新工科背景下石油钻采机械教学改革

王小兵 李森 顾俊锋 李栋 马婷婷

[摘           要]  新工科是以产业需求为导向、技术发展改内容、学校主体推改革、学生志趣变方法，是以培养创新型、跨学科、具有综合能力的卓越人才为目标。结合新工科建设背景，分析石油工程传统工科课程石油钻采机械概论教学过程中存在的问题，提出了改进课程内容结构;课堂教学与现场实践教学相结合;跨学科领域知识运用到课堂;提高实践教学考核比例，以问题为导向，取得了较好的教学效果。

[关    键   词]  新工科;石油钻采机械;实践教学;跨学科;教学改革

[中图分类号]  G642                   [文獻标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2021）36-0220-02

新一轮的科技革命和产业革命对工科教育也提出了新的要求。为主动应对新的时代需求，并支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略，2017年2月以来教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”[1]。

新工科理念要求高校工科教育中，拓展原有对工科的界定，冲破传统工科的专业束缚，要根据新时代油田企业的新需求，广泛接纳其他学科的新知识，积极拓展现有学科的知识面，跨学科交叉，以适应油田企业日益增长的对高科技人才的需求。

在新工科背景下，石油钻采机械作为石油与天然气工程专业的专业课程应抓住机遇，积极进行教学方法和方式的改革，以满足油田企业日益增长的对创新人才的需求。

一、石油钻采机械课程现状分析

钻井和采油是石油工业中十分重要的两个工艺过程。

目前国内外油（气）田广泛使用转盘钻钻机。主要设备有井架、操作平台、柴油机、钻机和钻具等。

目前国内外石油工业中，机械采油设备主要分为有杆泵和无杆泵两大类。有杆泵是动力设备在地面，其带动抽油机的曲柄连杆旋转，曲柄连杆的旋转运动通过驴头带动抽油杆及其柱塞上下运动，进而实现抽油机的抽油工作。无杆泵是在井下将电能转化为泵的机械能，然后泵的机械能再转化为流体的动能，流出井口，不需要借助抽油杆来进行能力传递。无杆泵主要为射流泵等。

通过该课程的学习，学生应该掌握从事石油开采过程所涉及到的石油钻采机械的结构、工作原理和维保等的基本知识，能够解决现场钻采机械复杂工程问题。但是其作为石油与天然气工程类专业课，教学实施过程中存在不少困难。主要有以下几点困难：（1）学生对钻采机械没有感性认识;（2）教学过程手段单一，仅以多媒体形式进行教学，学生对设备的运行动态缺乏深刻认识;（3）现在的钻采设备自动化程度高，学生缺乏相关专业知识;（4）现场见习时间短，学生缺乏对现场设备动态认识;（5）学生缺少工程思想，不能认识到钻采机械在石油工程专业中的重要性。体现如下。

（一）钻采机械接触较少，特性抽象

在日常生活中，学生几乎没有机会接触石油钻采机械。日常生活中只能接触到如洗衣机、自行车和汽车等。对于井架、操作平台、柴油机、钻机、钻具、泥浆泵等钻井机械，以及游梁式抽油机、有杆泵、水力活塞泵、电动潜油离心泵、射流泵、振动泵、螺杆泵等采油机械，很多学生没有听说过，更不用说有感性认识。即使在油田一线现场也只能看到设备的外观，看不到设备内部结构，因此这门课十分抽象。

（二）教学手段单一

目前国内各石油院校教授石油钻采机械这门课，基础理论教学时长短，普遍采用课堂多媒体教学，学生仅仅能了解到石油钻采机械内部的平面结构，无法深入了解石油钻采机械内部立体结构，导致教学效果差。课堂上仅仅用文字和图片描述设备外观、内部结构和工作原理，跨学科群的知识点涉及很少。另外，在讲授过程中工程应用的知识点少，缺乏生产一线的实际可操作性。

（三）钻采设备自动化程度高

目前国内外石油钻采设备自动化程度日趋提高，随着AI人工智能运用到钻采机械中，石油钻采机械中“机械”仅仅是骨架，还有许多“肌肉”（相关软件）来支撑，学生需要学习数据结构、数据库、物联网以及自动控制等相关课程来丰富自己的知识结构，以适应新时代石油钻采机械课程的学习。

（四）生产一线见习时间短

由于油田企业安全环保要求高，加之很多设备均在野外运行，学生去生产一线现场近距离接触石油钻采设备的机会少之甚少。

（五）学生缺少工程思想

现在大学生的成长过程中，没有机会接触工程机械，小学、中学阶段一般也只局限于在室内实验室进行实验，没有精力关注工程机械。因而学生普遍缺乏工程思想。

（六）跨学科内容和应用内容极少

石油钻采机械普遍应用在石油工程行业，其他行业应用很少。在以往的石油钻采机械教学过程中，理论教学课时较长，在结构和工作原理等方面花费了太多的课时。具体工程应用的讲授实际偏少，更没有现场实训环节。

（七）课程评价方法单一

目前石油钻采机械课程考核评价方式是笔试。综合成绩是笔试成绩占70%，实验成绩占30%。笔试内容主要为课堂教学的知识点，实验成绩主要依赖实验报告。

二、课程教学实施改革

针对以上石油钻采机械课程教学过程中存在的诸多问题，融合新工科理念，笔者在最近三年多的教学过程中，实行新的石油钻采机械教学方式，教学效果有了较好的提高。主要方法和措施如下。