“石油工程岩石力学”本博一体化课程改革

侯 冰，张其星，李世远

（中国石油大学〔北京〕 a.石油工程学院；b.石油工程教育部重点实验室，北京 102249）

一、课程改革背景

中国石油大学（北京）（含克拉玛依校区）立足国家重大能源战略与企业发展需求，以培养工学博士、造就高层次工程技术领军人才为总体目标，提出构建“地质—工程一体化”本硕博一体化培养模式。本硕博一体化培养模式是对原有培养机制的优化和改革，要求学生掌握全面的石油工程专业知识，培养创新能力，提升综合素养。之前固有的教育背景下，存在课程思政元素单一、缺乏创新性，教学内容重理论而缺乏实践性，课程体系单一而缺乏综合性，育人思维固化而缺乏全面性，学生知识出现断层缺乏连贯性等问题，容易引发石油行业人才供需矛盾。

“石油工程岩石力学基础”作为专业基础课，是石油工程专业课程的基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。课程服务石油与天然气工程“双一流”学科建设的需要，建设培养人才。教学团队由中国石油大学（北京）油气井工程专业教师组成，授课内容均为石油工程岩石力学的热点问题与油田现场实例，注重培养学生解决问题的能力。课程目标融入新工科建设的需求，着重培养学生解决工程问题的能力和工程实践能力，重点体现在学生对具体工程问题的方案制订、测试、预测、评估、论证及答辩的能力等。国内外相关石油院校均开设岩石力学相关本科和研究生课程，虽然开设的课程名称不同，但大多包含“力学基础”“岩土力学”“岩石物理学”或“储层地质力学”等相关课程。

中国石油大学（北京）岩石力学实验室是哥廷根力学学派在中国延续和发展的重要分支，分别经钱伟长、陈志达和陈勉等人引入和发展。在黄荣樽的影响下，实验室在中国岩石力学与工程学会成立分支机构——深层岩石力学专业委员会（2018年更名为深层岩石力学与油气工程专业委员会）。实验室立足于国家重大能源战略，着眼油气领域发展，以油气钻、采、储过程涉及的深部地层为研究对象，为常规井、复杂结构井、深海井及深井、超深井等复杂油气井安全、增产提供理论和技术支撑。

二、石油工程专业特色课程思政建设

（一）师生理论与实践并行

实验室团队成员践行“以本为本、以德立身、以德立学、以德施教”的理念，将引领作用延伸到对指导的博士、硕士研究生及各年级本科生价值塑造、知识传授和能力培养上。课程团队还将教书育人的内涵落实到课堂教学主渠道，使重心转移至常规基础课堂，注重学生的品德培养，让立德树人润物无声，促进显性教育与隐性教育相统一。

（二）以改革创新为动力，构建协同育人体系

实验室坚持以学生发展为中心，把育人作为根本导向，加强课程的思想化价值引领。课程教师结合“本科生班主任”身份，了解学生所想、所需，运用改革和创新思想政治工作的方式和方法，引导学生自觉弘扬和践行社会主义核心价值观。坚持问题导向，把解决本科生成长过程中遇到的困难作为班主任工作的出发点和着力点，这样能使本科生更加专注于课程和学业。

（三）结合专业特色，发扬石油精神和铁人精神

实验室在教书育人全过程中融入德育教育理念，并在教学建设、教学过程和质量反馈等环节中不断改进。添加的课程思政元素不仅具备高度的思想性、理论性，还具备生活性、针对性，便于提升学生的理解与实践。参加过1989年塔里木石油会战的陈勉和金衍，以口述的形式传达沐浴着改革开放东风的石油人体现出的“三种精神”。学校邀请国内外油田现场专家和工程博士开展讲座，讲述大庆、长庆、塔里木和克拉玛依等油田崛起和发展的一点一滴。举办《石油魂》系列思想政治课程讲座，组织观看《榜样》（1—5）专题节目，参观大庆铁人纪念馆，培养学生的家国情怀、科学与人文精神素养，弘扬社会主义核心价值观，发扬石油精神和铁人精神。

三、工程实践教育培养方式探索

（一）青年教师教学及工程能力培养

实验室搭建良好的工作平台，营造良好的工作氛围，吸纳和引进国外人才教师共4人，包括国家级海外高层次青年人才1人。此外，为促进学生学习国内外新理论和文化，鼓励研究生出国访问、留学和参加学术会议，实验室学生累计出国57人次。

团队积极落实“传、帮、带”教师培养模式。陈勉、金衍和张广清等资深教授指导青年教师，同时共同学习以提升教学水平与科研能力。组织团队活动，深入研究教学方法和课程内容；开展教学研讨，集体备课，研究教学内容与方法以及思政建设等。团队积极通过科研项目转化和生产实习指导等方式与油田现场紧密结合，不断丰富工程实践经验。此外，团队充分有效地利用学校优质思想政治教育资源，积极促使专业课教师与思政课教学名师、示范教师、骨干教师交流学习，鼓励集体备课，帮助团队教师提升思想觉悟。

岩石力学实验室依靠“石油与天然气工程”国家“双一流”学科，拥有“油气资源探测与钻探”国家重点实验室、“石油工程教育部重点实验室”“中国石油天然气集团公司储层改造重点实验室”“中国岩石力学与工程学会深层岩石力学专业委员会”平台。邀请国内外石油行业岩石力学领域知名专家，针对国内外非常规储层开发时与岩石力学相关的热点问题，共同交流实际工程案例，研讨解决思路、设计方案和计算方法，提高科研能力促进教学机制。

（二）建设精品教材和教学资料

近15年来，石油工程岩石力学发展突飞猛进，教学团队紧跟时代步伐，锁定非常规油气开发、地质工程一体化、人工智能大数据等，编写并出版学术专著和教材8部。其中《石油工程岩石力学基础》被指定为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，《石油工程岩石力学》《井壁稳定力学》成为国内石油相关领域的行业标准。结合国内外非常规油气勘探与开发新形势与新难题，撰写补充教材《石油工程岩石力学实验基础》（富媒体），修订《石油工程岩石力学基础》第二版和英文版，包括相应的PPT、KEYNOTE电子资源。在中国石油大学（北京）石油工程专业本科生教学中获得良好效果。针对非常规油气高效开发，编写专著《水力压裂物理模拟理论与方法》和《非常规储层穿层压裂理论与关键技术》，在传统常规储层的石油工程岩石力学地应力、井壁稳定和水力压裂等基础知识和解题思路的基础上，融入深层、超深层领域的高温高压岩石力学特点，以及非常规储层动态应力场、长水平段井壁坍塌和缝网压裂的前沿知识点。

基于OBE理念编制“石油工程岩石力学基础”课程中英文教学大纲、教案、日历、教材和习题集等教学资料和课程质量评价机制［1-2］。补充教材和围绕专著石油工程岩石力学室内实验和水力压裂物理模拟，引入大量科研案例，专业针对性更强，培养学生的工程意识、工程分析和工程创新等能力。将课程思政理念融入人才培养体系中，充分梳理课程中的思政元素，使课程具有更强的专业针对性的同时，提高课程思想政治的质量和水平。此外，还将思政教育贯穿于课程教育教学全过程。优化课程评价机制，将学生的思想健康状况、成长感受体验、课程收获运用、指导帮扶进步等纳入教育教学评估范围。

四、混合式全方位教学模式建设

（一）交叉融合学科自适应课程体系

随着非常规油气资源的开发力度不断加大以及勘探开发环境的不断复杂化，人们对岩石力学的关注度日益提高。学科细分是学科发展的趋势，但是油田所遇实际问题往往是综合性的，这就需要在不同方向学科交叉。当今油气地质勘探—油气井工程—油气田开发—油气储运等学科正打破传统学科壁垒，不断融合与发展。岩石力学作为连接上述专业学科的枢纽，团队抓住学科结合点，以培养综合创新能力为目标，依照“相互渗透，相互融合，繁荣共生”的原则，构建课程体系。依靠学校产学研优势，抓住行业的前沿性，将学科交叉、学科渗透、实践教学等措施落实到教学全过程，优化实践教学环节。针对前期本科、博士研究生教材和课程体系的设置存在年级性与阶段性过强的问题，凝练石油工程岩石力学课程主体技术难题、发展趋势，构建与石油工程岩石力学相关的现场典型实例的分析课程体系，形成石油工程岩石力学本博一体化课程体系。

（二）工程案例—实验演示—生产实习“三位一体”

课程团队将非常规储层岩石力学典型工程问题和科研成果引入教学，教学内容补充现有教材尚缺乏的内容，页岩、煤岩、碳酸盐岩、储气库、水合物等的科学研究引入教学内容，适应行业发展趋势，提升教学质量，打造科教融合。不局限于课本上的传统知识，结合在中石油、中石化和中海油课题合作中的典型工程案例和热点问题，充分融入现场前沿知识点［3］。构建新的知识体系、训练新的逻辑思维和解决问题能力。

课程团队增加演示实验课时，开展本博“共享式”水力压裂、三轴实验教学，本、硕、博共享实验室能让仪器设备能获得最大化的利用。此外，积极建设VR实验场景，拓展虚拟可视化仿真实验［4-5］。

协调校企联系，确定长庆油田采油三厂为中国学生和留学生实习教学基地；依托校企合作科研项目，深入油田一线开展应用性基础研究，形成“厂内厂外相互融合，课内课外共同发展”的实习模式。此外，鼓励石油工程专业毕业生到西部和油田基层工作，促进西部现代化建设。

（三）线上线下混合式全方位教学模式探索

授课内容故事化，使学生身临其境，思路追随故事情节；将抽象知识形象化，动画辅助教学，形象地还原知识原理；注重科教融合，增强学生的认识和理解；注重素材选取，线上素材图文并茂、线下素材通俗易懂。课程教学素材的选择注重图文并茂，内容布局包含50%文字、20%图片、30%空白，整体颜色不超过3种［6］。

课堂教学可采用多种教学形式与学习形式，其特点朝着个性化和自主化的方向发展。岩石力学团队将互联网平台应用到大学教育环节，构建课程“智慧树”“学堂在线”（中英文）慕课，开通“课程群”、微信公众号、石油云智慧平台等学习交流平台，其中石油云智慧平台包括石油地质、地球物理、钻完井、油藏工程和采油工程等多个模块。此外，还建设了基于CDF（Computed Document Files）的互动式课件群，促进国内、国际慕课建设。这些学习平台能实现课程要求、授课教案、习题集、试题集等线上传输，网上答疑，网上讨论等师生和生生互动，多渠道对学生进行课堂外教学和辅导。同时在研究生或从事科研、工程技术的一线人员中也进行推介。

探索智慧教室授课+案例教学+视频+讨论+竞赛多手段教学方式，结合线上线下混合式全方位教学模式探索，根据不同的培养目标，因材施教，灵活多样地培养，构建基础、工程和特色相结合的本博一体化课程教学体系。此外，教学团队定期发放在线调查问卷，实时掌握学生的学习动态和意见反馈，调整、优化授课方式，已形成成熟的教学模式。

五、改革实践效果

岩石力学实验室长期致力于石油工程岩石力学领域的科学研究与技术开发，发挥领航带头作用，对石油工程岩石力学课程进行系列改革，成果颇丰。

相关研究成果获得了国家级教学成果奖两项，中国学位与研究生教育学会研究生教育成果奖两项，北京市教学成果奖1项，申报北京市级教改项目1项，学校优秀教学成果奖1项，校级教学改革项目11项。培养本博一体化学生12人，发表教改论文18篇。

课程“学堂在线”（中英文）慕课上线，完成三轮教学，选课人数1.5万；“智慧树”平台上线，运行完成两学年；“石油云”平台在2017—2022年间浏览量超过244 700次，运行效果良好。覆盖范围达到全国各个石油院校和各大油田现场。

任侯冰主讲的北京市优质本科课程“石油工程岩石力学基础”，教学效果良好，获得师生一致好评的同时，教学专家也给予了高度评价。学生课后反馈通过该课程学习掌握了石油工程岩石力学基础知识，为研究生学习和现场服务奠定了基础。据中国石油大学（北京）教务处统计，2018、2019和2020年学生评教在校893门课程中排名分别为100、231和27（石油工程学院排名第1）。

自2019年提出本博一体化培养模式以来，涌现出大批优秀学生代表，荣获各类奖学金，在国家级数学建模、国家级数学竞赛、挑战杯等学科竞赛和中国石油工程设计大赛等专业竞赛中多次获奖，并获中国石油大学（北京）十佳大学生、优秀研究生和先进个人等多项荣誉。