胶体与表面化学课程教学模式改革与探索

2019-01-30王继刚范振忠刘庆旺闻守斌曹晓春

中国现代教育装备 2019年13期

王继刚范振忠刘庆旺闻守斌曹晓春

1.广东石油化工学院广东茂名 525000

2.东北石油大学黑龙江大庆 163318

胶体与表面化学课程是根据石油工业发展的需要，按照工科教育思想改革的人才培养模式而构建的专业主干课。该课程以基础化学、有机化学、物理化学、油层物理、石油工程等专业课为基础，在重点阐述胶体与表面化学课程中的基本概念、原理的同时，还竭力传授其在石油领域的应用及其最新发展动态。通过本课程的学习，使学生掌握胶体与表面化学基础，理解石油钻采、储集过程中存在的化学问题的本质，并能够运用相关知识阐明油田化学助剂的协同效应和作用机理，为学生学习后续专业课及从事油气田开发工作提供必备的专业储备。

该门课程属于专业性强的基础理论课，理解起来相对较困难，涉及的内容广、概念多、机理性知识点繁杂，生硬的讲解使学生感觉比较枯燥、乏味。针对这种情况，课程组教师不断总结实践教学方面存在的问题，积极组织学生进行探讨，以培养适应现代化石油工程需要的人才为目标，探索胶体与表面化学理论课程的实践教学改革与措施。

1 完善教学大纲重组考核比例

胶体与表面化学是一个多学科交融的与石油工程领域息息相关的学科，广义上包括介观体系化学和表面界面化学专业知识。以往的教学大纲，仅局限于本本教育，书本知识与专业设置脱节现象严重，教学与考核模式单一。新的教学模式下，应注重将教学与石油工程的具体实际紧密联系在一起。通过课程讲授、研讨、实验以及布置课外作业的方式，让学生了解胶体与表面化学的基本概念、胶体形成以及界面知识的基本原理；掌握胶体制备、稳定性以及失稳的原理、方法和步骤，用胶体与表面化学理论原理解释油田开发中的现象，解决油田开发中所遇到的问题。

随着石油工业的发展，溶胶与凝胶在油气井增产增注中的作用越来越不可替代，对胶体与表面化学的前沿技术的要求也越来越高。因此，课程组教师把油田生产实际中存在的科学问题和科研成果介绍给学生，并把学生感兴趣的科学问题引入教学案例中，激发学生的科研兴趣与创新意识[1]。例如，在讲授胶体稳定性章节中，在完成胶体带电与DLVO理论等内容基础上，引入压裂液体系的成胶以及破胶稳定性实例，用各种压裂液的辅剂带电特性解释与了解压裂液在施工和地层中的破胶过程与作用机理。这样不仅使学生体会到胶体微观结构与功能的关系，而且还了解了新概念及新知识的形成背景及意义。

此外，为了更全面反映学生学习与知识点掌握情况，加大了对教学实践环节的考核比例。最终成绩由考试卷面成绩、教学实践成绩和实验成绩三部分组成。考试部分重点考查学生对基础知识和基础理论的掌握和应用能力，满分100分，总占比60%；教学实践成绩包括资料收集整理、作业撰写以及学生展示成果时的PPT制作、口头表达、问题讲解等方面的表现，突出考核学生分析实际问题、解决问题的能力，根据主题新颖性和回答问题情况综合给出成绩，满分100分，总占比20%；实验成绩包括实验设计、动手能力、实验结果分析和实验报告撰写等，满分100分，总占比20%。教学实践在考核中提高比重，有利于提高学生的学习热情，营造良好的学习氛围，使原本不清楚的问题或混淆的概念得到解决和理解。

2 课堂教学创新把握前沿科技

胶体与表面化学课程是石油工程专业的学位基础课程，教学内容的创新是至关重要的环节。汲取胶体与表面化学、石油工程学科交叉的最新成果，对加强胶体化学、表面化学理论发展以及油田化学助剂设计与研发具有重要的意义。课程组教师在讲课时不拘泥于教材中的静态理论，密切关注国内外胶体与表面化学领域的最新进展，及时更新教学内容，不断追踪相关领域的前沿科技，把新技术、新动态介绍给学生，扩大学生的视野。例如，在讲授乳状液体系的特点以及形成条件等内容时，引入微乳液体系驱油特性，结合上层、中层和下层微乳液体系驱油的优缺点与适用油田特性，介绍目前国内外微乳液驱油的前沿技术与发展趋势。使学生从根本上掌握乳状液与微乳液的本质区别，体会乳状液在油田实际生产中应用的重要性。

此外，课程组教师还通过参加国内外学术会议、从事与课程相关的科研工作、撰写胶体与表面化学与石油工程结合密切的专业论文等渠道，不断提高自身的专业水平，不断补充新知识，将该领域研究的热点问题和创新性科技及时补充进课堂，达到传授最新、最全、最广泛知识的目的[2]。

3 板书与多媒体结合发挥最佳授课效果

板书是教师进行教学的基本功之一，是教师反复研读教材后凝练出来的课程要点与授课大纲，也是连接教师与学生的纽带。教师通过板书把教学内容、教学思路清晰地体现出来并呈现给学生，使授课层次分明、脉络清晰、便于梳理、重点突出、巩固记忆。然而，传统的板书教学进度较慢，某些定义原理性的知识点不一定要在板书上一一体现，而多媒体教学可以将简单的文字进行直观、清晰、简洁的表达，其中更可以穿插动画、图表、实例，甚至是视频资料加深学生对知识的直观印象，使课堂生动有趣富有灵动之感，提高教学质量，调动学生积极性[3]。课程组教师通过广泛搜集素材、精心制作多媒体，可以把胶体与表面化学理论中难于理解的知识点深入浅出地展示于学生面前。采用形象的、甚至是动画的多媒体教学，使学生更加容易理解基本原理和基本概念、使学生更能领会与思考自学课本难于理解的内容。如在讲解溶胶的基本性质一章时，通过多媒体动画和视频手段演示不同粒径胶体粒子的运动学特性、不同溶胶体系对入射光的吸收与反射现象等，非常形象地把胶体粒子大小、组成与基本性质之间的关系清晰地展现给学生，不仅节省时间，更加深了印象。

4 丰富课外作业多样性增设课上互动研讨环节

常规的教学方式是教师在讲台上对知识进行讲解，填鸭式的教学，枯燥的讲解，难免会使学生出现注意力不集中的现象。因此，课程组在以往教学研究的基础上，继续依靠理论教学和课外作业，甚至是课上研讨的多种教学手段，强化学生对课程中胶体化学与表面化学基本原理的掌握，提高学生对胶体与表面化学理论、石油工程领域复杂问题、关键环节进行识别和判断的能力[4]。课程组教师根据石油工程学科的特点，在重要章节教授完成后，给学生不定期地布置紧密联系油田现场实际的课外作业，让学生课下通过查阅文献资料完成。查阅文献可以丰富所学知识，对课堂知识进行补充和完善，提高了书本知识的完整性，增强学生独立思考和灵活运用书本知识解决实际问题的能力。此外，完成课外作业的过程也是知识的组建过程，学生通过撰写大作业的方式从总体上把握若干知识点，使学生的学术能力得到提高。课外作业要求学生一周后在课堂上进行多媒体答辩式汇报，在组织PPT形成报告的过程中，又锻炼了学生的多媒体制作能力，每次汇报主讲教师可以根据实际情况邀请部分专业课教师参加并评分。这样，实现师生互动教学，取得了良好的效果。

课外作业设计环节不能脱离石油工程的具体实际需求。在课外任务的设计过程中，要以教学大纲为基础，以学生的能力培养为目标，将教材中的教学内容与油田生产中的具体实际结合起来，充分体现理论分析与石油工业具体实际有效结合的原则，使学有所用与用有所成相互促进。课外作业与课上互动研讨环节培养了学生文献调研和运用胶体与表面化学的科学原理解决实际问题的能力，也可以让学生深入思考油田化学药剂对人类、环境甚至是地球储层有什么影响，并发表如何让油田有效有序持续发展的见解。

5 扎实开展实验教学增强动手与创新意识

实验教学是理论教学的重要补充，也是对学生工程实践能力检验的重要环节。课程组教师在多年的实验教学中，形成了一整套实验教学体系，搭建了教学科研一体化实验平台，在石油工程专业本科、研究生培养乃至师资队伍建设等方面发挥了积极作用，取得了显著效果。

胶体与表面化学实验教学任务主要承担油田化学、油水井增产、增注以及钻井液化学的实验教学，受传统教学理念和实验条件限制，以前开设的实验项目偏向于化学，并以验证性实验为主，与石油工程结合不紧密，不利于学生创新能力和工程实践能力的培养[5]。因此，为了充分认识胶体与表面化学知识在油田钻探、开采过程中的重要作用，学会解决油田开采中遇到的实际问题，课程组教师设计了一系列创新性实验：首先，在教师的指导下，由学生独立配制出油气井工作液体系，并测定基本性能；其次，模拟油田现场各种工作液受到污染(盐浸、钙浸甚至是油层污染)等问题，由学生独立设计实验方案，提出应变处理方法并拟定实验步骤；最后，经教师审核批准后，学生分组完成实验，使处理后的油气井工作液达到合理的指标。通过这些实验项目的建设把抽象的课堂知识具体化、实践化，培养学生的创新和动手意识，使学生具备解决具体实际技术问题的能力，并能及时给出合理化的建议。