项目，也支持了部分学生的学习生活与学术发展。

2.以教学研究为途径加强教学训练和教材建设，并将教学研究成果应用于课程教学过程，实现“融合教研”。近两年，依托“油层物理”“油气藏开发模拟实验”课程，主持了教育部教改项目与校院级教改项目，编著了课程教材。

3.针对性优化不同专业的教学知识体系，编制辅导学习材料，吸收借鉴国内外有益知识体系，实现“融合体系”。首先，深入分析各专业学生的学习基础，以增强课程知识衔接、提高教学效益为目标，优化了教学方案，面向非石油工程专业的学生编制了针对性的导学、续学知识模块，实现了课程间的相互赋能。其次，注重借鉴和吸收国内外相关课程、教材的教学方案和教学内容。

4.依照学校“重教学，强科研”的要求，加强团队教师研究成果及国内外最新研究成果对教学的“反哺”，实现“融合科研”。通过课程知识在科研与生产中应用的介绍、最新研究成果的展示与评析，将课程知识的应用及发展引入课程，有效激发了学生的学习兴趣，帮助学生建立课程知识与科研、应用的连接，进一步提升了课程教学效果。

结语

创新形成了“三空间三维度四融合”立体化教学模式，保障了近几年课程教学的高水平运行，为课程教学的持续改革与创新奠定了坚实的基础。作为立体化教学模式的支撑，建设并充实了教学资源，包括线上课程回放、线上学习资料、油层物理VR、虚拟仿真实验平台、开放共享的科研实验条件、习题库、课程相关的国内外研究成果等。

通过主持教育部与校院级教学改革项目、主编教材、建设油气藏物理实验实践基地、发表教研论文等形式，有力提升了教研能力与教学水平。通过期末卷面成绩对比发现，及格率、平均分连年提高。实验报告、课堂讨论等展现出学生的实验能力与课程知识理解程度持续加强。

在已建立的“三空间三维度四融合”立体化教学模式的基础上，将持续充实各类教学资源，为立体化教学模式的持续改进奠定坚实的基础。在教学实践中，进一步实现从传统课堂向立体课堂、从知识传授向能力提升的转变，进一步调动学生的自主学习能力，促进学生的全面发展。

参考文献

［1］卞小强，郭黎明.新工科+工程教育认证背景下油层物理教学模式探究［J］.大学教育，2021（10）：36-39.

［2］黄世军，赵凤兰.石油工程相关课程衔接关系分析及其应用：以“油层物理”为例［J］.教育教学论坛，2022（12）：129-132.

［3］魏光升，朱荣，董凯，等.基于产学研教深度融合的冶金工程专业课教学模式［J］.中国冶金教育，2020（6）：15-17.

［4］东晓虎，刘慧卿，黄世军，等.碳中和背景下高校能源类专业教学改革思考：以石油工程专业为例［J］.教育教学论坛，2022（10）：51-54.

［5］张鹏，王守宇，吕英波，等.时代背景下的基础学科专业课教学模式创新：以“材料模拟与计算”为例［J］.高教学刊，2020（36）：55-58.

［6］卞小强，孙博文.油层物理教学现状分析与改革措施探讨［J］.石油教育，2016（1）：34-38.

Abstract： Petrophysics and Oil & Gas Reservoir Development Simulation Experiment are important professional basic courses for the second-grade undergraduates and the first-grade of graduate students majoring in petroleum engineering， which play a strong role in connecting courses already studied and to be studied， and include much cross-cutting knowledge. Based on analysis of the teaching “Pain points” and following the concept of student-centered， problem-oriented and continuous improvement， the system adopts the “Three-Spaces” of “offline space， online space and virtual space” to strengthen the supply of learning resource， reinforce the learning effect of students from the “Three-Dimensions” of “process guidance， experimental operation and problem training”， improve the comprehensive education level from the “Four-Integrations” of “integration of ideology and politics， integration of educational reform， integration of system and integration of scientific research”. The Stereoscopic teaching mode of “Three-Space， Three-Dimensions and Four-Integration” proposed in this paper effectively alleviates the problem of “Pain point” in teaching， systematically enriches and consolidates teaching resources， effectively improves the level of curriculum construction， and comprehensively improves the effect of education and teaching.

Key words： teaching innovation; stereoscopic teaching mode; resource supply; learning effect; education level