“高等渗流力学”教学内容改革及教学模式探索

曹仁义 程林松 黄世军

[摘 要] 针对传统高等渗流力学教学内容无法满足研究生科研工作所需的矛盾，从教学内容及教学模式两方面展开教学改革，从根本上消除了这一矛盾，提高了学生课堂参与度，培养了研究生的科研思维，促进了研究生教育的发展。

[关键词] 教学改革;教学内容;教学模式

[基金项目] 中国石油大学（北京）研究生教育质量与创新工程项目“《高等渗流力学》研究生教材建设”（yjs2016004）

[作者简介] 曹仁义（1981—），男，山东潍坊人，博士，中国石油大学（北京）石油工程学院副教授，主要从事非常规油气藏渗流、特高含水期油藏开发研究;程林松（1965—），男，湖北应城人，博士，中国石油大学（北京）石油工程学院教授，主要从事稠油油藏、低渗透及特低渗透油藏开采研究;黄世军（1974—），男，河南郑州人，博士，中国石油大学（北京）石油工程学院教授，主要从事稠油/油砂热采、页岩气多场耦合研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）29-0124-02    [收稿日期] 2019-09-17

随着油气勘探与开发的深入，非常规油气资源已成为化石能源非常重要的组成部分，其开发技术逐步完善，致密气、页岩气、致密油、页岩油等非常规资源逐步实现了工业化开采。伴随着这些非常规油气资源开采技术的出现与应用，相关渗流理论也有了不小的突破与进步，但现有研究生课程仍以传统渗流理论为主，无法完全满足现有生产与科研所需。

一、高等渗流力学课程教学改革的必要性

渗流力学所研究的是流体在多孔介质中的渗流规律，其本身的发展与油气田开发和开采技术密不可分。作为本科石油工程专业必修课程“渗流力学”的延伸，“高等渗流力学”课程对油气田开发专业研究生而言是一门非常基础且重要的课程，其教学质量的高低对研究生期间及毕业后的科研工作有着非常大的影响。

为更全面地了解现有“高等渗流力学”课程中存在的问题，笔者对中国石油大学（北京）油气田开发专业近两年毕业的70余位研究生展开问卷调查。调查结果表明95%以上的同学表示完成课程后掌握最为牢固的教学内容为“经典渗流理论”部分，而近50%的同学研究生期间及毕业后的工作与“非常规油气渗流理论”内容联系更为紧密，这一矛盾导致了65%以上的同学要求进一步加强“非常规油气渗流理论”的教学内容。通过与授课教师及被调查同学展开深入讨论，认为导致这一矛盾的主要原因有两点。

一是教材内容与现有需求脱节。近年来非常规油气渗流理论不断完善与成熟，而教材内容仍是以“经典渗流理论”及“复杂油气渗流理论”为主，现有教材内容与研究生知识体系所需脱节，原有的课程教学内容已不再适应研究生的科研工作所需。

二是教学方法不完善。调研结果中高达95%的同学表示“理论授课环节”是该课程获取知识最为主要的环节，课下调研及自由研讨等环节收获很小。这表明现阶段研究生课程仍以“上课记笔记、下课抄笔记、考试背笔记的”的填鸭式学习为主，学生获取知识的途径单一。教师应在完成“基础授课环节”的基础上进一步强化讲座、研讨等参与式授课环节，使学生们在课程学习过程中有更高的参与度，不仅可以加深学生对基础理论知识的掌握程度，还能在不断探讨中开阔思路，为以后的科研工作做准备。

二、教学内容改革

非常规油气背景下，页岩油气、致密油气、可燃冰、油砂等非常规油气资源的研究不断深入，减氧空气驱、泡沫驱、复杂缝网压裂等新开发技术现场的应用不断实现，非常规油气渗流理论迅速发展与完善。以现阶段广泛研究的致密储层为例，此类储层孔喉小，部分孔喉已达纳米级别，储层流体渗流不再满足达西定律，存在非线性渗流现象，同时产能受应力敏感、毛管渗析等影响较大，与经典渗流有着很大区别。为更好地满足科研与生产的需要，非线性渗流数学模型、压差—渗析耦合传质模型等一系列适用于致密储层的油气渗流理论发展了起来，而现有的教学内容对于这些知识理论内容少有提及。

为便于学生更好地构建渗流力学知识体系，将教学内容层次化的划为三大部分。第一部分为“经典渗流理论”，是对现有教材中经典渗流理论的重整与完善，很好地回顾与衔接了本科渗流力学的教学内容，夯实研究生渗流理论基础;第二部分为“复杂油气渗流理论”，是对现有教学内容中“经典渗流理论”之外的渗流理论的提炼与整理，包括非等温渗流、非牛顿流体渗流、物理化学渗流、低渗油藏非线性渗流以及复杂结构井等部分的理论，可以在回顾本科知识夯实基础的前提下进一步加深对渗流理论的认识;第三部分为“非常规油气渗流理论”，这一部分是此次教学内容改革的重点，将近年来国内外致密气、页岩气、致密油、页岩油、油砂等非常规油气藏已形成的较为成熟的渗流理论有选择地加入教材中，进一步完善现有研究生知识体系所需，紧跟渗流力学发展趋势。

三、教学模式改革

与高中及本科教育不同，研究生教育旨在培养社会发展所需的学术型、创新型人才。因此，研究生专业课程的教学目标不仅是已成熟知识体系的灌输，更多的是科研思维及方法的引导。现阶段很多研究生课程教学模式仍是老师讲学生记的“填鸭式”教学，研究生很难通过课程学习掌握科研工作所需的研究思路及方法，课程完成后仍需花费很大精力去摸索学习，进而满足科研工作所需。针对这一现状，中国石油大学（北京）石油工程学院“高等渗流力学”授课教师对“教师基础理论授课+教师前沿进展讲座+学生课题展示研讨”这一新型“参与式”授课模式展开探索，旨在完整教授研究生渗流力学知识体系基础上，进一步培养必要的科研思维。

正式授课之前，授课教师会先展开课前谈心交流，告知学生该课程主要教学内容、教学目标及相关研究前沿，了解学生现阶段主要研究方向。既有利于学生对课程知识体系有一个较为完整认识，又有利于教师对学生的科研、工作所需有更为深入的了解。课程之初，授课教师结合课前谈心内容及现有渗流力学研究前沿，有针对性地提出一系列有研究价值的渗流力学问题，组织学生根据研究方向分成8～10人的研讨小组，让学生在第7、8周研讨课上针对小组所选内容进行展示及讨论，学生带着问题参与教学过程可以使学习更有针对性且更有利于学生深入思考。在“基础理论授课”阶段，授课教师以教材涉及的理论内容为主，授课过程中坚持“问题导向”的教学思路，在每节课开始之前提出对应的科学问题，随着课程开展，完整的展现发现问题、分析问题、设计方案、解决问题以及持续改进的科学研究过程，让学生在牢固掌握渗流理论知识基础上深化对研究原则、思维方式及研究方法的理解，为研究生后期开展相关研究工作打下基础。

四、教学改革意义

“高等渗流力学”课程教学改革已经历了2016级、2017级、2018级研究生连续三年的试点，从近三年的上课效果及课后反馈来看，学生课堂参与度更高，渗流知识的交流讨论也更为深入，课程结束后能够更快地投入研究生科研工作中去，教学效果非常明显。

教学内容与教学模式是教学过程中相辅相成的两大部分，通过教学课程改革使二者更为契合，更好地适应非常规油气的大背景。“经典渗流理论+复杂油气渗流理论+非常规油气渗流理论”的层次化教学内容改革完善了研究生渗流知识体系，从根本上消除现有授课内容与研究生科研工作所需不匹配的矛盾;“教师基础理论授课+教师前沿进展讲座+学生课题展示研讨”的参与式教学模式改革契合了教学内容改革，在授之以鱼进一步授之以渔，达到了培养学术型、创新型人才的目标。

参考文献

[1]邹才能，潘松圻，党刘栓.论能源革命与科技使命[J].西南石油大学学报（自然科学版），2019，41（3）：1-12.

[2]姚军，孙海，李爱芬，等.現代油气渗流力学体系及其发展趋势[J].科学通报，2018，63（4）：425-451.

[3]程林松.高等渗流力学[M].北京：石油工业出版社，2011.

[4]李春兰.仿真模拟在油层物理实验教学中的应用[J].科技创新导报，2016，13（05）：112-113，115.

[5]过增元.提倡参与式教学 强化创新意识[J].中国高等教育，2000（06）：21-22，45.

[6]曹仁义，李春兰，杨胜来，辛晶.非常规油气背景下油气田开发专业研究生教学模式探索——以《高等油层物理》教学改革为例[J].石油人力资源，2017（04）：69-71.