海洋油气工程信息化实验实践教学研究

【摘" " 要】文章从对内地高校如何办好海洋油气工程专业的思考出发，针对实验实践教学过程中存在的问题，结合信息技术，开展了实验实践虚拟仿真教学资源的建设和教学模式的改革，构建了能满足学生感性知识获取、基本技能训练、工程实践能力和科技创新能力培养的综合实验实践平台，建立了线上线下相结合、虚拟现实相结合的实验实践教学模式，为内地高校海洋油气工程专业人才培养及发展信息化智能教育提供了借鉴路径。

【关键词】海洋油气工程专业;信息化教育;虚拟仿真教学;教学模式改革

【引用格式】康露，杨志，王其军.海洋油气工程信息化实验实践教学研究——以西南石油大学海洋油气工程专业为例[J].黑龙江教育（理论与实践），2025，79（1）：59-61.

【中图分类号】G642.0" " " " " " " " 【文献标识码】A" " " " " " " " 【文章编号】1002-4107（2025）01-0059-03

一、引言

为适应中国海洋石油工业的快速发展，高校海洋油气工程专业肩负着培养专业面较宽，外语突出，掌握海洋钻井、海洋采油工艺理论与技术的创新型、工程应用型、复合型高级技术人才的使命[1]。实验室作为实验教学和学生实践创新活动的重要场所，在人才培养中具有举足轻重的作用[2]。近年来，国内许多高校相继成立了海洋油气工程专业，该专业发展前景好、势头猛，但与之配套的实验室建设却一直是专业发展的短板。因此，建立具有专业特色、符合海洋油气特殊工程背景的实验室，以及构建能满足学生感性知识获取、基本技能训练、工程实践能力和科技创新能力培养的实验教学模式十分必要[3]。

二、信息技术在实验实践教学中的应用

随着信息技术的快速发展，为适应网络化、数字化、个性化的新时代需求，结合各专业特点，构建一个先进的教育体系显得尤为迫切和需要。目前，技术教育产品基本上分为2大类，一类以教为主，一类以练为主。传统的录播课是以教为主，仅仅是把课堂搬到了网上，最大的问题是没有互动;直播课也是以教为主，虽然有互动，但无法实现与每名学生进行互动，且1名教师难以管理几十名学生，还容易出现卡网、延时等问题。当前，绝大多数理论课的信息化建设都采用录播或直播这2种方式，这是因为理论课本身就是以教为主。而实验实践教学是以练为主。伴随信息技术的应用，先是产生了半实物仿真的实验实践设备，即将真实硬件控制系统与计算机虚拟的部分仿真模型相结合，为学生提供更好的实践教学体验，离知识与实践的统一近了一步;之后产生了电脑单机版的实验实践虚拟仿真教学软件，实现了实时教、实时测、实时练、自动出具学习报告，在很大程度上解放了教师的重复性劳动，节省了师资力量;再后来产生了网络版的实验实践虚拟仿真教学软件，实现了随时教、随时测、随时练，更在经费投入、实验时间、实验空间、实验环境等方面体现出了突出的优势[4]。由此可见，实验实践教学环节是利用信息化技术发展智能化教育的一个关键着力点。

三、海洋油气工程专业实验实践教学现状分析

海洋油气工程专业是一个综合性和应用性较强的新兴产业专业，目前，其实验实践教学在跟进学科发展的过程中主要存在以下2方面的问题。

（一）实验室建设方面

海洋油气工程专业人才培养需要区别于石油工程专业人才培养，走具有“海味”的实践能力培养路线，建设具有专业特色、符合海洋油气特殊工程背景的实验室。但实现这样的实验室建设目标还面临诸多难题，具体如下：一是海洋油气工程专业起步较晚，没有成熟的、系统的教学实验设备;二是海洋石油行业具有风险性及部分内陆高校与工程现场的物理距离遥远，如何通过实验设备和资源实现理论教学与工程实际的接轨;三是在实验室建设过程中如何兼顾本科教学和学科发展，以及学生的基本技能和创新能力培养如何两全。

（二）实验实践教学方面

海洋油气工程专业理论课程教学改革如火如荼，而实验实践课程却还没能完全走出传统教学模式的困局，“灌输式”的教学方式助长学生养成“指哪儿打哪儿”的学习习惯，违背了创新能力培养的教学目标。此外，台套数少的大型精密教学设备大多用于开展演示型实验，难以在本科实验实践教学中被高效地应用。因此，学生提不起学习兴趣，设备得不到充分利用，导致实验实践教学质量堪忧，同时也造成了设备资源的浪费。

实验室建设与实验实践教学改革是相辅相成的，需要两手抓。而利用现代信息技术开发虚拟仿真教学资源和开展线上教学改革是解决上述问题和提高海洋油气工程专业实验实践教学质量的有效途径。文章以西南石油大学为例，介绍其在海洋油气工程专业实验室数字化建设及实验实践教学改革方面的实践与认识。

四、实验室数字化建设

西南石油大学于1988年在全国率先开设了海洋石油工程专业，该专业于2010年获批为国家战略性新兴产业专业，2020年入选国家级一流本科专业。

2013年，为了让专业知识“跳”出平面静态的书本页面，专业建设了“声—光—电一体化海洋油气钻—采—输模型水池”，通过计算机集成控制系统模拟海洋环境及海上油气田不同的生产系统，实施模型展示、光电演示和声音解说“三位一体”的模型实物教学，更为真实直观地传授知识点，为学生开启了不一样的课程体验。

2014年，为了让学生掌握数据分析、解释所需的现代信息技术工具，专业建设了“海洋波流同造实验水槽及波流载荷实验模拟系统”“高频粒子成像系统”，通过计算机软件实现了波、浪、流等海洋环境的模拟及相关实验数据的采集与分析，让学生在掌握实验内容的同时，也体验到了信息技术为实验测试带来的便捷。同一年建设的海洋动力学模拟软件更是成为了培养学生计算机应用能力的重要工具。

2015年，学校自主研发的“油气钻井虚拟仿真系统”“油气开采虚拟仿真系统”和“油气储运虚拟仿真系统”正式投入海洋油气工程专业本科实训教学。该虚拟仿真系统属于半实物仿真，即在计算机编制的油气钻井、开采和储运工艺操作模拟软件环境中接入了用于油气钻井、开采和储运的相关硬件仿真设备。学生通过对虚拟仿真系统的交互操作、仪器仪表显示数据、虚拟作业环境中出现的异常现象及相关设备工作状况的观察，穿越式地体验现场作业各项工艺操作，理解并掌握对应的工艺流程和原理，由此培养综合能力和工程素质。

2016年，学校建设的“适应复杂环境的油气开发虚拟仿真实验教学系统”获得当年高等学校虚拟仿真实验教学资源建设成果二等奖。截至2019年，“酸化压裂虚拟仿真实验教学系统”“海洋平台结构组成及应急逃生虚拟仿真实验教学系统”等相继完成建设并投入使用，虚拟仿真实验教学资源已覆盖了海洋油气工程专业油藏、钻井、采油、储运、平台、安全6个方向。这种计算机单机版的虚拟仿真实验教学系统有效克服了油气生产作业高投入、高风险工况条件对实验实践课程开设的约束和限制，同时丰富了实验实践教学形式，提高了学生的学习兴趣与参与度。

2018年，学校投入建设“海洋深水流动保障实验系统”，其是国内外首套集海洋完井、采油、集输于一体的大型物理模拟设备，占地面积超过400 m2。该实验系统采用分布式集中控制系统，通过计算机技术对实验过程进行集中监视、操作、管理和分散控制，培养学生的工程素质和团队协作能力，也为学生的课外开放实验及创新活动提供了平台，有利于培养学生的科学研究与创新精神。

2020年，学校建设的“深水油气钻井井控关井虚拟仿真实验”被认定为首批国家级虚拟仿真实验教学项目。该实验项目在网络平台上开放共享，通过构建与工程作业现场一致的虚拟环境，设计与现场操作规范一致的人机交互步骤，让学生掌握深水井控系统设备工作原理及操作控制方法，识别钻井过程中的溢流风险，掌握深水钻井关井的操作流程。网络版虚拟仿真实验教学系统的应用集成和拓展了实验教学资源，打破了时间和空间的限制，让所有学生都能享受到相对先进的教学资源，降低了教育对环境和师资的依赖，是实现智能化教育的必经之路。

目前，结合3D技术、VR（Virtual Reality，虚拟现实）技术，学校又建设了基于VR技术的“多人协同作业钻井模拟系统”“海洋油气配注水虚拟仿真系统”“海洋完井工艺虚拟仿真系统”，实现了多用户共享虚拟环境。学生通过对不同岗位的操作人员进行角色扮演，使用VR交互设备控制自己的虚拟人与他人控制的虚拟人进行协同作业，模拟实施相关工艺操作。这些系统具有创新性，在国内行业内属于首创，为海洋油气工程专业人才培养提供了技术支持和保障。

除此之外，海洋工程软件实验室配备了多种油田现场常用的工程软件，能满足石油行业工程软件的应用型课程教学和油田现场技术专家的案例型课程教学，同时也为学生毕业设计、工程设计和参加科技竞赛提供了重要保障。

五、信息化实验实践教学改革

（一）实验实践教学改革

为实现以学生为主体、教师为主导的预约式、开放式、自主式实验实践教学模式，需要借助信息化管理平台，而学校的实验室与实验实践教学预约排课系统、大型设备共享系统、实验室开放管理系统为此提供了保障，让学生可以相对自由地选择实验时间，并有更多接触大型精密设备的机会，同时也有利于实验室的高效运行，避免实验室资源的浪费。对实验实践课程预约方式和实验室开放方式的改革，提高了学生在实验实践课程修读时的自由程度，但要实现学生自主学习，还需要配合教学方法、手段和考核方法的改革。

为了激发学生的学习兴趣，引导学生形成自主学习习惯，学校建设了线上实验实践教学资源及大型精密设备线上学习资源，增设了实验线上预习环节，丰富了实验课堂设备操作形式，完善了实验成绩评定标准，建立了能充分发挥学生自主性的线上线下、虚实结合的实验实践教学新模式。其中，线上的学习资源发布在腾讯课堂网络平台上，要求学生在课前完成实验线上预习，而学生提前熟悉实验内容，有利于减少线下实验课堂上教师的讲解时长，从而增加实验操作时长，提高实验课堂效率。实验课堂设备操作形式则根据对应实验内容而定，包括但不限于翻转课堂、角色扮演、分组操作等形式。实验成绩的评定不再是仅仅依据实验报告，而是由实验线上预习、实验线下操作和实验报告3部分组成，每部分的成绩占比依据实验内容的不同而定。除此之外，教与学的互动也至关重要，教师与学生的交流探讨不再局限于线下课堂，而是线上线下、课前课后，贯穿实验实践课程的始终。下面以“海洋钻井工艺模拟训练”实验实践课程为应用案例，对上述教学新模式进行阐述。

“海洋钻井工艺模拟训练”是一门为时一周的实践课，其教学改革步骤如下。首先，教师录制了海洋钻井工艺模拟训练系列操作演示视频作为学生线上预习的资料，并设置预习考核，提前2周发布在网络平台上，要求学生在课前完成并取得预习成绩，以便于学生在课堂上可以专心学习和练习实际操作，不用再花费时间做笔记。其次，课程操作考核之前，实验室全天开放，学生可根据操作角色需要进行组队，然后自主选择时间练习;同时，实验室开放多台“桌面式钻井模拟器”辅助学生练习。按照练习分组进行随机考核，考核操作项目和角色分配均由参与考核的学生抽签决定，实验报告根据学生考核操作时的正确率和操作时长由实验系统自动生成。最后，教师根据线上预习（20%）、练习和考核操作表现（20%）、实验报告（60%）给每名学生评定课程成绩。

课程应用了线上线下、虚实结合的实验实践教学新模式后，最显著的改变是学生的课堂参与度得到了很大提升，这一方面得益于虚拟仿真带来的新鲜感，另一方面得益于教师对实验实践教学各环节明确的质量要求带来的压力。除此之外，学生的报告抄袭现象减少，成绩差异性增大，成绩平均值增加，这表明成绩评定更加公平，学生整体的学习成效得到了提高，实践能力得到了更好的锻炼。

（二）实验实践教学改革成效

海洋油气工程专业实验实践教学经过近10年的信息化建设和改革，已经具备了“海味”和“油味”2大专业特色，能够满足对学生实验、实践、创新能力的进阶培养。近3年，学生课外科技活动参加率达100%，获中国海洋工程设计大赛特等奖、全国大学生石油科技创新创业大赛一等奖、中国石油工程设计大赛一等奖等国家级、省级各类奖项的人数超过50人次。同时，近3届毕业生深造率达50%以上，进入“双一流”高校深造比例超过90%，包括但不限于清华大学、德克萨斯农工大学（Texas Aamp;M University）、卡尔加里大学（University of Calgary）等知名高校。多年来，中国石油天然气集团有限公司、中国石油化工集团有限公司、中国海洋石油集团有限公司等用人单位对海洋油气工程专业的育人质量给予了高度肯定，同时，毕业生的就业率与就业满意率长期达到95%以上。

六、结束语

建设“人人皆学、处处能学、时时可学”的学习型社会，构建“互联网+”背景下的人才培养新模式是实现教育信息化、智能化必须要开展的工作。内地高校海洋油气工程专业因远离工程现场的地理位置与专业本身的高风险性，使虚拟仿真教学和线上教学成为必然，但虚拟仿真教学不能代替现实教学，线上教学也不能代替线下教学。结合专业特色和教学内容，多途径地丰富教学资源，科学合理地进行课程设计，多形式地应用教学方法，做到线上线下、虚拟现实相结合而不是简单的混合，是信息技术与教育教学深度融合的正确方式。

【参" "考" "文" "献】

[1]" 康露，杨志，熊友明，等.海洋油气工程本科人才创新实践能力培养探析[J].石油人力资源，2018（5）：82.

[2]" 王琨，吕栋梁，卢聪，等.一流学科背景下石油与天然气工程实验室建设与管理[J].实验技术与管理，2020，37（3）：246.

[3]" 王其军，吕栋梁，钟烨，等.深化实验教学改革" 提高育人质量[J].实验室研究与探索，2013，32（11）：131.

[4]" 夏兴有，邹广平，曲嘉.高校虚拟实验室建设问题探讨[J].黑龙江教育（理论与实践），2020，74（5）：57.

编辑∕王力

【收稿日期】2024-03-22" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 【修回日期】2024-04-23

【作者简介】康露，女，实验师，研究方向为海洋油气工程、海洋采油气工艺;杨志，男，教授，研究方向为海洋采油气工艺技术与深水油气井测试技术;王其军，男，正高级实验师，研究方向为线性和非线性控制、电磁传感、地磁传感和量子传感等精确控制、精密测量方法及技术。

【基金项目】四川省教育信息技术研究课题“内地高校海洋油气工程专业线上线下虚实结合式实验实践教学的研究与实践”（DSJ2022038）;四川省教改项目“持续改进背景下海洋油气工程专业‘开放·创新’实验教学模式改革与实践”（JG2021-640）、“‘思维架构—进阶设计—递进实践’油气类人才创新能力培养模式的构建与实践”（JG2021-564）