独立学院石油工程专业实验教学及管理模式改革探讨

2017-01-19郭瑾

中国石油大学胜利学院学报 2017年4期

郭瑾

(中国石油大学胜利学院油气工程学院,山东东营 257000)

石油工程专业是一门实践性很强的工科专业,该专业的学生需要掌握牢固的理论知识,除此之外还需要具有较强的实践能力及创新意识[1]。实验教学是学生拓宽专业知识、提高实践能力,培养创新意识的重要途径,是整个教学体系中贯穿始终、不可或缺的重要环节。但是,目前中国石油大学胜利学院(下简称“胜利学院”)石油工程专业的实验教学体系与管理制度还不够完善,学生对于实验的重视程度不够,考核方式过于单一,因此实验教学未能很好地发挥其教学效果。在学院向应用技术型院校转型发展期间,结合学院培养高素质应用技术型人才的培养目标,石油工程系将探索实验教学改革的途径,从加快实验室建设、改革教学形式、优化教学内容、创新考核方式、完善管理模式等方面着手,以应用为前提,以需求为导向,培养高素质应用技术型人才,以适应激烈的竞争,满足用人单位需求,实现转型发展。

一、石油工程专业实验教学现状及存在问题

(一)实验教学重视程度不够

石油工程专业实践性很强,学生必须具备较强的动手能力。但是,近年来的教学过程中,受传统教学理念的束缚,教师片面重视理论教学的重要性,实验教学与理论教学相比,一直处于次要的辅助地位,仅仅是作为理论教学的补充。在这种观念下,学生对于实验课程缺少积极性、主动性、创造性,实验过程往往也是草草完成,只为记录数据和完成报告[2]。

(二)验证性实验过多

目前胜利学院石油工程专业共有实验室9个,开出专业课实验21个,其中传统的验证性实验占非常大的比例,几乎所有的实验都是按照课本或实验讲义一步一步完成,实验步骤过于死板,实验过程没有新意,学生没有发挥的空间。

过多的验证性实验不利于激发学生的学习兴趣和热情,学生的创新能力没有得到训练,并且验证性实验的教学过程形式化、程序化,学生分析问题和解决问题的能力得不到锻炼和提高,限制了实验教学的发展[3- 4]。

(三)实验教学与生产实际脱节

应用技术型人才的培养应该突出教学内容的实用性,重视理论知识与生产实际的联系,强化学生知识应用、知识转化和技能操作等实践应用能力。但是目前在课堂上,实验教学环节通常只是简单地对理论课的演示与验证,虽然能让学生建立一些基础的形象化认识,但学生对于实验的原理,实验和油田生产实际之间的联系[5],可以说是知其然而不知其所以然,教师很难将抽象的理论知识完整地还原成现场应用场景。这将导致学生学习灵活性差,理论与实际脱节,在今后走上工作岗位后仍需要较长的适应期[6]。

例如学生学完钻井工程、采油工程等课程后,虽然完成了相关课程实验,但也仅仅是按照讲义中的实验步骤进行了一次操作,对于钻井、采油相关设备的操作仍然不熟悉,甚至还不认识现场的工具设备,这些都与学校培养高素质应用技术型人才的目标是不相符的。

(四)实验教学考核方法单一,忽视过程管理

胜利学院石油工程专业目前的实验教学及考核方式是学生分成若干组在实验室里完成实验并记录数据,实验结束后,学生进行实验结果分析,书写提交实验报告。老师对于学生实验成绩的评定仅仅依据实验报告,得出正确的结果即可,最后按比例将实验成绩折合成课程总成绩的一部分。

虽然最终实验报告中得出正确的结果很重要,但是实验方法是否得当、学生的观察能力、操作能力、解决问题能力、创新能力是否得到培养等方面更应该是考察的重点。目前的考核方式忽视了过程管理,不能发挥每个学生的创造力,导致部分学生对实验过程不重视,敷衍了事,最后仅仅花时间去书写甚至抄袭实验报告,本末倒置。

(五)实验室管理分散封闭,不利于学生综合能力培养

目前胜利学院石油工程系的实验室是封闭式管理,仅供本专业学生在该课程实验课时使用,其他专业的学生或者是本学期没有实验课的学生并没有机会进入实验室。

这种管理方式下,实验室之间的资源共享程度低,缺少交流与开放,缺少专人统筹管理,使得各实验室之间的相互联系少,因此,无法进行课程之间与学科之间的交叉渗透,无法发挥实验教学的整体优势,很难为学生参加各种竞赛及活动提供支持,满足不了培养学生综合能力的要求。

二、实验教学改革措施

(一)改革实验教学形式,提高重视程度

首先,提高实验教学效果,需要改变实验教学在整个教学体系中的次要地位。教学体系中,理论教学的目的在于打牢学生的基本理论功底,实验教学则以提高学生动手实践能力和解决实际问题的能力为目标,二者相互依存、相互促进,具有同样重要的地位,并驾齐驱才能培养出高素质的人才。

提高实验教学重视程度,可以先从实验教学形式改革入手。对于一些理论知识较简单,并且与理论知识联系比较紧密的实验内容,老师可以将教室“搬到”实验室,结合实验进行教学。先介绍理论知识,接着进行实验验证,或者是先做实验,通过实验结果分析得出所要学习的理论知识,从而达到理论知识的学习与实验操作能力的训练无缝衔接。这样理论与实验同步进行的做法,首先可以大大提高学生对于实验教学的重视程度,另外,经过一系列的思考—动手操作—结果分析的过程,学生的综合能力也将得到较大提高。

以《渗流力学》课程中“单相液体刚性稳定单向渗流”一节为例,本节内容难度适中,有部分公式推导及简单计算,如果仅仅是在课堂中进行理论授课,学生由于缺少客观体验,会感觉内容枯燥,不够直观生动。若将本节内容安排在实验室中进行授课,可以先利用实验模型将单向流的情况再现,观察和测定出单向流的特征与一系列参数。与在课堂上用ppt和板书进行讲解相比,直观的实验现象要形象很多。然后再让学生将测定的实验结果进行分析,启发学生总结出单向流动的规律及特征,即流体沿渗流方向的压力分布呈直线关系,并且流量与压差呈直线变化。最后,老师进行理论讲解和总结。

改革后的实验教学形式,做到了理论教学与实验教学同步进行,通过实验得出结果,因此学生对实验的重视程度也大大提高,对所学内容理解的更加透彻,提高了动手能力,激发了学习兴趣,提升了教学效果。

其次,提高实验教学重视程度,也需要提高实验成绩在学生课程总成绩中所占比例,以引起学生足够重视,促进学生端正学习态度,对实验课认真对待。比如《油田应用化学》课程中,实验学时所占比例较多,达到了总学时的25%,将实验成绩比例提高至40%后,学生对于实验的重视程度与上课的认真程度都有所提高。

(二)优化实验教学内容

实验教学内容的优化,应遵循培养应用技术型人才的目标,建立起以能力培养为主线、分层次展开、相互衔接的实验教学内容体系,力求培养出基础知识扎实、动手能力强、具有创新意识的人才,满足社会需求。

首先,需要认真规划实验项目,在培养方案修订、课程学时都压缩的大背景下,可以优化实验内容,在有限的课时内使其更加系统。

例如《油层物理》课程之前设置有6个实验,共12学时,包括岩石孔隙度、渗透率、饱和度的测定等。优化后的实验教学总学时不变,但是压缩了岩石气测渗透率等简单实验的用时,加入了岩心驱替实验。具体安排如下:先将学生分组,每组学生用一块岩心,在气测孔隙度和渗透率实验完成后,进行岩心驱替实验,将本组岩心进行抽真空、饱和水以及简短的水驱油过程。岩心饱和过程中受时间限制,岩心不需要完全饱和,渗流过程也不需要达到稳态,岩心出口端见水即可。该实验结束后,再用饱和后的岩心去进行油水饱和度的测定实验。如此的步骤设计,使学生明白了岩心抽真空、饱和以及驱替的一系列过程,实验环节相互衔接,成为了一个整体,效果要比直接用老师提供的饱和好的岩心去测油水饱和度好很多,整个油层物理实验体系更加完整。

其次,在部分课程的实验中,要适当设计一部分设计性和创新性实验。验证性实验是为了使学生的专业基础素质更加扎实,而设计性和创新性实验的设定,则更注重培养学生的独立和创新能力。由浅入深的设计性和创新性实验使学生在掌握基本知识及基本实验操作技能的基础上,将所学知识有机综合,更高效地去理解和巩固所学知识,进而激发创新思维,挖掘学生潜力,提高其判断问题、解决实际问题的能力,为成为一名应用技术型人才打下坚实的基础。

例如《油层物理》课程中的岩石孔隙度测定实验,实验难度并不大,可在实验开始之前,先启发学生思考测定岩心外表视体积以及孔隙体积的方法,不局限于实验室内的实验仪器,而是使用饱和煤油法、封蜡法等方法,对学生提出的想法进行讨论和点评。之后介绍实验装置,让学生参考之前思考讨论的结果,对本装置的测定方法进行设计并进行点评。最后总结介绍仪器的操作过程和操作注意事项,让学生动手操作,实践自己的想法。整个实验过程强调自主性、探索性、实践性和协作性,重点培养学生的创新意识和创新能力。

(三)加快虚拟仿真实验室建设

目前石油工程专业的实验教学是脱离生产现场实际的。一是由于石油行业本身具有成本高、规模大、危险性高、工艺流程复杂等特点[7],许多与生产密切相关的实验项目无法在常规的教学实验室内进行,也不允许在现场进行。二是由于有的实验项目,如钻井工程中的某些实验,因周期过长而无法在有限的实验课时里完成。因此,学生对于实际生产所需的设备工具及工艺流程的理解并不深入。基于上述原因,石油工程专业学生理论教学与工程实验的有机结合实现难度大,学院难以及时满足当前企业对高素质应用技术型人才的需求。

为了使这个问题得到解决,弥补实验教学存在的不足,就需要创新传统本科教育的实验教学环节,加快虚拟仿真实验室的建设。

虚拟仿真实验是将工业现场浓缩化,生动真实地展现生产现场实际的教学模式,可对石油工程中复杂的问题进行计算机仿真模拟研究,将油气开发作业现场“搬”到室内虚拟实验中心,以解决室内物理模型实验难以实现的科学问题,增加学生对设备工具及工艺流程的理解,提高动手操作能力,提高综合运用理论知识完成相应的设计的能力等,具有直观、生动、安全和易于更新的优点。

目前油气工程学院已建成钻井工程模拟仿真实验室和井控模拟仿真实验室。在实验室中,学生可以实现亲自动手操作仪器,模拟器将与学生操作工况同步的图形投影到屏幕上,产生与生产现场相似的视觉效果,配以逼真的柴油机声、泵声、警笛声等现场声音,给学生身临其境的感觉,有利于学生直观、真切地感受到生产现场,有助于学生全面深入地理解和掌握理论知识,提高了教学效率,规避了实际的工程风险。

(四)创新考核方式,重视过程管理

应用型人才培养以锻炼动手能力、提高工程素质为主要目标,实验课程的考核也更应该注重动手操作的过程,因此在考核中应当重视过程管理,使学生由被动实验转换为主动实验,提高学习积极性,而不是仅仅局限于最后的实验报告数据是否合理准确[8]。

考核评分可分为以下几部分:如实验前的预习报告或者是提问环节可占15%,用于评价学生的主动预习程度。预习是顺利完成实验的必要环节,如果在实验课前不对实验原理和方法进行学习,做实验时就只会按照讲义机械操作,却不知为何要如此操作,也不会对实验结果进行分析。因此在实验之前必须要让学生提前预习相关的理论知识,书写简单的预习报告,或者老师在实验前可以进行抽查,以此使学生明白实验的根基,提高实验质量和实验成功率。

实验中的随机提问评分可占15%,由教师在实验讲解过程中随机抽取学生提问,激励学生认真听讲、主动思考并积极回答问题。

实验操作评分可占45%,由教师认真观察,根据学生的动手操作能力、规范程度、认真程度、操作是否具有创新等方面进行打分。

实验报告评分占20%,主要根据实验报告的书写是否符合规范,字迹是否工整,图表是否清晰,原始数据是否真实可靠,数据处理是否准确无误,结果分析是否简明扼要等方面给出分数。

最后还有5%的平时表现分数,包括学生是否遵守纪律,爱护公物,节约实验材料,保持台面清洁等方面,教师可酌情给分。

总之,在考核中重视过程管理,对学生的实验情况进行全面客观的评价,能够更加真实地反应出学生的学习水平,可有效提升学生的实验效果,促进学生的发展。

(五)完善实验室管理模式

构建一个合理规范,与人才培养目标、学生能力训练相适应的实验室管理模式是实验教学中的一个关键问题。

首先,要明确每个实验室的负责人及其职责,具体包括实验室的日常管理、安全维护、规章制度的制定及实验教学中的组织协调等。通过以上工作,进一步规范实验室管理,建立健全实验室规章制度,形成完整、高效、科学、规范的实验室管理体制,贯彻执行“谁使用、谁管理、谁负责”的安全工作原则。

其次,要确定石油工程系实验室的总负责人及其总职责。总负责人具体负责本系所有实验室的统筹管理,最重要的是需要熟悉各实验室的仪器设备及基本功能,整体构思、灵活实施,为教师开展实验室间交流、跨课程的学术交流搭建一个平台,方便开课教师、技术人员相互学习,促进各个实验室之间加强相互合作交流,充分实现系内资源的合理配置和共享,共同推动课程建设,促进教学和科研工作[9]。

最后,实验室的建设目的不应该是满足某门课程的实验需要,而是要实现人才培养的目标。因此,本专业的实验室,在一定的时间、范围内或者是某些实验内容应该向学有余力的学生开放,覆盖一定的学生群体,并且要建立起相应的管理制度,学生进入实验室做实验时按要求做好登记,注意安全即可。

另外,依托实验室的开放,大力拓展大学生科技活动,鼓励学生多参与大创项目、学科竞赛,利用实验室进行毕业设计等,调动学生学习的积极性和主动性,为培养学生的综合能力和创新能力搭建良好平台,提供有力支撑。

总之,科学合理的管理模式是确保实验教学顺利进行的保证,只有采用科学的管理模式,才会真正培养学生的动手能力和创新意识,达到人才培养的目标。