新工科视域下的石油与天然气工程类专业实践教学模式探究

2021-09-16王志华杨二龙张立刚胡绍彬曹广胜

大学教育 2021年9期

王志华　杨二龙　张立刚　胡绍彬　曹广胜

[摘要]作为我国工程教育的战略性改革方向，新工科教育是对面向行业需求、服务经济发展的工科专业办学模式进行系统改革的一种行动。在此视域下，作为行業背景较强的石油与天然气工程类专业，则需要主动布局，改造升级，突破传统的单一学科界限，走向学科间的交叉融合，实现从办学服务满足油气工业发展到办学服务满足与支撑引领油气工业发展并重。考虑到新工科教育与OBE理念的结合是学科演变与专业建设需求的共同作用和必然途径，基于石油工程、油气储运工程专业培养目标，课题组围绕专业的实践教学模式和运行评价机制，进行了能力导向的实践教学体系改革、以学生为中心的创新实践平台建设，以及持续改进的师资队伍建设和实践教学运行与管理，以期为石油与天然气工程类专业建设的整体升级思路设计与升级路径探寻提供支撑，也为推动相关传统工科专业的改革创新提供借鉴和参照。

[关键词]实践教学;持续改进;新工科教育;OBE理念;石油与天然气工程

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2021）09-0024-04

一、新工科建设的内涵特征及对传统优势工科专业的引领

党的十九大报告中明确指出，建设教育强国是中华民族伟大复兴的一项基础性工程[1]。习近平新时代中国特色社会主义思想，从十四个方面系统阐述了新时代下坚持与发展中国特色社会主义的基本方略，同时对高等教育发展也提出了新的、明确的要求，指出能够接受优质的高等教育是人民美好生活的重要组成。自从我国成为工程教育本科专业学位国际互认《华盛顿协议》的正式成员国后，我国高等教育与成果导向教育教学理念（OBE理念）相得益彰，新工科又成了工程教育改革创新的一个关键词[2]。2017年我国教育部相继号召开展新工科研究与实践，从“复旦共识”到“天大行动”，再到“北京指南”的新工科三部曲开启了工程教育改革的新征程，为我国应对新经济、新业态挑战，服务国家战略，满足产业需求和面向未来发展注入了一剂强心针[3-4]。从广义上来讲，新工科建设是为了适应新型科技革命和经济转型升级、涉及各种工程及相关专业领域的一种整体性变革，是高等教育教学的新模式、人才培养的新方向、专业设置的新理念、教育教学改革与创新的新举措;从狭义上来讲，新工科建设则是对各类新型工科专业的增设和传统工科专业的改造升级[5-6]。总之，新工科建设的内涵特征表明，新工科的构筑是对全局工科的总动员，而传统优势工科专业，则需要在其引领下进行改造升级。

在此视域下，作为行业背景较强的石油与天然气工程类专业，则必须主动布局本学科领域的人才培养，打破传统的单一学科界限，尤其以当前油气行业数字化转型浪潮和提高油气采收率为永恒主题的双轮驱动为牵引，走向学科间的交叉融合，实现从教育教学服务满足石油天然气工业发展到教育教学服务满足与支撑引领石油天然气工业发展并重[7]。因此，考虑到OBE理念与新工科教育的充分结合和引领是学科发展与专业建设的共同需求和必然途径，本文从OBE 教育教学理念和新工科建设基本要求出发，结合石油工程、油气储运工程、海洋油气工程专业人才培养目标，着眼专业实践教学模式和运行评价机制，探索进行能力导向的实践教学体系改革、以学生为中心的创新实践平台建设，以及持续改进的师资队伍建设和实践教学运行与管理，构建特色鲜明、全方位立体化的实践教学模式，为石油与天然气工程类专业建设的整体升级思路设计与升级路径探寻提供有益支撑，并助力一流专业“双万计划”的申报建设与实施，同时，为推动相关传统工科专业改造升级及专业间的交叉融合提供一定的理论依据和实践借鉴。

二、石油与天然气工程类专业概况及实践教学模式创新构筑思路

东北石油大学石油与天然气工程国家重点一级学科作为黑龙江省双一流学科、ESI TOP 1%学科，设有油气井工程二级学科、油气田开发工程二级学科、油气储运工程二级学科和海洋油气工程二级学科，已发展形成油气井工程理论与技术、油气田开发工程理论与技术、油气储运工程理论与技术及海洋油气工程理论与技术等学科特色[8]。石油与天然气工程类专业涉及陆上及海上油气资源的钻探、开发、分离、计量及储存与输运，涵盖油气井工程、油气田开发工程、海洋油气工程及油气储运工程等专业方向，属于运用多学科理论、方法、技术与装备开发、利用油气资源的工程技术领域[9]。本学科长期坚持创新原则，注重产学研相结合，紧密服从和服务于我国能源发展战略和黑龙江省能源发展规划，优先瞄准对黑龙江省振兴东北老工业基地、建设哈大齐工业走廊和大庆建设百年油田影响重大的提高油气采收率的关键理论和技术，以及专业人才需求，始终以实现油田稳产高产和降低生产成本为建设规划目标与高素质人才培养宗旨。

为了构筑适应于新工科建设要求和OBE 教育教学理念的实践教学模式，助推创新型人才培养，融合多环境，面向石油与天然气工程类专业的油气井工程、油气田开发工程、油气储运工程及海洋油气工程分方向配置实验、实训资源，并形成一套以学生为中心的资源利用与共享实施操作方案，优化以提升能力为主要导向的人才培养模式，从而支持石油工程、油气储运工程及海洋油气工程专业本科毕业要求的达成。在注重学生个性发展方面，秉承“强化实践、提升能力，因材施教、多元发展”的理念，从面向多元化人才培养的专业知识体系凝练、专业实践教学体系改革及学生日常管理模式创新出发，构建兼具模块化培养和可持续改进的个性化培养模式，促进适应石油天然气工程技术与产业发展的多元化人才输出;在产教融合的深化实践方面，助推校企多方协同育人模式的构建及有序运行，挖掘利用已建成的共建实习实训平台、共建实践教育中心等在内的校企合作基础条件，积极寻求深度实施产教融合的新举措、新途径，特别是关注工程教育认证对毕业生非技术能力培养方面的要求，改进以实验、实践类项目与课程为主体的专业课程体系，探索形成对非技术能力的达成度能够给予有效评价的方法，促进校企多方协同育人模式的高质量运行，切实实现教育教学过程中对学生非技术能力的足够重视和渐进式培养。同时，在持续改进过程中有序开展基础类实践教学体系模块、学科专业类实践教学体系模块、实习实训类实践教学体系模块及创新创业类实践教学体系模块的教学运行和管理，构筑形成面向将来石油天然气产业链专业技术人才需求的专业实践教学模式，支撑专业的改造升级与创新发展。采取改革、建设与教学实践和跟踪评价并进的方法，按照如图1所示的思路创新构筑特色鲜明的实践教学模式。

另外，考虑课程思政有效融入专业实践教学的载体作用，不断挖掘、提炼德育元素，贡献于人才培养全过程与思政教育大格局的构建。例如，在围绕发扬传承石油戰线的大庆精神、铁人精神进行育人的同时，着力推进课程思政教育教学改革，提炼专业实验、实践教学环节中所蕴含的相关德育元素，助力专业实验、实践课程与其他思政课程同向同行，产生能够发挥人才培养环节中价值认同与价值引领作用的整体联动效应。

三、以能力为导向的实践教学体系改革

在我校石油与天然气工程类专业中，覆盖油气井工程和油气田开发工程方向的石油工程专业，以及油气储运工程专业已通过中国工程教育专业认证，两个专业的人才培养目标均定位为在毕业5年左右后，毕业生能够独立或团队合作解决本领域复杂的工程问题，且能够在本领域的生产、设计、科研和管理过程中自觉重视健康、安全、环境、社会、文化、法律等因素。为此，应结合现实需求下的新工科建设内涵和OBE教育理念，着眼以能力为导向的人才培养模式的创新与达成，进一步完善已有的以时间（低年级到高年级）和空间（油藏、井筒到地面）为轴的融合递进式“三位一体”实践教学体系，按照从基础、应用到综合创新的分级能力培养，从技术知识、工程思维到品质、才能的多元化实践培养，以及从教师推动到学生自主化的实践方式，对本科层次培养全程实践教学进行模块化设置，改革构建从学科基础类实践教学模块、学科专业类实践教学模块、实习实训类实践教学模块到创新创业类实践教学模块的全方位、立体式实践教学体系，形成传统优势工科专业实践环节高质量培养的一种架构。同时，将创新实验、学科赛事以及具有特色的大学生创业活动纳入创新创业实践模块，带动学生走进科技型石油天然气类中小企业，促进指导教师的科研成果以这些科技型中小企业为载体进行转化，从而重构形成适应于石油工程、油气储运工程、海洋油气工程专业等专业改造升级的一体化实践教学体系。

四、以学生为中心的创新实践平台搭建

创新实践平台是培养学生创新实践能力的训练场和检验场，其涉及实验室平台、学科竞赛平台、实习实训平台等，在人才培养目标达成方面发挥着举足轻重的作用[10]。

（一）实验资源整合

我校通过整合石油工程与地质国家级实验教学示范中心已有的石油工程大学生创新实验平台的资源及购置引进先进教学仪器、自主开发搭建实验装置等多措并举的方式，打造能够充分体现明晰的学科专业布局和定位，同时彰显二级学科间交叉融合的油气井工程方向本科生创新实验平台、油气田开发工程方向本科生创新实验平台、油气储运工程方向本科生创新实验平台及海洋油气工程方向本科生创新实验平台。

同时，我校切中新工科教育和石油与天然气工程类专业改造升级过程中的一些契合点，不断优化教学平台的资源配置，围绕智能油田、智慧管网等设置能够再现学科间交叉融合的实验、实训项目，并针对开课学时、受益学生人数、学生培养效果及平台的安全建设等多个方面，制定必要的组织实施和管理制度，以实现实验资源配置的不断优化，使实验资源运行的组织实施及管理达到制度化。

（二）实训平台拓展

以深化“校—企”“校—校”合作为抓手，融合环境优势，根植于与大庆油田共建的石油工程实践教育中心，全方位拓展与大庆职业学院国家应急救援培训演练基地的合作，建设以HSE仿真实训为代表的、支撑石油与天然气工程类专业毕业要求达成的“校—企”“校—校”资源共享型协同育人实训平台，并以案例教学、聘请专家讲座、赴现场实训、综合考核的方式开展实践教学与评价反馈，形成了具有可操作性的资源共享实施操作方案[11-12]。

例如，石油及石油产品具有容易挥发、易燃易爆、易产生静电等特性，针对这些特性对储运环节安全生产的威胁与高标准要求，重点围绕潜在的火灾、爆炸威胁与事故的有效应对和处置，引入三维虚拟现实技术、游戏交互技术以及云服务技术，设计建设了包含石油与石油产品库工艺单元操作切换、石油与石油产品库区挥发油气浓度特征预警、石油与石油产品库各种可能性火情再现、石油与石油产品库事故应急反馈、石油与石油产品库消防装备调控及灭火救援等在内的储油库灭火救援智能化操作实验台。利用该平台，学生能够充分学习石油与石油产品库区功能智能化操控、石油与石油产品接收、石油与石油产品输转运行实时反馈及库区的生产安全管理等知识。同时，还要基于平台积极引导学生主动想像、构思一种面向未来的石油及石油产品储库智能化生产、安全监控与应急救援的模式。

再如，针对在实践教学环节如何更好地融合对未来油田采油作业模式的探索和展示，搭建了热力采油系统智能化模拟实验平台。该平台具有三大功能：首先，平台可实现热力采油蒸汽吞吐工艺中关于注汽、焖井及采油工序的控制与模拟，可进行油藏地质参数和储层流体特性对蒸汽吞吐效果的预测及信息反馈;其次，平台可完成蒸汽驱工艺中注采井网布置、驱替参数设置、前缘运移过程描述及温度场变化与工艺中蒸汽超覆、汽窜等特征的可视化描绘;另外，平台基于数据分析系统，可完成蒸汽辅助重力泄油工艺中布井方式的优选、生产井井底温度的智能控制，以及含水率、含油饱和度资料的自动统计分析与温度场、压力场演变过程描绘。对该平台数字化、智能化功能进行充分挖掘与运用，能促进学生对专业知识的巩固及梳理，激发学生形成并构建多学科知识与能力体系，引导学生对场景化、可视化智慧采油技术解决方案进行设想，深化对智能油气田建设的深入理解与认识。

除此之外，复杂组成性质采出液的高效处理和工艺控制一直是石油与天然气工程类专业毕业生从事的一个重要分支工作，考虑如何挖掘、分析并利用好油田地面系统庞杂的数据资料，尤其是动态生产数据资料，针对油田地面工程规划设计环节最为核心的油井产液特性表征和常规人工取样分析测试中降低劳动强度的现实需求，设计搭建了智能化采出液检测与处理平台。因为该平台从综合含水率指标、原油流动能力指标、多相流动性能参数指标、处理设备能耗指标可实现检测、传输与查询，且围绕“两段式”处理工艺，从游离水脱除段到乳化水分离段，具有智能化衔接“两段式”处理工艺的功能，并通过对生产数据的挖掘和归类分析，可实时优化调整运行参数，所以基于该平台，学生可以实现对不同组成性质采出液特性的分析测试，可以开展对采出液破乳脱水处理的模拟与破乳脱水效果的评价，进而在毕业要求知识和非技术性能力两方面获得必要的实践训练与培养。

五、持续改进的师资队伍建设及实践教学运行与管理

针对石油与天然气工程类专业的实践教学，贯彻“专兼结合、相对稳定、立足培养、持续改进”的基本原则，推进师资队伍建设，及制度化、规范化实践教学的运行与管理，亦是符合新工科内涵对全局工科的考量。

（一）实践教学师资队伍建设

为了加强实践教学师资队伍建设，要按照学科基础类实践教学模块、学科专业类实践教学模块、实习实训类实践教学模块及创新创业类实践教学模块的需要引进自有教师，选聘兼职教师，培养青年教师，形成引进和培养相结合、专职和兼职相结合的实践教学师资队伍建设方案，注重工程背景、学缘关联及年龄结构。同时，按照课程性质，划分流体力学专业基础类及油气钻井工程、油气藏工程、油气储运工程、海洋油气工程专业类等不同方向，按照专业特点和人才培养需求，针对油气井工程、油气田开发工程、油气储运工程和海洋油气工程等二级学科方向，分别设计组建实践教学课程组，从而构建适应石油与天然气工程类专业布局、保障各平台有序运行所需的实践教学教师团队。

（二）实践教学科学规范运行与管理

以认证专业石油工程和油气储运工程的持续改进为契机，从实验室的信息化建设，实践教学过程的组织，学生实验、实践自主参与度的提升，实践教学质量的跟踪评价及实验室、实训平台环境的安全改造升级入手，构建更为科学化、规范化的实践教学运行与管理模式。在考核评价上，一方面衡量对学生毕业要求的达成情况，以及量化实验、实践类课程目标达成度的有效方法，特别针对校企多方协同育人各类实践平台的共享共用，以企业评价的权重占优，进行校企联动，形成围绕非技术能力达成度评价的系统方法;另一方面，抓住学生的受益效果这一核心，实施绩效考核，跟踪评价教学实践平台的运行效益，构建动态的评价和奖励支持体系，并将其直接纳入对实践平台资源配置的后续投入及其实践功能的扩展规划建设中。

六、总结

新工科建设开拓了我国工程教育改革的新路径，也唱响了人才培养的主旋律。在此背景下，作为传统优势工科专业，石油与天然气工程类专业更应审时度势、主动布局、改造升级，以适应国家战略和产业未来发展对人才培养的现实需求。我校针对石油工程、油气储运工程、海洋油气工程专业特点，结合OBE教育理念和新工科建设内涵，改革构建了以能力为导向的实践教学体系，搭建了以学生为中心的创新实验、实训平台，形成了持续改进的实践教学师资队伍建设方案，有效实现了更为科学、更加规范的实践教学运行秩序与管理方式，为形成一种具有示范引领性的石油与天然气工程类专业实践教学模式提供了有益借鉴。

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