中美院校石油工程专业力学课程设置情况探讨

林伯韬 王琪琪

摘 要 随着油气钻采朝深水、深地、非常规、新能源方向迈进，石油工程专业的力学课程设置需要朝国际化、创新型的方向发展。本文作者通过实地调研、毕业生访谈、国际交流、网络搜集的方式，分析对比了中美两国拥有石油工程专业院校的力学课程的种类和学分设置情况。调查发现两国院校均重视本科生力学的课程教学，强调力学在石油工程专业培养中的基础学科属性;而研究生课程的种类和学分存在较大差异。中国院校将多门研究生力学课程作为必修/限选课程，而美国院校则更注重学科交叉，更强调根据教师的研究领域让其研究生跨院系自由选修。建议我国院校根据自身国情、校情，在保证力学教育强度的同时增加课程设置的灵活度，促进小班化、个性化教学。

关键词 中美院校 石油工程专业 力学课程 课程种类 学分

中图分类号：G649.1                                  文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.01.007

Abstract As the drilling and exploitation of oil and gas resources are attempting to target deep water， deep underground， unconventional， and new energy types， the mechanics course setting requires for being developed towards more international and creative. The authors of this article analyzed by comparing the course settings， including type of course and course credit， of a group of Chinese universities and a group of American universities that have petroleum engineering program. The analysis was conducted by means of field survey， graduate interview， international exchange and web source exploration. It was found that the universities or colleges in both countries place equal emphasis on undergraduate education on mechanics， which means the mechanics courses are regarded by them as core ones in engineering education. However， the settings with respect to the graduate level differ to some degree. The Chinese universities assign several graduate mechanics courses as required or conditionally selective ones， whereas the American counterparts lay more stress on interdisciplinary exchange and allow for the graduate students to freely choose courses provided by other schools as directed by their advisors. It is suggested that the universities or colleges in our country make more flexible arrangement of the course settings and promote small classes as well as customized teaching according to the domestic situations， as long as the abundance of the mechanics education can be secured.

Keywords Chinese and American universities; Petroleum Engineering Program; mechanics courses; types of course; credit

0 引言

力學是涵盖范围广泛的基础学科，国内外工程力学、材料科学、土木工程、机械工程、冶金与矿业工程等众多工科专业的核心课程都与其有着紧密的联系。廖日坤等人[1]通过研究MIT和Stanford这两所顶尖大学的美国工程院士的学术贡献指出，大学的工科研究更重要在于“工程科学”而不是“技术开发”，前者应由高校承担，而后者的主体是企业。力学课程作为高等工程教育的重要组成部分，是培养兼具国际化、创新型工程科学人才的基础课程 。[2-4]随着油气行业的科学研究和技术开发在深水、深地和非常规资源及新能源（如地热、可燃冰）领域的逐渐深入，高校石油工程专业的力学除了要解决钻采设备的强度及效率问题，[5]还应当解决开发过程中的地应力场、位移场、井壁稳定、破岩、水力压裂、低渗油藏水驱等复杂工程问题，急需建立适合该专业的力学课程体系。为此，笔者基于自己的海外求学经历和国际交流经验，剖析中美两国拥有石油工程（或称石油与天然气工程）专业院校的力学课程开设情况，对比两国学生在力学方面培养形式的不同，由此探讨针对该专业优化设计力学课程体系的方向。

美国开设石油工程专业院校的力学课程普遍具有小班教学（本科课堂20-40人、研究生课堂5-15人）的特点，其关于课程内容、学时、实验课的设置与中国院校大同小异。因此，本文着重探讨中美两国石油工程专业指定开设（即专业必修或限选）的（1）力学课程类型;（2）对应的学分设置情况。笔者通过实地调研（国内院校）、针对在校及毕业生访谈、与国内外院校教师交流、搜集网站介绍的教学信息的方式获取并统计相关信息，涉及学校涵盖了表1所列的9所中国院校和表2列举的10所美国院校。

1 中美石油工程院校学位设置情况分析

本文所涉我国拥有石油工程专业的主要9所院校的信息及其学位开设情况如表1所示。这些院校都具备鲜明的地质、矿业和油气行业特色，石油工程专业师生的体量和教学资源均颇具规模。另有一些院校如燕山大学、常州大学也开设相关专业，但由于其专业规模较小，本文暂不对其做统计分析。

表1所示的9所国内院校均具备石油与天然气工程一级学科;除辽宁石油化工大学外，都开设有本、硕、博学位点。大部分院校依托附近油田，呈现鲜明的油田地域特色：如中国石油大学（北京）的克拉玛依校区紧靠中石油新疆油田，中国石油大学（华东）的山东东营校区毗邻中石化胜利油田，西南石油大学地处中石油西南油气田附近。

本文所涉美国拥有石油工程专业的10所主要院校的信息及其学位开设情况如表2所示。类似地，这里重点讨论这10所石油工程专业较具规模的美国院校，而针对其它开设有相关专业但规模很小的学校如新墨西哥矿业与技术学院、南达科他矿业与技术学院暂不作探讨。

由表2可见，美国开设石油工程专业的10所院校主要地处产油区，其中拥有上述院校最多的州为德克萨斯州（3所）和俄克拉荷马州（2所）。表2所列院校均开设了石油工程专业相关的本、硕、博学位点，名称大多为石油工程/石油与天然气工程，部分为能源与矿业工程（如宾夕法尼亚州立大学的博士专业）和能源资源工程（如斯坦福大学的本科、硕士和博士专业）。

2 中美石油工程院校力学课程开设情况分析

由于力學课程的种类多样，本文将所有调研得出的力学课程按本科生和研究生培养方式分为两组：（1）本科生课程：包括工程力学（涵盖“理论力学”、“材料力学”、“工程力学”名称的课程）、岩石力学、流体力学和渗流力学;（2）研究生课程，包括连续介质力学、石油工程岩石力学（亦包括类似的“油藏地质力学”课程）、弹塑性力学、高等流体力学、高等渗流力学。以上所列的课程均为所在学院要求的专业必修/限选课。特别需要说明的是，以下图表仅表示学院对学生力学课程的基本要求，部分研究生力学课程教学由其它学院如机械工程学院、土木工程学院承担，未有在下面的图表列出;仅仅说明该校的该专业并无必修/限选要求，并未统计研究生在导师要求下选修其它学院的力学课程的情况。经调研统计得到我国院校针对上述课程的总学分设置情况如图1所示，分课程的学分设置信息如表3所示。

图1显示9所院校的本科力学学分的分布范围为9.5～17.5学分，研究生力学学分的范围为2～14学分。其中中国石油大学（北京）、中国石油大学（华东）和西南石油大学最重视本科力学教育，其中后者力学课程的总学分最高（17.5学分）。各院校的研究生力学学分的设置情况类似，其中中国石油大学（华东）的学分最高（12学分）。

同时由表3可知，9所国内院校均开设了工程力学（名称包括材料力学、理论力学或工程力学）、流体力学和渗流力学课程，3所院校未开设岩石力学课程。各校普遍开设了石油工程岩石力学、弹塑性力学、高等流体力学和高等渗流力学4门研究生为必修/限选课，但中国地质大学（武汉）仅要求必修/限选高等渗流力学。同时，仅有中国石油大学（北京）开设连续介质力学为必修/限选课程。

美国院校的本科生、研究生力学必修/限选课程的力学总学分情况如图2所示，分课程的学分设置信息如表4所示。

图2显示美国院校的本科力学学分分布范围为3～18学分，其中有7所美国院校的本科力学学分超过了12学分，最普遍开设的课程为工程力学、岩石力学和流体力学（表4）。研究生力学学分范围为0～7学分，仅有4所院校要求研究生必须选修力学课程，且仅包含石油工程岩石力学、高等流体力学这两门课（图2和表4）。

通过横向对比中美两国院校力学课程的学分设置情况（图1和图2，表3和表4）可见，两国本科生力学基础课程设置情况相当，说明两国院校均强调力学作为工科基础课程的属性。但中国院校设置的研究生力学课程的丰富（从课程种类看）和重视程度（从总学分上看）略高于美国院校。在课程种类方面，对比表3和表4可见，石油工程岩石力学、高等流体力学两门研究生课程的设置最为普遍。此外，中美所列的19所院校仅有中国石油大学（北京）设置连续介质力学为必修/限选课;而针对弹塑性力学、高等渗流力学，仅中国院校将其设置为必修/限选课。

表4所示美国的研究生力学课程的设置较少并不代表其不重视这些课程，而是与美国院校的研究生选课较为自由多样、且可在院系间广泛交叉选课的特征紧密相关。笔者曾参与2015年中国石油大学（北京）石油工程专业的国际学科评估，参与评估的三位外籍专家分别为美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Dr. Lake院士、美国德克萨斯A&M大学石油工程学院院长Dr. Hill教授和美国俄克拉荷马大学Dr. Shah教授，三位均担任美国新闻与世界报道（US News & World Reports）的美国大学排名的评估专家。他们认为美国石油工程专业教师的研究领域更加细化，因此指导学生选课时，更注重课程的多样性和专业性。比如宾夕法尼亚州立大学和怀俄明大学的石油工程研究生教育偏重油田化学、油气开发领域的培养，因此对力学课程的设置比较宽松。再比如笔者毕业的俄克拉荷马大学，有三位石油工程专业教授从事石油工程岩石力学研究，他们均要求其学生选修连续介质力学、弹塑性力学这两门由土木工程与环境学院开设的研究生课程。