输油管道设计与管理课程教学改革与探索

王昆

［摘 要］输油管道设计与管理课程是辽宁石油化工大学油气储运工程专业的主干专业课。文章结合已有的课程资源，深入探讨了本课程的特点及其在专业课程教学体系中所处的地位和起到的关键作用。课程组教师根据教学情况对教学内容进行了调整，采取多种不同的教学方法适应不同章节的学习要求，并采用了先进的“互联网+课堂”的授课模式。实践证明，新的教学模式能够为学生提供课上和课下不间断学习的平台，使学生获得思考、解决和讨论问题的机会，从而掌握专业知识和技能。

［关键词］输油管道；教学改革；教学方式

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2022）10-0079-04

输油管道设计与管理课程是油气储运工程专业学生的专业课，它系统讲授与输油管道设计相关的基本概念、基本原理和工艺计算方法，主要内容包括：输油管道概况和勘察设计、等温输油管道的工艺计算、加热输送管道工艺计算、易凝高粘原油输送工艺、热油管道的运行管理、顺序输送和输油站[1]。本门课程可以培养学生运用专业知识识别、理解、分析和处理输油管道系统复杂工程问题的能力。

因为输油管道设计与管理课程涉及的概念和公式很多，很多学生都反映这门课程学习起来比较吃力。为了让学生学好这门课，提高他们的学习兴趣和理论联系实际的能力，辽宁石油化工大学（以下简称“我校”）油气储运工程专业持续对输油管道设计与管理课程进行了教学改革，取得了一定的成效。

一、教学内容改革

（一）整合教学内容

输油管道设计与管理教学中部分章节与其他课程内容有重复，因此授课内容必须进行合理的选择[2]。例如，第三章热油管道工艺设计中涉及热油、管道及环境的传热过程，关于传热的种类、方式、边界条件及传热量的计算方法等内容已在热工学这门课程中作为重点、难点详细学习过了。经过整合，本课程对这部分内容只进行简单的回顾与复习，把更多的学时用来重点学习加热输油管道的工艺计算。

（二）结合学校的特点，增加特色教学内容

我校位于辽宁省抚顺市，该市是东北老工业基地之一，也是全国比较著名的石化工业生产基地，具有多家大、中、小型石油化工厂。为此，我校油气储运工程专业的特色为：立足辽宁，面向全国，以服务石油、石化行业为主，培养能够为地方经济发展、东北老工业基地振兴及国家经济建设服务的应用型高级专门人才。根据专业特点和地方特色，专业教师丰富了成品油管道的相关内容。例如，随着石油工业技术的发展，炼油厂与化工厂生产的轻烃种类及产量越来越多，轻烃管道的设计及建设规模也日益扩大。为此，在学习汽、柴油等成品油管道输送的相关内容之后，教师在教学过程中着重讲述了轻烃成品油管道的相关内容。增加特色内容的讲授，可以使学生在毕业后有机会为地方经济的发展添砖加瓦。

（三）紧跟技术发展，更新课程内容

长输管道工业发展非常迅速，而教材时效性差，学生较难从书中学习到与输油管道相关的先进技术和最新的设计规范。因此，教师要根据行业发展及时调整教学大纲，使教学内容紧跟时代发展。在教学过程中，学生既要掌握传统的工艺设计和运行管理方法，也要学习输油管道工业中研究的热点问题、新技术和新方法等学科前沿的内容，例如智能输油管道、输油管道检测技术和海洋输油管道的设计等。这样才能保证学生掌握的专业知识始终能跟上输油管道技术的发展，学生既获得了学科前沿的相关知识，拓宽了知识面，也为就业后从事输油管道的设计和管理工作打下了坚实的基础。

二、教学方式改革

（一）引入案例教学

案例教学是由教师根据相关的教学内容，确定某一教学目标，选择实际生产和生活中出现的经典案例进行授课。在课下，学生要进行案例的独立分析；在课上，学生之间要对案例进行交流和探讨。这种方法可以提高学生分析和解决实际问题的综合能力，因此受到师生的广泛欢迎，在当今世界的教育和培训领域中得到了重视和应用[3]。

过去，学生主要通过教师在课上的讲授来获取知识，靠死记硬背通过期末考试。这种情况下学生掌握的知识并不扎实，而且学习的内容在实践中也不确定是否适用，学生在学习过程中并不能真正体会专业知识的实际应用。这种现象会削弱学生学习的积极性，造成学生的厌学心理。而在案例教学中，学生需要根据案例的情况查阅相关的理论知识，然后主动去学习这些知识，改变了传统教学中的被动学习状态。这样习得的知识学生掌握得自然牢固。学生再通过认真的思考，提出案例的解决方案，完成学习任务。整个案例教学过程充满趣味性，提高了学生学习的积极性与解决问题的能力，增强了学生勇于进取的动力。此外，学生需要根据案例发表自己的观点，这也提高了学生与人沟通的能力。

在案例教学过程中，学生将遇到的问题及时与教师进行交流，能为教师日后的教学工作积累经验，同时也会督促教师对所教授的课程不断思考、研究和学习，以满足学生的需求。目前，许多高校都在实施案例教学法，但是主要应用于法学、医学、商学等学科，在理工科课程教学中应用较少。

输油管道的设计和运行有着近百年的历史，因此本门课程具有非常丰富的实际应用案例。

例如，在第四章易凝高粘原油输送工艺中，对于易凝高粘原油输送管道，多采用加热输送的方法，虽然可以实现这类油品的正常输送，但是热油管道在投产和运行过程中存在较多缺点，如燃料消耗量大、易造成环境污染和热污染、占用的设备及人力较多、事故停输后会有凝管的危险等[4]。針对易凝高粘原油加热输送方式的缺点，近年来我国各油田一直在探索和研究易凝、高粘原油的不加热输送工艺及降低输送温度等方面的相关课题，均已取得显著进展。关键问题是如何才能引起学生对原油的常温输送的高度重视。若采取传统的教学方法，教师会因为易凝高粘原油具有非牛顿流体特性，首先讲授这类原油的流变性和相关的水力计算，最后介绍易凝高粘原油经常采用的改性输送工艺，这样并不能让学生充分意识到原油常温输送的重要性，对所遇到的实际输送问题也不能进行正确的分析和处理。如果在课堂上可以选取一些具体的案例进行分析学习，学习效果会有很大改善。例如，在教学中可选取从苏丹的黑格林格到苏丹港的原油常温输送管道作为典型案例。这条管道是世界上最长的加降凝剂的常温原油输送管道，采用的是我国的降凝剂技术，取得了极为显著的经济效益。案例教学促使学生利用课下时间分析案例，在课上教师也会使用大量的图片、数据和方案进行对比分析，将常温输送管道的优势真实地展现在学生面前。这样，学生就会自然而然地认识到原油常温输送的重要性。除此之外，为了引导学生利用已学知识分析和解决问题，培养学生综合知识运用的能力，教师在讲授理论知识前，可以为学生预先模拟一个工程情景或提供一个工程实例。例如在教学输油管道的经济管径时，可以先为学生提供这样的案例：在已知管道的设计参数时，要通过经济流速预选管径，如何利用费用现值法确定最优管径？其经济效益怎样？

通过案例学习，学生对知识的理解进一步加深，同时增强了理论联系实际的能力。

（二）利用数值模拟软件辅助教学

随着计算机软硬件技术的迅速发展，数值模拟软件在输油管道设计与管理中的应用越来越广泛。其中比较著名的模拟软件是ANSYS模拟软件，这款软件具有强大的前、后处理功能以及无可比拟的求解深度。例如，ANSYS软件可用来分析管道内油品流速、压力和温度等参数的分布规律，在学生学习了理论知识之后，利用数值模拟软件进行相应内容的模拟，可以让学生有一个更形象的认知。

在输油管道设计与管理的授课过程中，针对实际管线，利用ANSYS软件，可以为学生创造一个发挥想象的空间。例如，让学生利用已经学过的理论知识，自己设计油品管道输送过程中可能会遇到的问题[5]，并进行计算及工况分析。这样的学习过程不仅让学生对所学知识掌握得更牢固，而且增加了学生的学习兴趣。

再例如，我国油田盛产高凝点的含蜡原油，这类油品大多采用加热输送的方式。在输送过程中，管道可能会由于事故原因或计划原因发生停输等事故，一旦发生事故，会导致管内油品的温度分布和速度分布以及管外的环境温度场都随之发生变化，为管道的维修和再启动带来一定的困难。对于这类问题，教师在教学中可以利用数值模拟的方法来分析油品、管道以及环境的温度分布，帮助学生建立更形象的工程认识，培养学生运用专业知识分析和解决管道系统复杂工程问题的能力。

此外，ANSYS软件也广泛运用于管道输送问题的前沿研究中，例如水合物浆体输送、管道泄漏扩散等。在课程前沿的教学中引入数值模拟，可拓展学生的思维，让学生把握行业发展动向。因此，数值模拟软件在输油管道设计与管理课程中的应用具有非常重要的意义和作用。

（三）引入专题研讨式教学

研讨式教学即针对某一研究方向让学生在上课前自己查阅并学习一些相关理论，整理自学过程中所遇到的问题，在课上学生将自己遇到的问题与教师和同学进行探讨。

教师可根据输油管道设计与管理课程每一章节的特点，选择部分内容进行研讨式教学。例如针对第二章的等温输油管道的工艺计算，可选择“等温输送管道设计方案的优化”这个题目进行研讨式教学。根据题目，教学可按照下面五个步骤进行：第一步，做前期准备。教师利用课上的部分学时先讲授等温输送管道的特点和工艺计算的方法等基本知识，并指导学生查阅所需资料，告知查阅资料的要求、方法和渠道。第二步，以抚顺至营口的成品油管道为例，建立等温输送管道设计方案的优化模型。第三步，将每班学生分成若干个学习小组，每组分别研究并建立以能耗费用、管线允许最大出站压力、允许最低进站压力等为目标函数的最优化数学模型。第四步，学生通过课下的自学和讨论，进行学习总结，每人完成一份学习报告。第五步，在课堂上，学生和教师进行沟通交流，每组选择一位学生代表进行汇报，其余几组学生进行打分，然后由教师点评和总结。下课后，每位学生要根据教师及同学提出的意见和建议，结合自身的体会对学习报告进行修改和完善并上交，教师将报告分数计入平时成绩。

将研讨式教学应用于输油管道设计与管理课程，可以将学生塑造为理论与实践相结合的创新性应用型人才。

三、采用“互联网+课堂”的授课模式

（一）采用混合式授课模式

随着新技术、新设备的不断推陈出新，学习的方式方法、教育的内涵外延都发生了很大变化[6]，“互联网+教育”具有其他授课模式不可比拟的优越性。高校利用互联网的优势，可以共享课程资源、实现教育的公平性。

输油管道设计与管理课程利用“互联网+教育”的优势，将翻转课堂授课模式引入日常的教学中。翻转课堂是指学生在课前自主学习教师在教学网络平台上推送的视频和课程资料，教师不再占用课堂时间来讲授知识。在课堂上，学生可以根据教师提出的问题进行头脑风暴，教师可以利用课堂时间进行案例教学或研讨式教学，也可以对学生提出的重点、难点问题或自测题中错误率较高的题目进行讲解，还可以进行相关内容的测试。

虽然翻转课堂在教学中有很大优势，但是对于输油管道设计与管理课程来说，如果全部学时都采用翻转课堂的方式授课，相对来说比较复杂，也不容易实现。因此，本门课程采用的是混合式授课模式，既有教师的课上讲授，又在部分章节采用翻转课堂的授课方式。例如，在第四章含蜡原油降凝剂改性输送工艺的教学中，可将这部分内容以视频的形式推送到课程的网络教学平台上，并给学生布置相关内容的自测题，提示学生在课前要进行关于降凝剂作用、种类及其效果的自主学习。在课堂上，对于降凝剂的应用效果做简单分析，围绕降凝剂的作用展开讨论，师生面对面地交流，教师针对自测题中学生错误率较高的问题进行讲解。混合式授课模式既可以培养学生独立思考、独立学习等方面的能力，也可以使教学效果得到很大改善。

（二）利用“雨课堂”或“云班课”实现课堂的师生互动

“雨课堂”或“云班课”都是目前应用比较广泛的网络授课软件。“雨课堂”以PPT为载体，以微信为交流的平台，无论是教师还是学生应用起来都比较简单。应用“雨课堂”授课，不仅可以加强师生之间的互动，而且可以充分调动学生的学习积极性，培养学生的进取心，使学生能做到课上认真学习，课下主动预习和复习。“雨课堂”有多种师生之间的互动形式，还有多种题型的在线测试，能让所有学生都参与到教学中，并动思考和讨论，实现在娱乐中学习、在学习中娱乐的目的。

例如在学习第五章热油管道的运行特性时，教师在课前把热油管道不稳定工作区的概念、特点及出现的条件以PPT及视频的形式推送给学生，课上教师先通过“云班课”与“雨课堂”的习题功能，复习不稳定工作区的概念，并把不稳定工作区出现于维持TR不变的运行方式中的原因及其特點和出现条件分析给学生，通过弹幕了解学生对知识的掌握情况，再通过做选择题的形式加深学生对不稳定工作区相关内容的理解，最后给学生布置一道关于不稳定工作区的主观题，以进一步加深学生的印象。

此外，“雨课堂”具有签到的功能，通过手机微信扫码就可以进入课堂学习。这项功能既可起到对学生的督促作用，又可以为教师节省点名的时间。同时，为了防止学生迟到或缺席，“雨课堂”还提供了一个随机点名的功能。这两个功能可以保证学生上课的出勤率，提高了学生在课上的学习效率。

四、教学效果

通过近年来的反复研究和论证，我们对输油管道设计与管理课程进行了教学改革，特别是在新冠肺炎疫情期间，大力推进了本门课程的思政教育改革。通过课程的学习，培养了学生严格认真的科学态度和良好的工作习惯，充分发挥了石油精神、环境保护、立德树人的引领作用。在教学过程中，课程组通过整合课程资源、优化课程内容、采用先进的授课手段，摸索出了一套适合输油管道设计与管理课程的教学模方式，提高了学生的学习效果。本次课程教学改革之后，很多学生都积极主动地参与到教师的科研项目中，根据指导教师的反馈，学生对课题的理解能力和实际操作能力明显增强。

五、小结

在实施教学改革之后，输油管道设计与管理课程取得了较好的教学效果。油气储运专业的毕业生基本满足了储运行业发展的需要，同时满足了油气储运工程应用型人才培养的要求，受到了用人单位的欢迎[7]。

当然，本课程在教学过程中也存在一些问题。因为采用多种教学方法和新型的教学模式，无形中增加了教师的工作量，教师需要付出比平时同课时量多几倍的努力和劳动，所以如何补贴教师和获得教师认同是一个比较重要的问题，也是日后继续研究并亟待解决的主要问题[8]。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 姚培芬，肖荣鸽，蒋华义.《输油管道设计与管理》精品课程建设[J].学理论，2013（9）：244-245.

[2] 王海秀，周锡堂，梁飞华.管输工艺课程教学改革研究[J].化工高等教育，2014（5）：35-37.

[3] 陶建格.案例教学在《管理学》教学中的应用研究[J].中国校外教育，2009（S3）：591.

[4] 李琳，穆向阳，江秀汉.长输管道自动化技术[M].北京：石油工业出版社，2005：52-53.

[5] 田园，杨皓珑，赵学芬，等.油气管道输送与管理课程案例教学方法初探[J].广东化工，2018（18）：216-218.

[6] 杨艳芬.“互联网+”背景下的开放教育英语混合式教学模式探究[J].新东方英语（中英文版），2018（2）：67-68.

[7] 竺柏康，徐玉朋，张仁坤，等.油气储运工程专业应用型人才培养模式的研究与实践[J].石油库与加油站，2007（5）：8-11，14-15.

[8] 吴娜，窦磊，杨德琴.医学研究生专业外语教学模式的改革与探索[J].重慶医学，2017（32）：4592-4594.

［责任编辑：钟 岚］