互联网背景下油气层渗流力学课程教学改革创新

2022-08-29董明达

科教导刊·电子版 2022年18期

董明达

（重庆科技学院，重庆 401331）

油气层渗流力学是石油工程的核心专业基础课程，在石油与天然气领域课程体系中占据了重要的地位[1]。本门课程是以流体力学为基础，综合了固体力学、物理化学、油层物理以及多孔介质理论的一门交叉领域学科。在学生学习过程中，普遍存在知识点领会不清、理论应用效果较差、课堂教学氛围沉闷等现象[2-4]。油气层渗流力学是油藏工程、油藏数值模拟和试井分析等课程的前序课程，如果不能对油气层渗流理论有一个清晰的掌握，会让学生在深入学习其他专业课程时感到困惑和为难。如何让学生深入领会相关知识点、明确掌握渗流力学知识在油气藏开发过程中的应用、提升学生学习积极性并活跃课堂氛围，是每位油气层渗流力学授课教师共同面临的难题[5-6]。为了解决这一难题，本文以新时代互联网教学手段为背景，考虑油气层渗流力学教学过程中所面临的困难，针对我校的教学方法提出了相应的改革与创新。

1 油气层渗流力学课程教学存在的问题

1.1 涉及领域广，学生理解困难

首先，油气层渗流力学是一门涉及领域较广的交叉学科，其中包含了流体力学、固体力学、材料力学和高等数学等基础课程的一些理论，也包含了油层物理、地质学基础、石油工程概论中的一些基本概念。如果学生在这些课程的学习过程中没有打下良好的基础，那么在学习油气层渗流力学这门课程时就会感到十分吃力。其次，由于地下渗流过程难以直观地展示给学生，就会导致学生在学习过程中接触的都是一些抽象的概念，难以在头脑中构建一个清晰的过程。更重要的是，在学习油气层渗流规律的过程中，学生会被要求掌握大量的数学模型建立推导及公式计算过程，在理解不充分的情况下学生会生出畏难情绪，加重了本门课程的教学难度。再次，油气层渗流力学是一门应用型学科，大量的基础知识和基本公式都是建立在矿场实践经验和室内实验结果之上，学生对于这些经验得出的理论和公式捉摸不透，导致学习效果难以达到预期。由于学生的基础知识范围和授课学时的限制，授课教师无法将这些经验公式背后的逻辑讲述清楚，使得学生难以吃透掌握相关知识点。

1.2 实用性较弱，学生积极性差

油气层渗流力学中所教授的知识大部分建立在一些极端的假设条件下。比如单相流体径向稳定渗流过程中，假设地层均质、等厚，岩石和流体不可压缩，地层中各点的运动要素不随时间变化，这些假设在实际油藏中不可能出现。学生学习这些知识的过程中无法与实际相联系，教学过程缺乏相关的矿场实践数据作为理论知识的支撑，学生会对所学习的知识点的实用性产生怀疑，严重打击了学习积极性。总之，油气层渗流力学在石油工程专业课体系中属于学生理解掌握较为困难的一门学科，学生在课堂上所学到的知识如何应用在矿场实践中仍然是困扰广大授课教师的难题之一。

1.3 知识体系陈旧，学生学习兴趣不高

油气层渗流力学中大部分知识点都是20世纪40～70年代的知识，比如本门课程中最基础Darcy定律，随着渗流力学理论的进步，Darcy定律的应用已经从一维发展至四维，求解过程也从解析解发展为数值解。同时，随着石油资源的不断开采，常规油气藏的产量在世界油气资源的产量占比已不足40%，而Darcy定律并不适用于目前非常规油气藏的开发过程。尤其目前较为前沿的页岩油和致密油开发过程中，存在着明显的低速非达西渗流现象，渗流过程也从单一孔隙中的渗流为主转变为裂缝—孔隙双重介质渗流为主。目前书本中绝大多数理论假设均针对单一孔隙中的渗流过程，这与现今石油领域的发展现状严重脱轨，导致学生学习兴趣不高。

图1 手机互动学习平台主要功能

2 互联网背景下“油气层渗流力学”课程教学改革探讨

2.1 转变课堂教学模式

目前本校的油气层渗流力学课程的主要授课方式是以课堂PPT讲授为主，学生课下作业及自主学习为辅。从目前的教学情况来看，课上学生抬头率较低，课后作业重复率较高，学生自主学习情况较差。在互联网背景下，教师和学生要充分利用互联网带来的便利，缩短师生间的距离，延长有效课堂时间，充分协调课上与课后学习的关系，深入改革传统教学方式，具体做法如下。（1）充分利用微信、QQ等社交软件，不定期在微信群和QQ群中发布与油气层渗流力学相关的动画、视频及文章，基于所发布的内容向学生提出相应的问题，并和学生互动讨论。将社交软件作为师生间的第二课堂，既能调动学生对课程内容学习的积极性，也能让学生对所学内容有更加深入的理解，及时掌握本课程的最新发展动态，将理论知识与工程实际相联系。（2）手机是目前人们生活中最常使用的社交电子设备，教师和学生对手机的依赖程度决定了它在教学过程中不可替代的位置。在授课过程中引入慕课、UMU等手机互动学习平台，可以有效提升教学效果，让学生能够便捷的学习知识的同时，也让教师能够及时掌握学生的学习程度。目前UMU等手机互动学习平台主要包括分享知识、组织互动、参与学习、搭建学习平台、构建混合式学习项目及开展微课大赛等功能，这些功能可以极大地减小教学的时间成本，提高学生的学习效率。

2.2 转变课后作业类型

课后作业是考查学生对课堂讲授知识点掌握情况最直接有效的方法，也是加深学生对知识点理解的重要渠道。目前油气层渗流力学教学过程中，普遍存在课后作业题库建设不足，学生提交的作业重复率较高的问题。这些问题说明了教师在布置作业的过程中缺乏主观能动性，所布置的作业缺乏灵活性，甚至普遍存在直接布置教材中习题的现象。这就导致学生在完成作业的过程中很容易投机取巧，经常在网上搜索答案或者直接互相抄袭。学生的这种做法让课后作业完全失去了应有的作用，既不能让学生对知识点加深理解，也不能让教师及时掌握学生的学习情况。为了解决这一问题，教师应该充分了解油气层渗流力学的教学大纲，对知识点进行梳理，在布置作业的过程中引入随机数，同时增加习题种类，让学生能够独立完成的同时又具有一定的考察作用。比如，在针对单向流体径向稳定渗流过程这一知识点所布置的作业中，可以让学生根据自己的理解用所学过的知识进行推导，并对每个学生根据学号分配随机数，让解答过程不再单一，同时又能让学生更好地掌握这一知识点。

对于油气层渗流力学这一课程，学生在学习过程中遇到的困难层出不穷，这对教师的授课水平和教学方法有较大的考验。课后作业作为油气层渗流力学教学环节的一部分，是整个教学体系中承上启下的一环，授课教师应把握课后作业的水平和难度，将知识点进行整合梳理，建立完善的课后作业习题库，充分利用互联网教学互动平台的优越性，让课后作业不再成为学生的负担。

2.3 建立非标准答案考核体系

根据国务院下发的“深化高等学校创新创业教育改革的实施意见”中所提出的高校应改革考试考核内容及方式，注重考查学生运用知识分析、解决问题的能力，探索非标准答案考试，破除高分低能积弊的要求，结合油气层渗流力学目前存在的教学问题，应建立完善的油气层渗流力学非标准答案考核体系。建立非标准答案考核体系主要分为以下几个方面。一是强化过程评价，每门课从开课到期末考试，每次课前预习、课堂讨论、课后作业、随堂测验都按一定比例计入总成绩，促使每个学生都能主动参与学习的全过程。二是改革评价标准，从过去简单评价学生能背多少、记多少知识，转变为主要评价学生的创新精神和创造能力，考察其独立思考了多少、领会了多少，能不能在团队协作中成长，从而破除“高分低能”积弊。三是实行动态及格线，根据课程难易程度、学生整体学习情况、学生评价正态分布状况，动态确定及格线。非标准答案考核体系的建立可以有效地提升学生对知识的掌握程度，同时培养学生学以致用的思想理念，让学生能够在掌握基本知识的同时培养自身的高效学习方法，对学生未来的学习生涯提供有力的帮助。

2.4 建立教学交流平台

在互联网背景下，信息的传递效率达到了前所未有的提升。在渗流力学教学过程中，全体行业教师应充分利用好这一有利条件，形成学科教师之间的教学经验交流习惯，通过教学交流平台的方式将各自的教学经验和成果进行分享。在以学生为本的前提下，教师应尽可能地摒弃门户之见，将与油气层渗流力学教学相关的信息充分的与其他高校的教师分享，形成协同促进、共同进步的良性循环。在石油工程领域全体相关教师的共同努力下，油气层渗流力学的教学水平和教学效果必然会有突飞猛进的提升。