油气储运工程专业实验系统化教学体系的建设与实践

2019-04-22吕爱华郭文敏赵会军黄维秋李恩田

大学教育 2019年4期

吕爱华　郭文敏　赵会军　黄维秋　李恩田

[摘要]油气储运工程专业实验教学改革，对于培养适应行业快速发展的创新型工程应用人才具有关键促进作用。通过优化整合实验教学内容，充实实验教学资源，立体化实验训练系统，递进式组合实验项目与实验教学方式，构建了油气储运工程专业实验的系统化教学体系，有效地培养了学生的创新思维，提高了学生的技术创新能力。

[关键词]油气储运工程;专业实验教学体系;系统化;实践

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）04-0084-03

《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010—2020）》提出高等教育人才培养目标是“重点扩大应用型、复合型、技能型人才培养规模”。油气储运工程专业本科阶段的人才培养，旨在为油气储运工程技术人才进入油气储运及相关工程业界从业提供预备教育[1-2]。专业实验教学是实现油气储运工程人才创新能力、独立工作能力和专业实践能力培养目标的关键环节之一[3-4] ，是高等教育不可或缺的组成部分。为了支撑培养目标达成，油气储运工程教育专业认证提出本科生毕业时要能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论[5-6]。这使得油气储运工程专业实验教学在本科生工程问题分析和探索能力培养中的作用和地位更为凸显。

常州大学油气储运工程专业自1986年创建以来，一直秉承“实验室是高校办学基础”的理念，不断加强学科建设和实验室建设，目前已是江苏省“十二五”高等学校重点专业、江苏省重点学科、江苏省特色专业以及江苏省优先发展学科，并在2005年建成江苏省油气储运技术重点实验室，2006年成为江苏省实验教学示范中心，2016年建成国家级“石油钻采与储运工程”虚拟仿真实验教学中心。

在加快实验室硬件建设的同时，我们通过全面分析油气储运人才培养模式和行业发展所需人才的特点[6-7]，基于OBE工程教育理念，在以学生为本的基础上，对油气储运工程专业实验的教学内容、教学资源进行了全面改革，以油气储运实验技术课程为核心，依托不断升级的实验教学平台，构建了体现工程教育系统性、完整性和创新性的油气储运工程专业实验系统化教学体系，并历经多届本科教学实践，取得了丰富的教學经验和理想的教学效果。

一、有机整合专业实验，使实验教学系统化

油气储运工程专业是一门涉及从油气开发至最终使用过程中的加工、运输、储存等领域的技术交叉型学科。在专业实验教学中，诠释OBE工程教育理念，需解答的第一个问题就是明确需要学习哪些内容。油气储运工程的专业实验教学内容涵盖常见储运流体的物性分析、常见油气储运工艺系统的模拟、常见油气储运工程设备的运行特征分析等领域人才必备的工程技术。在传统油气储运专业实验教学体系中，各项专业实验按照其实验内容，穿插设置于各专业理论课中，实验内容往往受所依附课程的限制，忽视了课程间的学科互通性、连贯性，致使不同课程实验的内容明显重复，实验教学体系松散，实验资源分散[8]。

如今，油气储运学科面临许多需要多学科交叉融合来解决的技术难题[9]。这种不同研究方向间交叉渗透和有机融合的学科发展趋势为油气储运专业实验教学明确了整合化、系统化发展的方向。

此外，实验教学往往是为验证和理解课程理论知识而服务，实验过程往往按实验指导书上的操作步骤“依葫芦画瓢”，缺乏实验设计、实验基本测试手段、实验分析等方面的理论支持，学生想要自己设计实验也无从下手。

根据油气储运工程专业的特点，结合学习认知的一般性规律，我们重新将所有油气储运工程专业的实验内容进行统筹分配，并自2007年始设立油气储运实验技术课程，实现专业实验内容的系统化授课和综合化考核。

（一）实验项目多层次、系统化整合

在专业实验教学中，诠释OBE工程教育理念，需解答的第二个问题就是为什么要学习这些内容。为此，我们对所有专业实验项目进行有机整合，并依据人才培养规律，有序关联实验项目，构建“专业基础实验”“专业应用实验”和“综合创新实验”三大实验模块，形成“由简入繁”“由基础到应用”的多层次专业实验教学体系，让学生通过专业实验学习后，清楚地认识到油气储运专业实验体系建立的工程和实践意义，以及这个体系内部各层次间递进的原理。

第一层次为“专业基础实验”。确定输、储流体的基本物性是开展一切油气储运工程项目的基础，为此我们将“专业基础实验”模块设计为输、储流体基本物性测定模块。为便于比较输、储物料不同造成的输、储特点的差异，各项物性测试实验均采用对多种物料进行对照性测试。以黏度测试为例，选用汽油、甘油和原油3种测试物料，让学生不仅可以掌握基本的黏度测试技术，而且可以直观认识到不同物料黏度测试的差异，再由黏度测试的差异认识到其流体性质和流动性能的差异。

第二层次为“专业应用实验”。该模块着眼于油气储运工艺实验。在第一层次实验模块基础上依次开展4个复杂工艺模拟型实验，即长输管道运行工况模拟实验、油库运行工况模拟实验、油田集输系统工艺流程模拟实验和城市燃气输配运行工况模拟实验，以便分析不同工艺间的异同，掌握流程性技术的共性和在不同应用场合下的特性。

第三层次为“综合创新实验”。该模块着眼于综合型和探索型实验，以在工艺模拟实验基础上开展研究型实验为主，如土壤的腐蚀性测定实验、气—液两相流动模拟实验和油品蒸发损耗模拟测定实验等。

为提高实验项目的系统性和整体性，可以将第三层次与第二层次的实验有机结合起来开展，如油品蒸发损耗模拟测定实验与油库运行工况模拟实验在实验平台、基本操作等方面存在较强关联性，可将两者优化整合为油库运行工况和蒸发损耗模拟测定实验，从而使学生的实验综合设计能力、综合操作能力和分析能力得到很快提高。

（二）实验理论与实训有机结合

在专业实验教学中，诠释OBE工程教育理念，需解答的第三个问题就是如何实现预期目标。由于实验理论教学是提高学生实验设计能力和分析能力不可缺少的辅助环节，因此，为保障和加快预期目标的达成，与传统的实验指导书内容不同，油气储运工程专业实验体系中的理论教学以实验方法为主体，与实验实训过程相辅相成、相互促进。

这里的“实验方法”是指与实验相关的科学方法，是科学家群体在长期实验研究过程中所形成的一整套有效的思维方式和操作规则[10]。它不仅仅表现为实验指导书中的实验技能形式，更注重实验设计方法和实验结果分析方法的系统阐述，如储运工艺模型设计的基本原理、实验方案的科学设计方法以及实验数据的分析方法等，帮助学生解决实验实训中实验平台如何搭建、实验方案如何合理制订以及实验数据如何有效分析等问题。因此说实验理论教学为实验教学从单一验证模式向含自主设计实验的多样化教学模式转变提供了理论支持。

学生掌握了实验方法，对加强其对科学问题的认知能力，促使其形成科学的思维方式以及提高其实验设计能力、实验分析能力和综合创新能力具有重要的意义。这些方法不仅可以用于开展实验活动以探索专业领域的问题，而且在其他领域的科学研究、日常生活以及社会生活中都可以发挥巨大的作用[10-11]。

实践表明，对实验项目进行系统化整合，并将其与实验理论相结合后，本专业学生对油气储运工艺及工程技术问题形成了更为系统的认知。思考与动手相结合、虚拟与现实相结合、模型与原型相结合的立体化实验训练体系使学生的课堂活跃程度和在动手环节积极参与程度明显增强。

二、丰富实验教学资源，使实验学习体验立体化

丰富的实验教学资源是高效开展实验教学，高度达成实验教学目标的有力支撑[12]。根据“厚基础、宽专业、高起点、重特色”的人才培养目标，我校将实验室建设与学科建设相结合，逐年投入经费建设油气储运工程专业的专业实验室，提高实验室层次。采购各类实验仪器设备时均充分考虑综合性、设计性实验项目开展的适应性，积极为实验教学改革创造必要条件。因此，油气储运专业实验室先后获评为江苏省油气储运技术重点实验室、江苏省油气储运实验教学示范中心。而且我校采取“开放”原则，即实验室对全校学生开放，油气储运专业学生可根据自身需要自选实验项目、实验时间，利用全校的教学实验资源开展课外科技活动[13]。

在不断增强实验设备综合实力的同时，油气储运工程专业实验的开展方式也从单一化的室内模型实验拓展为包含室内模型实验、虚拟模型仿真、实景沙盘模拟和生产实训实验在内的多角度、全方位的立体化实验训练体系。学校先后建成的“石油钻采与储运工程虚拟仿真实验教学中心（国家级）”、常州大学—中国石化集团华东石油局工程实践教育中心（国家级）、江苏省有机废弃物处理工程技术研究中心以及江苏省石油与天然气工程实践教育中心均向学生开放，这就为这一立体化专业实验训练体系的运转和发展提供了良好的环境和坚实的基础。学校所在的“国家大学科技园”内近百家大院大所、研究机构等也为学生提供了广泛的科技创新活动基地。

三、采用递进式组合教学方式，促进创新型人才培养

实验教学体系系统化的根本目标是促进学生实验能力提升[10-11]，恰当的教学方法是目标达成的“催化剂”。实验能力是在实验活动中逐渐形成和发展的。从实验课题的选择和确定至实验现象和数据的收集和处理等环节是培养学生发现问题、提出問题、设计研究方案、分析研究结果并寻得解决方案的能力的必不可少的环节。

在传统油气储运专业实验教学中，实验教学方式较为单一，即教师负责讲解和指导，学生只需按照步骤完成实验，最后上交实验报告即可。学生实验能力的培养过于集中在实验操作环节[10]。

基于此，我们立足学情，遵循循序渐进的学习规律，将演示验证式、辅导式、指导式教学方式分别与第一层次的“专业基础实验”、第二层次的“专业应用实验”、第三层次的“综合创新实验”进行模块化组合，实现不同实验教学方式的有机结合，形成了实验能力逐级培养的实验训练模式。

为解决课内学时有限的问题，并提高专业实验内容的自主性，我们将综合型和探索型实验教学延展至课后，并将课后实验项目完成的评价结果纳入课程考核当中。实验项目可由学生根据自身条件和兴趣自行设定，或与各类专业竞赛、创新创业类项目相结合，以申报专业竞赛项目（如全国石油工程设计大赛、全国油气储运工程设计大赛等）、大学生创新基金项目（如“挑战杯”等）或参与教师科研项目的形式进入创新实验平台，在教师指导下开展自主实验和课题研究。

四、专业实验体系的实践效果

油气储运专业实验体系将专业实验独立成课，并设定包含明确的考核环节的多维考评体系。考核环节包括实验理论环节、课内实验环节和课后实验环节，各考核环节均设计理论知识考查和现场实践操作考查两种考查方式。多年教学实践表明，这样能增强学生对油气储运专业实验的重视程度和精力的投入。

通过总结学生专业实践环节成果发现，实验能力逐级培养的实验训练模式带动和影响了专业的课外实践和科技创新氛围。如今每届有80%以上的学生参与课外各类专业竞赛、创新创业类项目，如“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛、“全国大学生石油工程设计大赛”、“全国油气储运工程设计大赛”、常州大学“挑战杯·卓越”计划项目等，并取得了一定的成果，如获得第十届“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛金奖、“全国大学生石油工程设计大赛”一等奖等多项奖项。可见，系统化的专业实验教学体系能将学生的创新能力培养按级落到实处，有利于更为系统、全面地培养学生的专业技术创新能力。

五、结语

专业实验教学是油气储运高等人才培养不可或缺的组成部分。为适应未来油气储运行业的发展趋势，我们基于OBE工程教育理念，在以学生为本的基础上，按照内容系统化、体验完整化、方式多样化的原则，有机整合了专业实验教学内容，并不断丰富和升级实验教学平台，建成了包含室内模型实验、虚拟模型仿真、实景沙盘模拟和生产实训实验在内的立体化实验训练系统，配合实验能力逐级培养的实验训练模式，构建了与实验理论有机结合的专业实验系统化教学体系，并取得了良好的实施效果。

油气储运行业技术在高速发展，因此，油气储运专业实验教学改革仍需不断联系实际，持续改进，将专业实验教学水平推上一个新的高度。

[ 参考文献 ]

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