油气田开发工程学科研究生的启发式教育

李颖 张启辉 李海涛 陈明君 李晓华 罗红文

摘  要：油气田开发工程作为传统工科专业，急需大量高素质的创新性、应用型人才，而启发式教育是培养此类人才的关键点。以油气田开发工程专业为例，从实验教学、实习基地教学、理论教学和导师示范作用四个方面深入探讨如何启发研究生的科研创新能力，提出充分利用现有实验设备和设立多种实验教学模式，充分发挥校内校外实习基地的引导作用，以及结合学生特点强化理论教学的引导作用和导师的示范作用。

关键词：油气田开发；启发式教育；研究生；工程类；科研创新能力

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）15-0019-05

Abstract： As a traditional major， the development of oil and gas field requires a large number of highly qualified engineers with innovative and practical skills. Heuristic education is the key point to cultivate such engineers. Taking the major of oil and gas field development engineering as an example， this paper discusses deeply how to stimulate scientific research and innovation ability of postgraduate from aspects of experimental teaching， practice base teaching， theoretical teaching and the teacher's demonstration. It is proposed to make full use of current experimental equipment and to establish various experimental teaching modes. Meanwhile the guiding role of on-and-off campus practice bases should be fully exploited， and the characteristics of students should be considered when theoretical teaching and the demonstration of teachers are conducted.

Keywords： oil and gas field development; heuristic education; postgraduate; engineering teaching; scientific research and innovation ability

習近平总书记在党的十九大报告中明确指出，加快建设创新型国家[1]。这是建设现代化国家的必然要求，也是贯彻新发展理念、构建新发展格局的重大任务。“十三五”以来，我国创新型国家建设取得决定性成就，其中，最为突出的方面之一即表现为统筹提升科技人才队伍的规模与质量，形成人才快速发展的新态势。

研究生教育是我国创新型人才培养的必要阶段。目前，我国在校研究生超过260万人，研究生已经成为众多研究领域的主力军[2]，更是建设创新型国家的主力军。科学史表明，不少科学家的学术奠基性工作通常是从他们的研究生阶段就起步了，比如现代最伟大的物理学家之一——斯蒂芬·威廉·霍金在24岁时即完成了他的博士学位论文《宇宙膨胀的性质》。因此，在研究生阶段培养他们的创新创造能力，对于提升科技人才队伍的规模与质量可起到事半功倍的作用。科研高校和研究生导师作为研究生教育的核心角色，更要注重启发研究生进行科研创新，强化研究生的创新能力和创造性综合素质，培养具有国际战略眼观的全方位科技人才，甚至是领军人才[3]。

启发式教育是培养研究生创新能力最重要的途径之一[4]。“启发式教育”通常指的是教师在教育教学过程中，根据教学任务和学生学习新知识、掌握新技能的客观规律，从学生的实际情况出发，采用多种形式，以启发学生思维为核心，进而充分调动学生学习的积极性和主动性的一种教学指导思想。启发式教育的基本要求是要充分调动学生的主观能动性，启发学生独立思考的能力，并注重培养学生的逻辑思维能力和动手能力，培养学生独立解决实际问题的能力，同时发扬教学民主[5]。中国古代著名的教育家孔子曾说“不愤不启，不悱不发”，这表明启发式教育也是中国传统优秀教育方式的组成部分，在中华民族教育事业发展过程中一直发挥着巨大作用[6]。

油气田开发工程作为我国传统工科专业，其研究生数量在进十年来不断上升，随着我国石油工程上游企业逐步向国际化、信息化方向发展，石油工程上游企业的发展面临着前所未有的机遇，同时，全球范围内油气上游领域的竞争日趋严峻，因此我国石油工程上游企业也面临着严峻的挑战。如何对油气田开发工程专业的研究生进行启发式教育，以顺应新时代发展形势，培养石油工程领域急需的高素质人才，是摆在石油类高校教师面前的共同问题。因此，本文以油气田开发工程专业研究生培养为例，总结启发式教育在培养研究生创新能力和科研素质中的作用，分别从实验教学、基地实习、理论教学以及导师示范等方面展开（图1）。

一  强化实验教学的启发作用

油气田开发工程专业研究生的实验教学长期以来没有得到足够重视，这导致学生的专业理论水平高，但其实际应用能力通常不够强，难以解决实际问题。因此，强化研究生实验教学的方式方法迫在眉睫，研究生的实验创新能力和创新意识有待加强，这为进一步完善研究生实验教学培养机制提出了现实要求。近年来，通过充分利用现有实验设备、设立多种实验教学模式，石油类高校研究生实验教学得到不断加强。

（一）  充分利用現有实验设备

首先，石油类高校，尤其具备国家重点实验室的高校，具有大批高精尖实验设备，其中多批自研设备通过自主创新和设计，实现了常用设备无法满足的实验功能和实验目的，如西南石油大学“海洋非成岩天然气水合物固态流化开采实验室”“支撑剂嵌入深度专用测量装置和大尺寸可视化支撑剂输送模拟装置”“超高压气藏流动特征实验系统、新型高温高压动态堵漏模拟装置”等。通过合理的时间安排和安全管理，让这些科研利器同时为教学服务，让学生着重了解设备更替和创新的来龙去脉，在设备的更新、创新故事中寻找灵感，学习创新方法和思路，体悟创新和科学的力量，对科研创新产生更加浓厚的兴趣。

其次，充分利用好油气田开发工程专业的常规设备，如Ｘ射线衍射仪、多功能扫描探针显微镜、全自动压汞仪、界面流变仪等。在石油工程教学实验室和科研实验室建设过程中，需要进一步添加一些通用设备、工具和零配件，并且这些设备、工具能够根据需要被组装，进而满足各种实验流程的需求，用于教师开展创新性实验流程设计，启发学生主动思考并组装实验设备。

（二）  设立多种实验教学模式

首先，增加学生和教师的互动。采取预约制、自主式、多人探讨等多种教学模式，学生可以先自行预约，教师再根据学生的预约情况，进一步统筹安排实验教学。此外，学生还可以根据自己的兴趣方向，自主选择实验主题和创新课题，并根据自己的研究需求设计实验内容。学生和教师通过讨论交流，可以互通有无、取长补短，并对实验方案给予反馈与建议。在该过程中，学生的思考能力和创新能力大幅提升。

其次，引进其他领域的先进技术，开启创新实验教学模式。如引进虚拟现实技术（VR）或者增强现实技术（AR），建设油气田开发仿真教学实验室，让学生通过虚拟和现实结合的画面、触感完全沉浸在超还原、高保真的实验环境中，切实感受酸化压裂增产改造、采油采气、注水增产、修井作业等基本生产工艺和岗位操作要领。比如，体验修井工具打捞、泵效校对、采油采气树的实际操作等，掌握各种现场设备的功能作用、操作要领和原理，掌握基本生产工艺；同时，通过浸入式参观井身结构、完井管柱、油气在井筒中的开采流动过程等，掌握油气田开发工程的动态过程和原理，达到实验仿真部分替代油气田开发工程专业实习的作用。基于此，研究生在进行相关专业课程学习时，可以有效避免教师在普通课堂中的讲解与自己在虚拟仿真实验中所受到的指导步调不一致的问题。教师应当根据学生在虚拟仿真技术的实践中遇到的问题，有针对性地解答，通过这样的方式来启迪学生，开发学生的思维能力，增强学生独立自主学习、思考的能力。

再次，鼓励学生拆装、设计和制作动态仿真模型，包括抽油机仿真、井深结构、电潜泵、螺杆泵等井下泵的各种仿真模型，压裂酸化施工仿真模型以及油藏动态仿真模型。以往油气田开发工程专业的研究生在生产实习过程中，大部分时间看到的都是各类装置设备的外表面，但学生并不了解这些装置设备内部结构，虽然教师可以使用各种多媒体教学的手段作为补充，即以视图或动画的形式向学生展示装置设备的结构特征，但这样的教学效果也不如让学生直接观察并拆装模型来得更为直观。西南石油大学长期举办研究生仿真模型制作大赛，通过自制拆装仿真模型，启发学生探索知识并转化为实物，更好地了解油藏结构、井网布置、井深结构、完井结构以及压裂酸化增产的原理及工艺流程。

最后，在实验教学中注意留白，应该针对学生的个性化学习需求和学习进度，制定有针对性的实验教学目标。启发学生自主操作某一流程，或者自主设计某一段操作流程，在操作中发现问题，并鼓励学生提出改进建议，让学生开启想象的翅膀，从而启发学生思考和创新。

二  强化实习基地的启发作用

油气田开发工程是一门应用性非常强的专业，相关高校就要保证进行该专业学习的学生不仅有过硬的理论知识，还要有十分丰富的实践经验。有别于桥梁交通、农业种植等实习基地分布广、距离近、安全隐患小的优点，油气田开发工程的实习地点分布集中、距离远、安全隐患大。我国开设了油气田开发工程这一研究生专业的高校，在安排学生生产实习方面，通常的做法是校方主动联系各油田单位，然后为学生指定实习地点，再安排和组织学生去油气田进行现场实习。但这个过程中，容易产生联系现场生产实习困难、企业不太愿意接受学生实习的困难局面。同时，这些油气田分布在偏远的山区，且油气生产工艺具有复杂性和不稳定性的特征，在现场生产过程中，各类管线通常都是带有一定压力，这就造成了一定的安全隐患，因此在生产实习过程中，防火、防暴和防硫化氢等安全问题是最为重要的。除了少数本身就地处石油石化产业基地的石油类高校外，其他大部分高校的学生去现场实习的距离都较远。例如西南石油大学位于四川成都，实习基地多在车程4小时以上的磨西气田、龙岗气田等地，学生实习需要安排长途出行、食宿等，安全责任大、组织难度大。所以，要采用新的切实可行、安全性高的实习组织方式，鼓励学生现场学习，启发学生思考创新和进步。

（一）  充分发挥校内实习基地的引导作用

校内实习基地通常指的是将现场生产工艺流程建立在校内的以教学为目的的实习基地。目前，我国大部分石油类高校都建设有校内实习实训基地，如西南石油大学的校内石油工程综合实习基地（图2），其对油气矿场生产实际进行了全尺寸再现，该基地共占地约15亩（1亩约等于667 m2），总共耗资近1亿元人民币，包含了钻井、录井、采油采气、油气集输及油气炼化等一整套油气勘探、开发、集输和炼化流程，并且可实现各类设备的单独运作和全流程的生产联动，能够给学生全方位展示油田生产全过程，近年来的实训效果也表明，其能够有效解决油气田开发工程专业研究生扩招后面临的实践难、实践不到位等难题，打破了培养学生创新实践能力的诸多瓶颈。通过加强校内实习基地建设，学生在学习过程中掌握了企业生产的工艺流程和主要设备的工作原理和内部结构，为企业实习打下坚实基础。

为引导学生自主创新，校内的实习基地除了可以发挥常规的认知实习外，还充分展现出其在实习教学方面所具备的全面性、整体性、灵活性、独立性、可操作性和创新性等方面的系列优势，让学生能够从整体上把握油气田开发专业的具体生产全过程。校内的实习基地还可采用开放实习的方式，进而激发学生的主观能动性以及实践创新性，在设计实习方案方面使学生具有更多自主权，让学生自己确定初步的实习目标，教师在此基础上与学生讨论，最终确定实习的具体目标和内容，这样学生在开放实习过程中就可以获得更多更深的见解。此外，校内的实习基地可以避免企业生产现场产生的各类噪音干扰，这也将大大提升学生和教师的交流效果。

（二）  充分发挥企业实习基地的引导作用

首先，鼓励学生自主联系石油企业，组成人数较少的实习小分队前往实习基地。各小分队预约实习时间并上报学校，便于学校安排教师带队。人数较少的实习小分队有利于教师和每一位学生都能充分交流，便于教师管理组织，且每位学生能有更多机会和时间与现场指导教师交流，获得更多的实际操作机会和体验。同时，这种方式将队伍庞大的实习学生分散开，减小了实习基地的安全压力和教学压力。当前，我国绝大部分的油气生产单位都实现了较高的自动化程度，但这也使得部分操作程序更新、更复杂，而小分队实习更有利于让学生在更短时间内对油气的生产过程和相关操作有更深入的了解，研究生有机会参与动手操作。校方师生和油气田基地工作人员良好、充分的互动让学生对现场生产有更完整更清晰的认知，有利于学生获取更多信息，从而为推陈出新打下坚实的基础。

其次，研究生导师根据学生的课业学习和科研方向，基于校企合作科研项目，安排学生到企业进行生产基地考察和跟进。通过对现场问题的实地感受观察，熟悉完井与投产、采油工艺、采气工艺、油层增产改造措施、井下工具与作业等环节。研究生导师、企业专家、企业青年员工和研究生共同探讨生产问题及解决办法，启发学生思考现实问题，根据学生的实践情况，反馈相应的实习内容给学校和现场指导老师。生产单位的油田开发工程专家将结合企业的人才和设备运转情况，为高校提供相应的建议，并协调推荐现场指导教师；选择近几年刚参加工作的油气田开发工程专业的青年员工，从自身成长经历和工作情况出发，还可以给研究生提供更为现实可行的建议。

三  强化理论教学的启发作用

相比于欧美教育，我国应试教育往往更加注重理论和应试策略，学生创新意识较为薄弱。启发式教育是为学生学习而教育，而不是为教师教育而教育，因此启发式教育的主体为学生而非教师。启发式教育的重点是在让学生在掌握核心知识的过程中，学会自主学习和创新的方法及思维模式，进而起到不断激发和强化学生主体性的效果。启发式教育的核心在于这个“启”字，相关的教育教学活动都应当围繞这个核心来开展。为此，在课堂理论教学时，不仅仅是教师提问启发学生思考，更应该鼓励学生“胡思乱想”，激发学生发散性思维，让学生自己提出问题，并提出解决问题的思路，促使学生进一步思考。

启发式教学思想基于人的主体性和本质观，这就需要导师对教育心理学、教育学有深刻的认识和领悟，能够根据学生的个性化特点，在教学实践过程中采取相对应的教学组织形式，以及有针对性的教育教学方法，充分发挥指导教师的助学作用。总体而言，油气田开发工程专业研究生的创新应以工程问题为起点，导师应启发学生从工程问题中提炼出科学问题。研究生在开始动手前，应该思考并挖掘自己所要开展工作时与他人相比的高明之处，如何体现出创新性。要运用更为丰富、活泼的教育形式和教学方法，充分调动学生参与教学活动的主观能动性，激发学生的学习潜力和兴趣，使其产生学习的内在动力，从“别人要我学”变为“我要学”。这样一来，就可以通过教师的启发引导，让学生主动思考、练习和实践，最终取得好的学习成果。要充分利用专业知识要点之间的内在联系，启发学生深入了解知识的本质，教师要善于分析知识点之间的逻辑性，从系统的角度激发学生的探索心理，以丰富多彩和新颖的内容以及活跃的教学方法来激发学生的好奇心和学习动力。

四  强化研究生导师的示范作用

教育本身是一种以人影响人和人带动人的活动，实践证实，教师只有将自身的创新人格提升起来，才能培养创新能力强的高素质人才。桃李不言、下自成蹊，一名合格的研究生导师应当具备扎实的专业知识、与时俱进的思维方式和强大的奉献精神。勤奋严谨，求实创新，勇做科技创新的探路者。在带领学生进行科学研究的过程中以身示范，鼓励学生多查阅文献，启发学生探索思考，并开展验证性实验和实践，激发学生的创新潜能。

面对“互联网＋”、大数据、智能制造、云计算、人工智能以及机器人等新专业的冲击与融合，也需要导师快速接纳新概念、新理论和新方法，并升级传统工科专业。实践表明，一些新奇的事物和不断创新的教育教学方法，更容易启发学生的学习兴趣。研究生导师应当改变过去“一本教材一支笔，一块黑板一张嘴”的传统课程教学方式，主动实践现代化的教学方法，并注重汲取传统教学方式的优点，使传统和现代教学方法相结合起来，在了解学生的基础上，更加个性化地采取相应的教学策略和教学方法。

当前，国内石油高校的很多青年教师大多为博士毕业后就直接到高校工作，缺乏生产实践经验，对油气上游行业工艺流程的了解并不充分。因此，各石油高校应充分利用校外实习基地等资源，注重培养刚入职青年教师的工程实践能力，培养具有“双师型”特征的生产实习指导教师。教师在教授过程中，遇到不懂的问题，要勇于向学生展示自我启发、自主学习的过程，为引导学生勇于探索未知领域起到模范带头作用。

西南石油大学设立了班导师制，要求青年教师担任班级导师，利用教师的专业特长关心和引导学生明确科研目标和发展方向，向学生讲解专业培养方案、职业发展规划和本专业学生的就业前景，激发学生的学习兴趣和主观能动性，使学生爱专业、爱学习。班导师制不仅能够对学生的科研及职业发展起到正确的引领作用，还有助于培养学生积极向上的学习和生活态度，营造“你追我赶”的科技创新氛围，提升学生的科技创新和实践能力。导师通过向学生宣讲各项科技竞赛，如中国石油工程设计大赛等，有助于鼓励和引导学生积极参加课外科技活动和学科竞赛，进而提升学生专业水平的综合能力。

五  结束语

研究生教育是创新型人才培养的必要阶段，创新能力培养是油气田开发工程专业研究生教育的核心内容，而启发式教育是培养研究生创新能力的关键点。在理论教学、实验教学和实习教学等各个阶段，都可根据学生的特点，运用丰富多彩、生动活泼的教学形式和方法，开展研究生启发式教育，同时发挥研究生导师的示范作用，引导学生勇于探索未知领域，强化学生的创新能力和创造性素质。

参考文献：

[1] 习近平.决胜全面建成小康社会 夺取新时代中国特色社会主义伟大胜利——在中国共产党第十九次全国代表大会上的报告[EB/OL].https：//www.gov.cn/zhuanti/2017-10/27/content_5234876.htm.

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[3] 刘宝，陈鸿龙.面向新工科的研究生创新能力培养体系构建[J]. 实验室研究与探索，2021，40（3）：199-202，207.

[4] 王征兵.漫谈魏正果教授的启发式教学[J].学位与研究生教育， 2012（11）：8-12.

[5] 胡海建.中国本土教育学论语中的教育智慧[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2016.

[6] 陈晓强，徐秀兵.《论语》“不愤不启，不悱不发”解——兼谈启发式教学思想[J].甘肃联合大学学报（社会科学版），2006（4）：77-79.