石油工程专业“数值分析”课程教学初探

胡景宏

中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083

课程建设

石油工程专业“数值分析”课程教学初探

胡景宏

中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083

“数值分析”是石油工程专业的一门专业基础课。在结合石油工程专业和“数值分析”课程教学特点的基础上，提出以学生为主导，精炼教学内容，抓住石油工程专业的特点和重点，采用理论结合实际油田生产科研问题的形式进行教学，积极调动学生学习的主动性和能动性。在教学实践中，为取得较好的效果，要注重针对性和实用性。

数值分析；石油工程；教学方法

一、引言

“数值分析”课程主要教学内容是研究计算算法，而计算算法的获取及求解往往具有一定的难度。其内容既有数学的抽象性和严格的逻辑性，又有实际应用的广泛性。故学习该门课程需要较好的数学基础，包括对数学分析、高等数学、线性代数等知识的掌握。通过该门课程的学习，学生不仅可获得一定的数学理论推导和算法应用能力，更重要的是能够培养学生创新意识和创新能力。因此，该门课程在工科相关课程体系中占有十分特殊的地位，是一门理论和实践结合较为紧密的课程[1]。

对于不同专业，该课程要求的教学任务、难度都有所不同，如何根据不同专业制订教学进度的计划、教学内容的增减就显得非常重要。在中国地质大学（北京）能源学院，“数值分析”是石油工程专业大二学生的一门基础专业课，是学习后续的渗流力学、钻井工程、采油工程、油藏工程等专业课程重要的数学基础课程之一。通过本课程的学习，学生能够熟练掌握各种常规数值算法的原理及方法，根据实际问题建立数学模型，完成相应计算框图并编写计算程序。该课程不仅能培养学生的逻辑思维能力，同时可以提高分析解决实际问题的能力。

由于“数值分析”课程学习首先需要学生有较为扎实的数学理论基础，加之数学相关课程往往具有枯燥、单调的特点，学生的学习动力并不是很强，学习热情并不高。课堂中，教师处于主导地位，学生很少参与课程教学，处于被动接受状态，一旦中间学生有打盹或开小差的情况，后续课程学习将会面临困难，导致恶性循环。这种教学模式缺陷主要表现在：一是老师占据了课堂大部分时间，学生被动接受，课堂容易产生疲惫感，老师讲的无力，学生听的无趣；二是课堂教学内容繁多，由于课时有限，大量的教学内容必然会导致学生接受困难，而且目前大班教学的形式使得这种弊端更加凸显；三是没有很好地将理论与油田实际工程问题结合，忽视了该门课程学习的目的[2-3]。

针对以上提出的问题，结合“数值分析”教学特点，笔者认为在讲授基本原理及方法基础上，应当转变以教师为中心课堂教学为以学生为中心，转变以课本为中心的课堂教学为以油田生产科研问题为中心，充分激发学生学习的动力，调动学生学习的积极性，培养学生发现问题、解决问题的综合能力。

二、以学生为中心，营造教学气氛

作为一名年轻教员，首先要主动向经验丰富的教师了解该门课程的特点并学习相关的教学方法及技巧。然后根据自身特点和对该门课程的认识，调整教学方法，促进教学改革，提高教学效果。根据学院要求，每学年教师之间要相互听课学习。笔者在随堂听课学习基础上，结合自身教学经验总结，发现以学生为中心的课堂教学不仅能拉近教师和学生之间的距离，同时还能够调动学生学习的积极性，提高教学效果。主要体现在：（1）备课需要从学生角度出发，俗话说：“知己知彼，百战不殆”。教师备课应该了解学生所处的年龄段的思维方式和知识背景，采取由浅入深、由易到难的授课方式来备课，为后续课堂教学起到良好的铺垫作用。（2）授课过程以学生为中心。在上课过程中，注意教师与学生互动交流，教师以风趣幽默的语言引出相关问题，再加上相关的小知识点，这样不断积累，在宽松的环境中，学生更容易掌握课堂的教学内容。（3）积极调节课堂气氛，促进教学效果。“数值分析”是门数学基础课，枯燥单调是其特点，不管教师如何强调其重要性，如何加大声音提高语调，还是无法有效激发学生兴趣，上课看英语或者其他书籍，还有有瞌睡现象存在。考虑学生年龄特点，通过社会关注问题引出该课程所要分析求解的模型，比如热传递、湖面水波动、桥的振动等等，能有效缓解和消除上课单调气氛，达到调动学生学习积极性的目的。

三、精炼课堂教学内容，提高教学质量

讲授“数值分析”课程的教师一般都有比较扎实的数理功底和计算机编程能力，但大部分学生由于没有经过系统的学习，其基础相对薄弱。对于石油工程专业的学生，在有限的课时内学习数值分析最基础最重要的理论及方法具有重要的现实意义。在讲授知识时候，采用例题教学法会起到非常好的教学效果。

学好数值分析首先要掌握基本的理论及方法，学生往往对这部分感觉到非常迷惑，大量的数学符号和方法会让学生在学这门课程的过程中望而却步。从教学中发现，如果及时采用实例教学并不断反复，会取得非常好的教学效果。这样不仅可以激发学习的动力，同时也能巩固理论知识。但教学知识点不能贪多，因为大学生课程较多，不像高中阶段几年就学习几门课，所以最好争取学生能够在课堂内将知识点消化吸收。如果课堂没有学懂，课后复习的学生非常少，致使接下来的课程更加学不懂，这样会导致恶性循环，最后有部分学生甚至会放弃。以《数值分析简明教材》[4]为例，其中第四章方程求根的迭代法，对于牛顿法求根，在讲解理论后，采用多个例子进行演示，巩固学习成果，可得到较好的教学效果。其次，需要注意章节之间的联系，不能把知识作为单一的知识点进行传授，这样学生书本合上后，对于课程没有一个系统性的掌握。以第三章常微分方程的差分方法为例，整个章节所介绍方法的实质就是在斜率上不断的细化，让结果更加准确，当学完了整个章节后，需要教师将知识点串起来。在这章节学习基础上，对于解决石油工程所面临的问题，掌握欧拉方法、改进的欧拉方法和龙格库塔法这些最常规的方法完全足够了。在有限的课时内，精简教学内容，让学生学有所获是容易实现并且行之有效的。

四、结合油田实际，培养学生解决工程问题能力

“数值分析”作为石油工程专业一门专业基础课已经得到了各大石油院校的认可，不管是钻井工程、油藏工程、采油工程以及后续的地面工程，都需要该课程的相关理论及方法。但由于该门课程偏重于数学理论，学生们学习起来普遍觉得枯燥乏味，如何将问题带入课堂，引导学生学以致用就显得格外重要。作为本专业的教师，必须要结合自身专业的特点，以科研项目中遇到的各种实际问题为研究对象，培养学生学习这门基础专业课的兴趣，让学生理解学习这门课的重要性和价值所在。比如采油工程里面的井筒压力温度的计算，就需要计算方法里面的龙格库塔方法进行建模计算求解；油气储运工程里面管线压力计算，也需要相应的理论和方法计算求解；此外后续的线性方程组的求解，在油藏数值模拟[5-6]这门课里中也是极其重要的。在讲述了理论知识后，结合油田实际生产科研项目问题，对于提高学生学习兴趣，改善上课及教学效果具有重要作用。从课堂实践发现，学生上课积极性和学习的能动性得到了极大地提高，很多学生开始主动参与课堂讨论。

对于这样的以科研问题为主导的教学，要积极引导学生来发现问题和解决问题，这样不仅体现了课堂学生主人翁精神，更给予了学生学习的成就感。但上课内容不易偏多，如果问题过多，速度过快，会让学生产生疲惫感，在有限的时间内集中讲解1～2个知识点，并结合科研问题对提高教学效果具有明显的改善作用。

以上是笔者从事“数值分析”教学授课中的一些体会。由于石油工程专业有其专业背景，所以授课方式必然与其他专业有所不同。以“数值分析”自身特点出发，结合石油工程专业特色，不断吸取新的教学模式和理论，采用以学生为中心，精炼课堂教学内容和理论结合油田实际问题的方法能有效地活跃课堂学习气氛和提高教学效果。

参考文献

[1] 何满喜.数值分析课程教学的几点体会及研究[J].中国大学教学，2011，(3)：54-55.

[2] 丁文龙，陈昭年，何登发，等.“石油构造分析”课程教学改革研究与效果[J].中国地质教育，2009，(3)：120-122.

[3] 何生，侯宇光，孙新铭，等.项目教学法在“石油天然气地质学”课内实习教学中的应用[J].中国地质教育，2010，(3)：69-72.

[4] 王能超.数值分析简明教程[M].北京：高等教育出版社，2010.

[5] 刘鹏程.采取多种教学措施提高“油藏数值模拟”课程的教学效果[J].中国地质教育，2009，(3)：114-116.

[6] 戚志林，黄小亮，雷登生.“油藏数值模拟”课程教学探讨[J].中国地质教育，2011，(2)：90-92.

Discussion on Numerical Analysis Course Teaching in Petroleum Engineering Specialty

HU Jing-hong
China University of Geosciences, Beijing 100083, China

Numerical analysis is the basic specialty class in petroleum engineering. Based on the characteristics of numerical analysis teaching and the specialty of petroleum engineering, this paper suggested that students should be endowed a leading role, content of courses should be ref i ned, characteristics and diff i culties of petroleum engineering should be mastered and oil f i eld research problems and numerical analysis theories should be integrated, thus learning initiative of students can be improved and increased in the process of teaching. In order to achieve a good teaching performance, pertinence and practicability should be paid more attentions in teaching practice.

numerical analysis; petroleum engineering; teaching method

G 642

A

1006-9372 （2012）03-0048-03

2012-04-25。

中央高校基本科研业务费专项资金资助。

胡景宏，男，讲师，主要从事油气田开发工程的教学和研究工作。