石油工程专业管柱力学本科教学改革探索

翟晓鹏　楼一珊　朱亮　吴惠梅

摘要：石油管柱力学是石油工程非常重要的基础学科。针对石油管柱力学本科教学过程中存在的教材适用性不强、学生课堂积极性不高和考核难以起到评教效果的问题，分析其原因，以“温故、启示、巩固”为教学准则，综合考虑该学科的特殊性以及与其他专业学科的相关性，对教学内容、教学形式和考核方法提出了一系列改革措施并进行实践探索，取得了良好效果。

关键词：管柱力学；油气井工程；研讨式教学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）05-0126-02

石油管柱作为石油钻采的重要工具，在钻井、完井、采油以及增产的各个阶段都起到至关重要的作用。它是地面信息向井下传递的渠道，也是井下物质传输到地面的通道，石油管柱之于油气井工程，犹如脊柱之于人体。石油管柱力学课程本科教学按排在钻进工程、采油工程专业课之后，是为了作为各个专业课的桥梁，使学生能够对所学知识触类旁通，融会贯通，更好的掌握专业知识。但从长期的教学情况来看，学生对该课程的学习流于形式，没有达到预期的教学目的。本文针对石油管柱力学在教材内容、课堂现状、教学方法以及考核评估环节存在的问题，提出了一系列的改进措施，并在实际教学中进行了实践，为提高该课程教学效果作出了有益的探索。

一、石油管柱力学本科教学存在的问题

长江大学石油管柱力学本科教学计划设置在第六学期或第七学期，课程计划为5周，共30个学时，长期以来，由教授、副教授、讲师教研团队担任主讲。总结任课教师和学生反映的教学情况，该课程主要存在以下问题。

1.参考教材各个章节侧重点、难点不同，理论教学与生产实际脱节。石油管柱总体分为钻柱、套管柱、油管柱、抽油杆柱四大部分，部分教材和专著主要介绍钻柱的运动与受力分析，另外一部分教材和专著则主要介绍套管和油管的服役条件和失效模式，由于教材的侧重侧重点不同，没有跟其他学科关联，失去了辅助性教材的实际意义。石油管柱力学是一门数学和力学的交叉学科，相关教材部分章节公式复杂，在进行理论讲解和习题分析过程中需要用到微积分、常微分方程等高等数学知识，这些内容有些学生当初就没有学好，有的学生即使当时学好了，在用时也已经遗忘或者不能灵活运用，学习时就会感到困难，不愿听下去，失去学习的兴趣。

石油管柱技术处于不断发展中，尤其是非常规页岩气连续油管压裂技术、稠油热采井的注采一体化管柱技术等都遇到常规管柱力学没有遇到的问题，使得常规管柱力学在解决这些特殊问题时，显得捉襟见肘。因此需要在管柱力学教学中引入新技术介绍章节，开拓学生视野。

2.學生学习动机不同，课堂难以调动学生学习积极性。学生方面的情况大概可以分为两类，一类主要是面临大四毕业学分不足，需要选修课增加学分；一类是求知，为了获取更多的知识。前者抱着“混学分”的态度，对课堂理论教学不重视，特别是教师在讲解复杂公式的时候，基本上就不听讲，后者主要是对新知识的探求，注重课堂知识的汲取，但对公式不感兴趣，更侧重于知识面的拓展。他们的共同点就是知识面的拓展，对知识的求知欲。

3.考核难以收到教评效果。作为一门选修课，管柱力学如何考核一直是困扰教师的难题。如果最终考核成绩根据平时成绩来定，那么这门课的学习因为失去了考核的约束力，就会流于形式，失去教学意义；如果按照必修课考核方法进行试卷考试，又容易让这门课的学习陷入上纲上线的老套，使学生失去学习的积极性。如何让考核与课堂教学相结合，收到教学与考核互相促进，相互评价的效果，是我们要面对的难题。

二、管柱力学本科教学改革措施

课程内容既要考虑到石油管柱力学与其他专业学科的相关性，又要考虑该课程自身的特殊性，在此指导思想上，从三方面进行教学改革。

1.授课教材做到重点突出，关联其他学科，理论联系实际。在授课中对现有教材进行了遴选，在重点讲述原有教材共同包含的部分，如钻柱屈曲载荷分析、井底钻具动力学等的同时，增加了稠油热采管柱受力及失效预防措施、海上喷射导管钻井技术、非常规连续油管压裂技术章节。同时对每一部分做适当的修改，力争做到增加广度，减少深度，增加趣味性，减少理论性，结合工程实际，加深学生对专业的理解。对含有大量复杂公式的章节，适当采用简化计算，淡化公式的复杂性。

2.引入实验教学，尝试研讨式教学，促进教学形式多样化。课堂教学不能只限于PPT授课，也可加入其他形式的教学手段，如实验室教学与理论教学相结合。笔者在讲述套管失效机理时，就结合室内数显式液压材料试验机（WZS-100D），进行管材试样应力应变实验。事实证明，学生对实验非常感兴趣，部分学生亲自上机进行实验测试，对不同载荷作用下管材的应力应变曲线和性能变化有了更深入的理解，这极大地激发了学生的学习兴趣。

研讨式教学起源于德国，是以学生为主体，由教师设定讨论主题，通过交流、研讨形式来研究某一课题的一种教学方式。通过研讨式教学可培养学生自主学习、研究能力。课堂上强调学生的主人翁意识，才能调动学生的学习积极性。笔者曾在课堂中布置了“非常规压裂中管柱受力模型及失效原因”的论题，大部分学生都在充分调研的基础上积极发言，陈述己见。有的学生指出滑套压裂技术存在的弊端，这与涪陵页岩气部分气井增产改造措施由滑套压裂改为射孔联作压裂的现场情况吻合。充分说明研讨式教学可以开启学生思维，充分调动学生学习能动性，培养学生自主研究能力。

3.注重反刍教学，在课堂中进行考核评估。石油管柱力学公式多，须反复练习才能掌握。考核的目的正是为了更好地掌握这些知识点。因此课堂教学以“温故、启示、巩固”为准则，注重学习过程的积累消化，反刍教学正是针对这一点而设计的，在教学引入反刍教学，对前面的知识点，在后面应用时重新回顾，并注重对前面知识点与现在知识点的结合应用。对重要的知识点，在课堂中进行随堂考核，可以给学生一定学习压力，又利于知识点的融会贯通，还能起到考核的目的。

三、实践效果

笔者在2014至2015年两年期间对石油管柱力学教学进行了一系列尝试性改革，其中引入科技前沿技术，与非常规开发接轨的教学内容受到学生的喜爱，扩展了学生的视野，让学生进一步了解到所学学科与工程应用的关系。研讨式教学因为学生基础和重视程度的不同，部分学生表现良好，也有部分学生参与热情不高，从文献资料上生搬硬套观点，并未完全达到开启思路的教学目的，因此该教学方式改革还需要进一步探索。反刍教学能够强化知识点吸收，加强了所学知识点的运用能力。

四、结论

本文针对目前石油管柱力学本科教学存在的教材适用性不强、学生课堂积极性不高和考核难以起到评教效果的问题，从注重教材理论联系实际、教学方式多样化和加强反刍教学三方面进行改革，取得了一定教学效果。实践表明：注重教材适用性，理论联系实际，调动学生的课堂积极性，才能使选修课起到教学辅助的教学目的。教材研讨式教学和强化反哺教学，能够促进知识点的吸收，加深知识的理解，并能扩宽学生的视野，虽然有一些的地方还需完善，但对提高学生的理论水平和从实际生产角度分析解决问题的能力有极大帮助，有利于培养石油类工程型人才和研究型人才。

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