非石油工程专业“油层物理”课程教学改革研究

刘广峰　史红光　杨胜来　宁正福　于海洋

［摘 要］ 随着油气田开发领域学科交叉、技术融合的快速推进，应用化学、资源勘查工程等非石油工程专业学生对油层物理知识的需求显著增加，对原有面向具有先修课程基础学生的课程教学体系提出了挑战。在调研和分析课程教学改革需求的基础上，提出了一系列改革措施。在知识体系方面，凝练了传统的三大知识模块，增加了知识衔接模块，编写了配套辅导材料；在教学实验方面，精选线下操作实验，建立了线上仿真实验平台，为非石油工程专业学生提供了充分的实验资源；在教学方法方面，增加了答疑时间，加强了过程考核，增加了学术研讨。实践表明，课程改革提高了学生对“油层物理”课程的掌握程度，改善了课程教学效果。改革的探索与实践可为面向不同专业学生的专业基础课程教学提供参考。

［关键词］ 油层物理；改革；需求；措施；实践

［基金项目］ 2021年度教育部产学合作协同育人项目“油气藏实验与检测创新实践基地”（202102249024）；2021年度中国石油大学（北京）本科教育教学改革项目“非石油工程专业‘油层物理课程教学改革”；2022年度中国石油大学（北京）本科教育教学改革项目“油层物理虚拟仿真实验平台建设”；2021年度中国石油大学（北京）“研究生教育质量与创新工程”重点项目“‘油气藏开发模拟实验研究生核心课程教材建设”

［作者简介］ 刘广峰（1979—），男，山东泰安人，博士，中国石油大学（北京）石油工程学院副教授，博士生导师，主要从事油气田开发工程领域理论及教学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A［文章编号］ 1674-9324（2023）22-0054-04［收稿日期］ 2022-10-24

引言

“油层物理”是油气勘探开发相关专业的重要基础课程。随着油气田开发领域学科交叉、技术融合的快速推进，非石油工程专业学习“油层物理”课程的人数大幅增加。以中国石油大学（北京）为例，除石油工程专业中国本科生外，其他三个专业（应用化学、资源勘查工程、海洋油气工程）的本科生、转专业考入石工学院和非常规学院石油与天然气工程学科的研究生、石油工程专业留学生，均需以必修、选修等形式修读本课程，人数已达石油工程专业中国本科生的2倍以上。上述学生在油气地质、流体性质等方面的基础存在显著差异，对原有课程教学体系提出了挑战。因此，开展面向多专业的“油层物理”课程教学改革具有重要意义。

中国石油大学（北京）“油层物理”课程教学团队通过调研非石油工程专业学生对课程教学改革的需求，针对知识体系、实验设置、教学方法等三方面提出了一系列的课程改革措施，通过形成深度和广度较为均衡且满足多专业教学的课程体系，以达到改善非石油工程专业学生“油层物理”课程学习效果的目的。

一、课程教学改革需求分析

（一）有效的知识体系链接

“油层物理”是建立在多种基础学科之上的交叉性学科，具有知识覆盖面广、内容多且较为抽象的特点。学习这门课程需要具备油气地质、流体性质等方面的基础知识。不同专业学生的基础差异较大。例如，应用化学专业学生具有良好的流体性质、界面化学方面的基础，但油气地质等方面的基础相对薄弱；资源勘查工程专业学生具有良好的油气地质方面的基础，但流体性质等方面的基础相对薄弱；大量轉入石油与天然气工程专业的没有相关知识背景的研究生也缺乏有效的知识链接。

根据学生的专业背景、能力水平等设计更加全面的课程知识体系是落实“面向人人”理念的课程教学的关键［1］。面对基础差异显著的不同专业学生，在同一大纲、同一教材、相同学时的要求下，弥补先修知识的不足、建立有效知识链接是确保课程学习效果的必要条件。可以通过增加面向不同专业的知识衔接模块、编写针对不同专业的配套辅导学习材料，实现“油层物理”课程知识体系与学生专业背景知识体系的有效链接。

（二）充分的实验资源保障

实验教学是构成高等学校课程教学的重要组成部分［2］。“油层物理”是一门建立在实验基础上的课程，实验教学在课程体系中扮演着十分重要的角色，是学生理解和掌握课程知识的重要环节。随着越来越多的非石油工程专业学生学习“油层物理”课程，实验教学也面临着资源不足的问题。首先，学习人数大幅增加，实验设备数量有限，操作程度和实验时间受限。其次，随着对非常规储层的深入研究，实验仪器、技术和方法不断发展，客观条件不允许操作性实验同步于上述发展。最后，一些重要实验存在危险性高、耗时长、不环保等情况，不允许学生在课程学习中进行实际操作。

上述问题导致学生无法通过实验课程接触和掌握全面系统的实验知识，进而影响了对课程的理解与学习效果。可以通过建立线上实验仿真平台、精选优化线下实际操作实验、提供充分的实验资源保障等方式，保证学生能通过实验的线上线下操作真正理解和掌握相关知识，达到实验教学的目的。

二、课程教学改革措施与效果

（一）改革总体设计

根据非石油工程专业学生提出的建立有效的知识体系链接、提供充分的实验资源保障、提高学生理解与掌握程度等现实需求，从知识体系、实验设置、教学方法等方面进行系统化改革。在知识体系方面，凝练了传统的三大知识模块，增加了知识衔接模块，编写了针对不同专业背景学生的配套辅导材料；在教学实验方面，精选线下实操实验，建立了线上仿真实验平台，丰富了实验内容；在教学方法方面，增加了答疑时间，加强了过程考核，增加了学术研讨。面向非石油工程专业的“油层物理”课程教学改革总体设计如图1所示。

（二）知识体系优化

课程教学内容改革是新工科教育改革的核心［3］。面向基础差异显著的非石油工程专业学生，依托《油层物理学》（杨胜来、魏俊之著）所囊括的储层流体、储层岩石、多相渗流三大知识模块，增加了面向不同专业的知识衔接模块，编写了针对性的配套辅导学习材料，加强了“油层物理”课程与本专业知识体系的有效衔接，使得学生更能理解和掌握“油层物理”课程知识。

《油层物理学》教材全面系统地阐述了储层流体、储层岩石、多相渗流三大知识模块，为非石油工程专业学生提供了油层物理学习的核心内容。为了确保非石油工程专业学生的学习效果，增加了油气的生成与成藏、储层岩石学、流体性质与热力学平衡、物理化学、提高采收率五个知识衔接模块，并编写了相关的辅导材料供选择学习。例如，资源勘查工程专业学生可选学流体性质与热力学平衡、油气界面性质等材料，应用化学等专业学生可选学地质基础等材料。上述模块和辅导材料可促进非石油工程专业学生油层物理核心知识体系的学习，实现油层物理知识与后续学习、研究、实践应用的有效衔接。

（三）教学实验优化

培养学生的实践能力与创新能力是课程教学改革的重要目标［4］。“油层物理”是建立在实验基础上的课程，为了给非石油工程专业学生提供充分的实验资源保障，在原有实验教学的基础上，精选了线下实际操作实验，针对因操作危险性高、耗时长、不环保等而缺乏可操作性实验的问题，建立了线上仿真实验平台。

1.精选线下实操类实验。本次教学改革，在优化非石油工程专业教学知识体系的同时，把握课程知识要點，以教学大纲修订为契机，优化了课程实操类实验。设计了涉及储层岩石物性（孔隙度与渗透率）、储层流体高压物性、储层水驱油特征与效果、储层流体间界面化学等多个重要知识模块的实验。同时，分别设置了验证性、演示性、综合性、设计性等多种实验类型，以加深学生对理论知识的理解和认识，提高学生的动手能力和分析解决实际问题的能力。

2.建立线上实验仿真平台。虚拟仿真实验教学模式有利于培养学生的工程实践能力与创新能力，降低了实验教学对时空的依赖［5］。AI技术的快速发展为建立油层物理仿真实验平台奠定了技术基础。建立仿真实验平台，不仅能解决实验设备数量紧张等问题，还能使学生深入学习耗时长、危险性高的实验。目前，已开展了高压压汞、渗透率敏感性、两相相对渗透率、高温高压接触角等仿真实验的建设。

3.丰富实验教学条件保障。挖掘校内开放实验室资源，充分利用中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室、气体能源开发与利用教育部工程研究中心实验室等的实验资源，为学生提供实验观摩与实操的机会。

产学合作是提高人才质量、提升学生创新能力的重要举措［6］。充分利用社会实验资源，依托教育部产学合作协同育人项目“油气藏实验与检测创新实践基地”建设实验实践基地，为学生开展实验相关的社会实践与创新创业项目提供平台。教学团队编写了面向多专业的“油气藏开发模拟实验”讲义，全面、系统地整合线上、线下实验所需的指导资料，为学生开展实验提供翔实的参考资料。

（四）教学方法优化

在教学内容和实验教学改革的基础上，为确保课堂教学和实验教学的效果，对原有教学方法进行改革，使之适应新的教学体系是十分必要的［7］。在本次教学方法改革中，主要围绕增加答疑时间、加强过程考核、增加学术研讨三个方面进行。

1.增加答疑时间。与石油工程专业学生相比，非石油工程专业学生在学习“油层物理”课程时面临更多困难，对课堂内容有更多疑问。本次教学改革将在每周固定时间安排教师答疑，增加答疑时间，拓展微信群、雨课堂等线上答疑渠道，充实课程助教等答疑力量，充分解答学生对课程知识的疑问。

2.加强过程考核。本次教学改革将加大课堂表现、平时作业和阶段测试的考核占比。通过强化课堂交流、量化课堂表现成绩，提升课堂教学实效。通过增加平时作业的次数和考核占比，加强学生对知识的理解。增加储层流体、储层岩石、多相渗流三大知识模块的阶段测试，使学生更加注重平时复习。

3.增加学术研讨。在本次教学改革中，将增加学术研讨课，学生以小组为单位，调研油层物理最新研究成果和实验技术，并在课堂上汇报展示，设置现场互动提问，提高研讨课的质量，使学生在研讨课中学习油层物理的最新研究成果和实验技术。

（五）初步实践效果

通过“油层物理”课程教学改革，在保持历年考试难度较为一致、历年考试试题重复率不高于10%的前提下，非石油工程专业学生的平均成绩由改革前的约75分提高至80分左右，达成度逐年提高。总体上，课程教学改革显著提高了非石油工程专业学生对课程知识的掌握程度，有效改善了教学效果。

结语

通过调研和分析课程教学改革需求，针对知识体系、实验设置、教学方法等三方面提出了一系列的课程改革措施。在知识体系方面，凝练了传统的三大知识模块，增加了知识衔接模块，编写了针对不同专业背景学生的配套辅导材料；在教学实验方面，精选线下操作实验，建立了线上仿真实验平台，丰富了实验条件保障，为非石油工程专业学生提供了充分的实验资源；在教学方法方面，通过增加答疑时间、加强过程考核、增加学术研讨，保证课程教学效果。本次教学改革提高了非石油工程专业学生对课程知识的掌握程度，有效改善了教学效果，为面向不同专业背景学生的专业基础课程教学提供了参考。

参考文献

［1］杨现民，米桥伟，张瑶，等.数据智能时代因材施教的新发展：主要特征、现实挑战与未来趋势［J］.现代教育技术，2022，32（5）：5-13.

［2］于晓娟，李春杰，刘萍，等.环境工程实验课程教学模式改革探索［J］.高等工程教育研究，2021（S1）：18-20.

［3］廖勇，周世杰，汤羽，等.面向新工科的软件工程专业核心课程体系建设［J］.高等工程教育研究，2022（4）：10-18.

［4］夏晋.基于创新能力培养的教学课程改革：以设计专业实验教学为例［J］.中国高校科技，2017（9）：58-60.

［5］刘振峰，郭为忠.虚拟仿真实验教学课程资源设计及教学过程的改革与探索：以上海交通大学“设计与制造Ⅱ”课程为例［J］.教育理论与实践，2022，42（9）：51-54.

［6］王路炯.加拿大產学合作教育的实践及其启示［J］.大学教育科学，2021（2）：109-117.

［7］刘广峰，李相方，顾岱鸿，等.气藏工程教学内容与教学方法改革［J］.教育教学论坛，2016（23）：108-109.

Teaching Reform of Petrophysics for Non-petroleum Engineering Majors

LIU Guang-fenga， b， SHI Hong-guangb， YANG Sheng-laia， b， NING Zheng-fua， b， YU Hai-yanga， b

（a. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting， b. College of Petroleum Engineering， China University of Petroleum-Beijing， Beijing 102249， China）

Abstract： With the rapid progress of interdisciplinary and technical integration in the field of oil and gas field development， non-petroleum engineering majors， such as applied chemistry and resource exploration engineering， have a significant increase in the demand for Petrophysics. The original course teaching system for students with the foundation of advanced courses has been challenged. On the basis of investigation and analysis of the demands of curriculum teaching reform， a series of reform measures have been formed. In terms of knowledge system， knowledge connection modules have been added， and supporting guidance materials have been compiled. In terms of experimental teaching， the offline operation experiments are selected， and the online simulation experimental platform is established. In terms of teaching methods， the time for answering questions has been increased， the process examination has been strengthened， and academic discussion has been increased. The practice shows that it can improve students mastery of Petrophysics， and improve the course teaching effect. The exploration and practice of the reform can provide reference for the professional basic course teaching of students with different professional backgrounds.

Key words： Petrophysics; reform; demands; measures; practice