“钻探与钻井设备”课程教学大纲制定与教学组织的思考

王 瑜，周辉峰，刘宝林，胡远彪

中国地质大学（北京）工程技术学院，北京 102249

“钻探与钻井设备”课程教学大纲制定与教学组织的思考

王 瑜，周辉峰，刘宝林，胡远彪

中国地质大学（北京）工程技术学院，北京 102249

教学大纲是教学的纲领性文件。文章以“钻探与钻井设备”课程教学大纲的制订为契机，分析了该课程的特点，优选了课程的教学内容，构建出系统的教学体系，并探讨了提高教学质量的手段。提出了激发学生学习兴趣、合理利用教学手段、比较法教学与综合考核体系的教学方法和手段，为本课程新大纲的实施和教学活动的组织奠定了基础。

钻探与钻井设备；教学大纲；教学质量

教学大纲是根据教学计划，从专业培养目标出发制订的课程教学纲要，是实现和完成教学内容和要求的指导性文件。它规定了每一门课程的性质及其在专业课程体系中的教学地位、目的和任务，内容范围及顺序，教学时数和教学方法、教学手段，作业量、考试要求以及教材和参考书等[1]。我校1954年就成立了探矿工程专业，1998年专业更名为勘察技术与工程。扩大了业务范围，增加了水文地质、工程地质、地球化学的内容，包括了应用地球物理[2]。“钻探与钻井设备”课程是该专业的一门重要课程，主要讲授与地质钻探相关的各类设备。

近年来，我校有大量毕业生在油田单位就业，高校间生源和就业市场的竞争日趋激烈[3]，要求高等学校不断调整培养思路，提供高质量的“产品”。为适应本专业学生的发展需要，在2010年学校教学大纲修订的契机下，根据大纲修订要求—遵循高等教育教学的基本规律，紧密结合国家需求、行业要求以及首都经济发展，根据学校的办学定位和办学条件，依托学科基础，形成各本科专业培养方案的优势和特色，课程“钻井与施工机械”调整成“钻探与钻井设备”，课程的性质为本科生专业必修，48个学时。本文分析了该课程的特点，优选了课程的教学内容，构建出系统的教学体系，并对本课程的教学工作提出了一些设想和探讨。

一、课程特点

1.内容宽泛

“钻探与钻井设备”课程所包含的教学内容宽泛，涉及地质钻探工程与石油钻井工程两个不同的行业所应用的设备技术。由于地质钻探工程与石油钻井工程都是系统而复杂的施工过程，设备应用广泛，因此，教学内容中不但包括专业设备，也包含大量的通用设备。要让学生在短短的几十个学时里熟悉并掌握这些设备十分困难。

2.工艺性强

地质钻探与石油钻井的工艺技术方法有类似之处，目前主要有转盘式、动力头式（顶驱）、井底动力钻具、立轴式钻机等，另外，还有喷射式钻井、近平衡压力钻井、空气钻井、导向钻井、高压冲蚀钻井以及非垂直井钻井等钻井钻探工艺技术。装备是地质钻探与石油钻井工程的基础，不同的钻井、钻探工艺对设备的要求不同，设备为工艺服务。因此，专业设备具有工艺性强的特点。

3.形体性强

课程研究的对象主要是相关机械设备的结构、工作原理、拆装步骤、调整、检测与维修方法。它们都具有一定的形态，由一些相对独立的形体结构组成。对课程的讲授的过程就是将这些设备进行归类、分解、组装，熟悉其工作原理与应用的过程。对教学大纲的编排到讲课，都遵循由简到繁，由整体—局部—整体的认识规律。所以，从教到学都应体现出很强的形体性、整体性和直观性[4]。

4.综合性强

“钻探与钻井设备”课程的教学体系是建立在基础学科之上的，课程需要多科领域的知识,如钻井工艺、力学、材料、机械制造基础、电工学及工业电子等，教学的过程体现出多学科的相互渗透。在大纲的编排与教学中必须考虑到处理好这些矛盾的多重性，利用其直观性和形象化，以有利于综合考虑多学科领域知识的学习和应用。

二、教学内容的优选

1.明确教学目的

教学目的是指导教学活动的根本出发点。“钻探与钻井设备”课程是为勘查技术与工程专业本科生开设的一门专业主干课程。该课程开设目的是使学生对地质资源勘查和石油钻井施工中的设备有一系统全面的了解，主要掌握地质钻探与石油钻井设备的结构组成、工作原理和适用条件，掌握典型设备选型、维护保养方面的基础知识，为今后从事钻探、钻井技术工作时能正确地选择、操作、维护及设计钻探和钻井设备奠定基础。

由于该课程涉及地质钻探和石油钻井两个不同的领域，具有内容宽泛、工艺性强、形体性强、综合性强等特点，在48个课时内讲授这样一门内容庞杂的课程，如果不合理组织和精心安排教学内容，势必会出现两种倾向：要么过于浅显而流于罗列钻探和钻井设备，学生不能从工艺用途上了解设备，庞杂的设备反而成为非机械类专业学生的学习难点；要么专业性和工艺性讲授太深，由于学生缺少现场实践的经历，使得课程晦涩难懂，容易导致学生混淆钻探和钻井工艺和设备，使学生陷于枯燥乏味的境地而失去学习兴趣，影响教学效果。

勘查工程与技术专业的学生毕业后在地质勘探和石油勘探两个领域就业的学生较多。同时，可能从事与地质设备相关的管理与研究工作。这就要求教师既要给学生一定的专业理论教育，又要合理把握教学内容的深度。设备为工艺服务，对该课程的教学应该侧重于根据地质钻探和石油钻井工艺的特点对设备进行介绍，以便学生加深对设备的理解，为将来参加工作和继续深造打下基础。

2.优选教学内容

“钻探与钻井机械”课程涉及内容较多，也较为繁杂。从教学大纲安排来看基本上可分为两大部分，即地质钻探部分和石油钻井部分。又由于在地质钻探和石油钻井中的泵的原理大同小异，因此，对该课程的分类又可以分为地质钻探设备、石油钻井机械和钻井泵等三大部分。

地质钻探设备主要是地质岩心钻机，近年来，地质岩心钻机向着液压动力头式钻机的方向发展，出现了众多的产品。同时，立轴式钻机在现场还占据着主导地位，由于课时限制，不可能面面俱到，必须优选教学内容，使学生在有限的时间内对地质岩心钻机有一个较为系统的理解，对该部分内容应根据最经典形式钻机的特点进行论述。石油钻井机械所涉及的设备十分广泛，但主要都是围绕石油钻机进行展开，课程主要对传统的机械式陆地钻机的相关设备进行介绍，将石油钻机分为起升系统、循环系统、旋转系统等三个部分进行讲述，其中，典型的石油钻井设备是内容的重点。地质钻探与石油钻井所用的钻井泵虽然在结构上大同小异，但由于钻进深度和钻进目的上的不同，使得泵的能力和相关辅助设备又有所不同，对此部分教学内容应该在比较两种场合使用的泵的共同点和区别进行比较教学。

从课程的内容体系上看，无论是地质钻探各部分，还是石油钻井部分都存在着钻探研究分科带来的分隔性。整个内容体系像一堆大积木，拼合了各个分科的最基本概念和设备。如果在讲课中不注意过渡和比较，会使学生有一种看幻灯片的感觉，容易混淆各种概念，不利于学生的理解和掌握。新旧大纲的区别如表1所示，根据课程的特点，可以将钻探设备与钻井设备分成两个大的知识体系对待，课程内容的选择应删繁就简，主要对两类机械中的不同设备、相似设备、相同设备等内容进行比较与选择。第一部分的前言与概论根据地质钻探工程和石油钻井工程的工艺比较进行入手，引出两大不同的设备体系，为后续内容埋下伏笔。课程内容的精心选择，力求避免课程繁杂的特点，使得学生获得的不再是零散的知识片段，而是两个相对完整和独立的知识体系。

表1 新旧大纲的主要区别

3．充实教学素材

教学素材应是指在教学过程中，用以具体解释说明教学内容从而帮助学生理解领悟掌握课程内容主题的各种各样的材料。因为课堂教学的内容过程和方法手段都离不开教学素材，可以说,教学过程就是各种教学素材应用的过程，教学素材的收集、整理和应用会直接影响到教学效果，它使学生积极参与课堂教学并乐于接受教学内容，使教师每一次课的教学组织过程都得心应手并取得教学目标。因此，如何收集、整理和应用教学素材成为每一位任课教师提高课堂教学实效性的重要课题。

重视教学素材的收集、整理与应用可使课堂教学的实效性得到充分的落实和体现。“钻探与钻井设备”课程主要是使学生对地质资源勘查和石油钻井施工中的设备有一系统全面的了解，如果纯粹是课堂对设备进行讲解，由于形体性强，将无法引导学生深入地思考、积极地探讨并从中获得实质性的领悟，而且教学过程和方法将是单调无趣无味的，也就谈不上有什么教学效果了。若能采用经过精心准备的多种多样的教学素材来进行教学，又将会是另一种情形。

教学素材可以从网络、专业书刊、专家讲座等方面进行收集。教学素材不仅是文字资料、图片，还应有生动的机械设备三维立体图动画、现场生产视频资料等。设备类课程具有实践性很强的特点，钻探与钻井设备课的教学应该在实践中积累教学素材，不仅是主讲教师需要积累教学素材，还应引导学生在学习的过程中积累素材。每年4月份，北京地区都会有全国地质装备展和亚洲最大的石油装备展—振威石油装备展，本课程可以充分利用这个机会，安排在第三学年的春季，教师可根据展览的时间安排学生参观，现场教学，并收集具体设备资料作为教学素材，带回来进行分析和学习，加深理解。

要用好教学素材，特别是在交流讨论中能否在深处挖掘，带给学生更加深刻而崭新的启示与领悟，还需要教师具有深厚的理论功底与完备的知识结构，以及开阔的思想视野与高超的思想功夫。总之，掌握好教学素材的收集、整理与应用将使课堂教学的实效性得到充分的落实和体现[5]。

三、教学方法探讨

1.培养学习兴趣

“兴趣是最好的老师”。师生间建立融洽的情感则是培养学习兴趣的先决条件。正如《学会生存》一书所指出的：“现在教师的职责已经越来越少地传递知识，而越来越多地激励思考，他将越来越成为一位顾问，一位交换意见的参加者，一位帮助发现矛盾论点而不是拿出现成真理的人”[6]。讲课不需要讲得太多，而是将一个东西讲透，把分析问题的方法讲出来，这样学生就能做到举一反三。同时，学生在学习时有“跳跳能摘到桃子”的感觉，这样能激发他们的学习兴趣。

教师的第一堂课对于培养学生的学习兴趣十分重要，“钻探与钻井设备”课程的第一堂课为绪论，主要讲述钻探和钻井设备的特点、应用、发展等，在教学中切忌长篇大论，而是应该收集大量的设备图片和视频，以其为讲课载体，同时，绪论不定要讲很多内容，但一定要把课程内容的逻辑讲清楚，这样能加深学生印象，提高学生的兴趣。教师在上课时，应观察学生的状态，碰到学生注意力不集中的情况时，可以提出相关的问题，与学生进行互动，也能激发学生的学习兴趣。

2.合理利用教学手段

设备类课程的教学、实物认识和实践教学环节非常重要，课堂讲解需要讲10分钟的内容可能让学生看上一眼，就会一目了然。但恰恰对于本课程，学校不可能安排钻探和钻井现场的实践活动。教师可以充分利用一切可以利用的条件去启发和带动学生，引导学生参与设备实践活动。

首先，利用好实验课的时间。实验课采用的是分组上课的方式，人数少、教室小、各种教学用具齐全，加之师生直接交流方便，在完成实验内容的同时，可以结合实物与学生一起复习巩固理论课的内容。其次，可以扩大教学范围走出课堂，如本教研室的地质岩心钻机、展览会场都是学生增加设备感性认识的良好场所，现场讲解与课堂讲授效果截然不同，面对高大的钻机、钻井架，学生可以提出各种各样的问题，教师现场解答,学生印象深刻，从而收到意想不到的效果。

为加强上课的效果，教师应该注意收集油田的各类礼品模型，油田很多小礼品都是以油田设备为模型的，制作的十分精美和逼真，如在在具体讲授旋挖钻机内容时，拿出三一重机的旋挖钻机玩具模型在教室里展示，学生十分感兴趣，课间都凑上来看，教师可以趁机就模型进行提问，讲授旋挖钻机的各个部分的名称、功能、工作原理、最新技术进展等，这样克服了教室书本教授时枯燥、实验室学生易分心的缺点，收到了良好的效果。

另外在教学中穿插有关设备现场工作的教学录像片，在播放的过程中进行提示性讲解，也是户内实习。这些都能提高该课教学效果。

3.比较法教学

教的目的就能使学生主动地学，教师在教的过程中，如何运用各种不同的方法和手段，变指挥者为引导者，鼓励和激发学生的自主思维，探求知识的欲望，提高接受新知识的效率就显得尤为重要[7]。比较是人们常用的思维方法，是找出事物之间的差异点和共同点的思维方法。恰当地在教学中运用比较法会起到事半功倍的作用，而且对提高学生的思维能力和创新能力很有帮助[8]。

在教学中，教师根据不同的教学内容，结合不同的教学方法，充分运用比较教学法，将地质资源钻探工程与石油钻井工程相比较，将地质钻探设备与石油钻井设备进行比较，在流程、原理、结构、尺寸、用途等方面进行充分比较，使原来容易混淆、枯燥、抽象的难于理解、接受的内容变得生动、有趣，一目了然，易于接受和掌握，这样，既丰富了课堂教学，又激发了学生的思维，从而使教与学得到统一。

如在讲授石油钻机带式刹车系统时，可以将石油钻机带式刹车系统和地质岩心钻机的带刹车系统进行比较，从比较中可以知道它们有着相同的结构，特点都是只能单向刹车，所以两种钻机都配备了双向刹车系统，但由于石油带式刹车制动能力要求高，因此，石油带式刹车体积庞大，并且在此基础上发展出了自动化控制系统，而地质岩心钻机带刹车制动能力要求小，因此从成本和操作方面考虑，一般采取手动控制方式。通过两种刹车的比较，学生掌握了主要的知识点，同时讲完两部分内容，提高了授课的效率和效果。

4.构建综合性考核体系

钻探与钻井设备研究的是地质钻探设备和石油钻井设备的工作原理、结构、用途、保养、维修等，更强调设备的运行与应用，强调设备的基本原理和在工程中的具体实践应用。不倾向于设备的设计、制造以及其他机械设计的共性技术。针对这样的特点，机械类课程的一般考核方法不能真正反映学生的学习情况。笔者认为，本课程应该加强对学生设备应用能力和工作原理理解的考察，由于设备庞杂，没有认真的听讲是无法学好本门课程的，考核的方式应该是平时考察和期末考试相结合。

为督促学生的平时学习，每堂课上课前留出10分钟总结上节课的学习内容，并当堂提问，提问的重点是平时学习态度不积极或者经常缺课、迟到的同学，通过总结和提问，使学生能够温习学过的知识点，加深理解，并且将这些简单的个体考核结果作为缺课、迟到学生的平时成绩，可以督促这些后进学生努力学习弥补学习的不足，以评促学。对于期末考试以基本题和应用题为主，从基础和整体内容学习上考查学生。这样才能客观地检验学生对基本内容的掌握程度、平时加强课堂学习。同时，也检验了灵活运用知识的能力[9]。

四、总结

总之，“钻探与钻井设备”课程作为一门同时涉及地质资源钻探工程和石油钻井工程的机械类课程，具有内容宽泛、工艺性强、形体性强和综合性强的特点，对拓宽学生知识面、改善学生的知识结构和思维方式有很重要的作用，必须予以足够重视。需要教师在教学活动中不断研究和总结教学方法，提高教学水平，使该课程能在学生的专业知识学习中发挥其应有的作用。

[1]胡峰，莫降涛,兰继斌.新设专业课程教学大纲编制(修订)的探讨[J]. 广西大学学报(哲学社会科学版)，2007，29(S1):27-28.

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[3]冯进，周思柱，徐小兵，等.发展学科专业特色促进品牌专业建设[J]. 管理观察，2008，(7):114-175.

[4]刘宪生.明确课程特点 优化教室教学设计[J]. 交通职业教育，2005，(2):43-54.

[5]欧罗城.“思想道德修养与法律基础课”教学素材的收集、整理与应用[J]. 广东药学院学报，2008，24(4):348-350.

[6]于乐香.深入教学研究 激发学生学习兴趣——对石油工程概论课的教学体会[J].石油教育，100(9):27-28.

[7]朱翠芳.《模拟电子技术》教学中比较法的尝试[J]. 硅谷，2009，(7) :146.

[8]李白桦.比较法在高校计算机教学中的应用[J]. 辽宁教育行政学院学报，2005，22(2):88-89.

[9]孙爱群，牛树银.探索教学方法 讲究授课艺术[J]. 中国地质教育，2006，(3):43-45.

Consideration on Drawing up Syllabus and Teaching Organization for Geo-Drilling and Oil drilling Equipment

WANG Yu, ZHOU Hui-feng, LIU Bao-lin, Hu Yuan-biao
China University of Geosciences, Beijing 100083, China

A syllabus is a programmatic document guiding teaching and learning. In this paper, the course features of geo-drilling and oil equipment course were summarized, and the contents and teaching system were also determined. The methods of stimulating interest in learning, rational using of teaching methods such as comparison method and improving the evaluation system were put forward in the paper to improve the teaching quality, which set a basis for drawing up syllabus and teaching organization.

geo-drilling and oil drilling equipment; syllabus; teaching quality

G642

A

1006-9372 （2011）01-0037-05

2011-01-10；

2011-02-20。

教育部高等学校特色专业建设点资助项目（TS10036）；北京市特色专业建设项目资助。

王 瑜，男，讲师，主要从事地质钻探设备、石油钻采设备的教学和研究工作。

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