“采氣工程”課程教學方法改革探索

倪小明，賈 炳

河南理工大學 能源科學與工程學院，河南 焦作 454000

“采氣工程”課程是煤及煤層氣工程專業(yè)的必修專業(yè)課，是對大學四年來的煤層氣方面理論進行總結并升華到工程實際應用中的一門課程，而對煤層氣基礎理論與現場工程實踐的有機結合在很大程度上決定著工作后工程實踐的水平和科學研究的能力。煤層氣與天然氣雖然都是以甲烷為主的氣體，但煤層氣在儲集層中的賦存狀態(tài)、產氣機理、產氣特征等方面與天然氣存在本質的區(qū)別，決定了煤及煤層氣工程專業(yè)的“采氣工程”課程與傳統(tǒng)的天然氣的“采氣工程”課程的教學內容、教學方法、教學目標等方面存在很大的差異性。同時，煤及煤層氣工程是近幾年高等學校新設置的專業(yè)，針對煤及煤層氣工程專業(yè)的“采氣工程”課程目前還沒有現成的教材可借鑒，如何針對煤及煤層氣工程專業(yè)本身的特點，設置適合本專業(yè)培養(yǎng)目標的教學內容及教學方法，直接關系到煤及煤層氣工程專業(yè)的學生今后的發(fā)展方向。筆者在系統(tǒng)分析目前煤及煤層氣工程專業(yè)“采氣工程”課程存在的主要問題基礎上，提出了教學改革措施，以期提高煤及煤層氣工程專業(yè)學生的教學培養(yǎng)質量。

一、煤及煤層氣工程專業(yè)“采氣工程”課程目前存在的主要問題

煤及煤層氣工程專業(yè)的“采氣工程”課程有別于傳統(tǒng)的天然氣的“采氣工程”課程，且煤及煤層氣工程專業(yè)作為新開設的專業(yè)，理論體系、工藝技術、實驗等方面尚不完善。導致課程目前存在一些主要問題。

1.理論體系的不成熟

“采氣工程”所講授的就是通過對產能影響的基礎理論分析基礎上，得出與之相匹配的工藝技術措施，最終達到合理、高效開發(fā)煤層氣的目的。因此，基礎理論研究的準確與否很大程度上決定了工藝技術選擇的正確性，最終影響著煤層氣井的產氣量。也說明了基礎理論在采氣工程中的重要性。由于煤層氣研究起步相對比較晚，而且國家扶持力度不夠，導致基礎理論尤其是機理認識方面尚不清晰，比如煤層氣吸附-解吸機理等存在多種解釋，沒有一種確切的理論。煤層氣排采過程儲層參數的變化僅局限于定性的研究或者借助模擬軟件進行模擬，動態(tài)變化規(guī)律及動態(tài)變化的根本原因未真正查明。理論解釋的多解性、基礎理論的不成熟決定了不能采取“填鴨式”、“授教式”的教學方法進行基礎理論的講解。

2.工藝技術的不完善

煤及煤層氣專業(yè)的“采氣工程”課程是以煤田地質、煤層氣地質為基礎，以石油、天然氣勘探工藝為手段的課程。煤層氣儲集層與石油、天然氣儲集層本質的區(qū)別決定了不能照搬石油、天然氣的勘探開發(fā)工藝技術。

基礎理論不成熟，無法針對特殊的煤儲層，真正找到與之相匹配的工藝技術，籠統(tǒng)的、概念化、流程化的石油、天然氣工藝技術的講解不僅可能造成學生學習的誤區(qū)，更重要的是可能導致工作以后方向性的錯誤。

3.理論與實踐教學的脫節(jié)

煤及煤層氣工程專業(yè)的“采氣工程”課程不僅要講解基礎理論知識，更重要的是要講工程實踐，煤及煤層氣工程專業(yè)作為一門新興專業(yè)，理論體系的不成熟決定了很多知識都處于探索階段，與之相匹配的工藝技術不能照搬石油、天然氣的工藝技術，學校更多的是要靠實驗儀器作為重要支撐來完成實踐方面的教學，沒有過多的、已經成型的實驗儀器可以購買導致煤及煤層氣工程專業(yè)的“采氣工程”理論與實踐教學環(huán)節(jié)嚴重脫節(jié)。即使到現場進行參觀，看到的也僅僅是石油、天然氣的工藝設備，如何針對煤及煤層氣工程專業(yè)的特點，研制、開發(fā)與之相匹配的教學設備是解決理論與教學脫節(jié)的根本。

二、煤及煤層氣工程專業(yè)“采氣工程”課程教學方法的改革

針對目前煤及煤層氣工程專業(yè)“采氣工程”課程方面存在的理論和技術不成熟、工程實踐性強、不確定因素多的特點，在借鑒天然氣采氣方法、煤層氣采氣理論基礎上，提出了探討式、啟發(fā)式、報告式與傳統(tǒng)教學相結合的理論教學方法和不同于以往的實驗與現場實踐相結合的實踐教學方法。

1.理論教學方法的改革

扎實的理論知識是指導實踐的基礎，但是采氣工程理論體系的不成熟性，決定了采用常規(guī)教學方法很難達到預期目標，針對于此，提出了啟發(fā)式、探討式、報告式與傳統(tǒng)教學相結合的教學方法。

（1）啟發(fā)式教學。知識的拓展是在掌握一定基礎理論的基礎上進行的。對于一些專業(yè)基礎知識，采用常規(guī)教學方法進行，使學生在理解的基礎上去掌握。在學生掌握一定知識后，通過一些問題的提出，啟發(fā)學生運用基礎理論去思考。比如根據單一氣體等溫吸附方程進行多種氣體吸附方程的推導，根據等溫吸附方程可以計算出哪些量，煤層氣井的產氣機理與天然氣的產氣方面的差異等等，通過提出問題，引導、啟發(fā)學生去思考，并寫成文字性的東西總結出來。通過這種教學方法，讓學生對一些多解性的問題有了更深的理解，適時避免了理論知識的誤區(qū)。

（2）探討式教學。采氣工程理論體系的不成熟性導致很多問題都存在多種觀點，比如關于氣體吸附最常見的觀點有：分子間作用力、范德華力、分子勢阱等，每一種方法都可以解釋一些現象，但是又有很多解釋不了的問題。

針對諸如此類的問題，讓學生們課下查閱資料，總結、歸納出目前存在的主要觀點，并深刻領會這些觀點提出的根源、適用條件等。

在課堂上將學生按照4～5人一組進行分組，一組成員之間就同一問題進行討論，成員之間各抒己見，講出自己的看法以及觀點，討論不同觀點的優(yōu)缺點，并做好記錄，最后由組長進行總結，并提出該組的代表性觀點。教師根據各組的觀點以及討論情況，鼓勵學生積極就自己的觀點參與辯論，采用“自愿參與+適度安排”相結合的方法組織4～6組同學進行辯論，剩余學生作為評委。兩組學生分別就自己組的觀點提出證據，盡量去說服對方，并對對方進行提問。最后根據雙方表現請評委舉手表決，決出勝負。

在辯論結束以后，教師分別就各參賽組觀點以及表現做出點評與總結。通過這種教學方法，讓學生對一些問題、多種觀點產生的根源、適用條件等方面有更深刻的理解，加深了印象，拓展了思考問題的角度。

(3)報告式教學。采氣工程作為一門實踐性極強的學科，其理論及工藝更新速度遠遠超過課本更新速度，這就要求學生能及時了解現場施工情況以及理論研究最新進展。只有這樣才能把所學知識及時應用到實踐。在前兩種教學基礎上，穿插著進行了一些報告式的教學。

報告式教學的方式有很多，筆者主要采用了言傳身教式和學生自主報告式兩種方式。

言傳身教式就是教師就一些研究報告、目前行業(yè)的一些研究熱點、施工存在的主要問題以及自己的一些看法，以報告的形式展示給學生。同時，對學生提出的各種疑問進行解答，使學生能及時了解行業(yè)研究的最新進展。

學生自主報告式就是以“自愿報名+適度安排指定范圍”相結合的方法，讓學生就目前理論以及施工過程存在的一些問題，通過查閱資料、思考，提出解決方法以及自己的理解，然后由教師對其觀點及思路進行指導，最后讓學生以報告的形式將其展示給大家。展示結束以后學生可以就此問題談談自己的觀點，提出自己的疑問，最后由老師進行總結。

報告式教學讓教師對理論知識進行拓展和總結，學生對理論知識加深了理解，開闊了學生的視野，能及時了解專業(yè)的最新動態(tài)，較清醒地對自己進行合理規(guī)劃。

2.實踐教學方法方面的改革

實踐教學環(huán)節(jié)是學生將理論知識的理解進一步加深、拓展的過程，也是考查學生對基礎理論掌握程度的一個過程，主要包括實驗和現場實踐兩個方面。

（1）實驗方面。煤層氣主要是借助于石油、天然氣的開發(fā)工藝技術進行煤層氣開發(fā)，但煤層氣儲集層、產氣機理等與天然氣這些方面的根本區(qū)別決定了煤及煤層氣工程專業(yè)的“采氣工程”課程實驗既有與天然氣的“采氣工程”相似的實驗內容，同時又有與其完全不同的實驗內容。

針對與天然氣相同的常規(guī)性實驗：實驗前，要求學生認真看書，熟悉該實驗的目的、方法以及步驟；實驗過程中，要求學生認真聽老師講解，對于允許學生親自操作的實驗，一定要積極參與，做到每人都親自操作一次，并對可能存在的實驗結果進行一一驗證；對于演示性實驗，要求學生要做好筆記，認真思考每一操作的目的、方法、實驗過程、可能存在的實驗結果進行推測，并詳細分析出現這種實驗結果的原因，實驗后及時撰寫實驗報告；并對實驗結果進行分組討論，討論不同情況下引發(fā)結果的原因。通過這樣的實驗，鍛煉學生的動手能力，拓展學生的思維。

針對部分沒有現成的實驗設備或者現有的設備不能滿足要求的實驗，為了能進行實驗，首先告訴學生實驗要達到的目的、現有的實驗設備的原理及哪些關鍵地方不能滿足實驗的要求，讓學生明白現有設備存在的缺陷及我們需要進行改進的方向。然后鼓勵學生開動腦筋，通過查閱資料、集思廣益，通過對現有實驗儀器進行改裝或自行設計研制出一些實驗模擬裝置。比如：煤層氣井排采過程中影響半徑如何變化這樣的實驗，市場上沒有現成的設備，我們通過研究，最后組裝完成了這樣的模擬裝置實驗。通過這樣的實驗改進或重新設計，不僅讓學生對各參數的測試以及過程的模擬有了全面認識，而且可以通過模擬裝置的制作過程，加深對理論知識的理解，形成勤于動腦的好習慣。

（2）現場實踐方面。采氣工程是一門實踐性極強的學科，現場實踐也是教學的一個重要組成部分。要進行現場實踐，但我們并不是急于現場實踐，而是在現場實踐前，對現場實踐的目的、參觀實習的主要內容、注意事項等對學生進行詳細講解，要求學生以書面的形式寫出要去現場參觀哪些東西？哪些東西是重點的東西？想了解什么？為什么要了解這些？了解這些的目的是什么？了解了之后能得到什么啟發(fā)？等等，以自問自答式讓學生寫出自己的困惑或疑慮，以及通過什么方式，哪些是不去現場就能解決的，哪些是必須去現場才能解決的，盡量避免在現場談論一些書本上的理論知識，做到有備而去，心中有數，充分利用有限的現場實習時間，達到真正現場實習的目的和效果。

現場實習過程中要注意安全，聽從帶隊老師統(tǒng)一安排，對待現場施工人員要有禮貌，尤其是在現場人員對施工情況進行介紹的時候，要保持安靜，認真做好記錄，即使有問題也要等施工人員講完以后再問，不要輕易打斷別人的講話。要求學生積極提問，同時認真做好筆記。

現場實踐結束以后，老師采取“自愿報名+重點推薦”的方式，鼓勵部分學生勇敢站出來，與大家一起分享他們現場實踐的收獲。然后由老師引出一些現場工藝問題，大家一起討論現場工藝的優(yōu)缺點、改進方法以及與常規(guī)油氣的區(qū)別。最后，由老師進行總結性發(fā)言，學生完成實習報告。

針對煤及煤層氣工程專業(yè)的“采氣工程”課程教學過程中存在的諸多問題，提出的理論教學與實踐教學方面的改革與傳統(tǒng)教學方法優(yōu)缺點對比結果（表1）。

表1 煤及煤層氣專業(yè)的“采氣工程”教學改革與傳統(tǒng)教學方法對比表

三、教學改革保障措施及效果評價

教學質量的好壞是評價教學改革成敗的關鍵指標，有效的、合理的措施是確保教學改革成敗的關鍵因素之一。為了把教學改革的思想真正落實到學生的行動上，主要采取了以下幾種保障措施，并對教學效果進行了評價。

1.保障措施

學生既是教學的載體，同時也是教學改革的執(zhí)行者。為了確保教學改革順利進行，必須充分調動學生的積極性，讓學生從內心深處真正意識到學習的重要性和思考的重要性。因此，本次在教學改革中主要采取了以“引導式”的讓學生意識到自身學習的重要性的自發(fā)進行為主，同時輔以一定獎懲制度的激勵式措施。

（1）引導式保障措施。

一是開展“專業(yè)前景分析”議題。每3周作為一個單元，把社會需求、專業(yè)技術、本專業(yè)與其他專業(yè)關系等等方面的現象、技術、問題等制作成PPT，深刻地剖析目前社會對本專業(yè)的需求情況、本專業(yè)目前培養(yǎng)的人才情況、專業(yè)發(fā)展中存在的關鍵技術問題等等，讓學生對本專業(yè)有個較清醒的認識，既不盲目樂觀，同時又能樹立學習的目標，激發(fā)學習的信心。

二是開展“專業(yè)榜樣的力量”議題。充分利用課間時間或課余時間，把本專業(yè)的知名專家的生平事跡、研究領域、學習方法、成長的關鍵環(huán)節(jié)等制作成PPT，系統(tǒng)地剖析他們成長的背景、個人的性格、習慣等在他們成功中所起到的作用，使學生反思、奮進。邀請在工作單位發(fā)展較好的畢業(yè)學生與在學校學生進行面對面交流，交流他們的學習方法、學習經歷、思想變化、發(fā)展歷程等等。使學生意識到大學四年學習、專業(yè)基礎的重要性并能自發(fā)地投入到學習之中。

三是開展“心靈觸動”議題。針對一些思想波動比較大，自制力比較差的同學，進行“重點照顧”，從父母辛苦支撐家庭、個人生活消費、學費與知識點之間交換、自身思想行為等角度進行耐心的教導，使學生從內心深處意識到父母的辛勞、期盼，自身學習機會的來之不易，珍惜大學的美好時光，充分利用好大學的環(huán)境、條件，自發(fā)地、積極地投入到學習之中。

（2）激勵式保障措施。

為了讓班級形成“你追我趕、互相超越”的學習風貌，同時還采用了“激勵式”措施。制定評價指標體系，并把各個評價指標進行量化，既有單一指標的鼓勵，又有綜合指標的鼓勵。比如設置發(fā)明創(chuàng)造獎、學術論文獎、綜合評定獎等等。鼓勵把很多指標進行量化處理，比如：針對發(fā)明創(chuàng)作能力強的同學，鼓勵其進行發(fā)明創(chuàng)造，并把發(fā)明創(chuàng)造的成果轉化成評價的分數，專門設置發(fā)明創(chuàng)造獎進行獎勵。比如增加平時成績所占的比例，制定平時成績分配方案，根據平時參加辯論活動的積極性，課程設計完成質量以及出勤率等，進行平時成績的考核。使學生意識到平時成績不是老師給多少，而是你可以掙多少。通過這樣的方式，不僅使學生精神上得到滿足，同時在班級形成了積極、努力向上的學習風貌。

2.效果評價

對傳統(tǒng)教學的2005級學生與采用教學改革后的教學方法的2006級、2008級學生的成果進行了對比，對比結果見表2。

表2 傳統(tǒng)教學與教學改革成果對比表

從表中可看出，經過教學改革后，不僅考試成績、課程設計得到了明顯提高，而且學生的創(chuàng)造力、思考問題的能力也進一步得到提高，教學改革收到了很好的效果。

四、結論

通過探索“采氣工程”課程教學方法改革，得出以下認識。

（1）啟發(fā)式、探討式、報告式與傳統(tǒng)教學相結合的方法，可以有效避免常規(guī)教學中由于理論體系不成熟等對學生認識造成的誤區(qū)，理解的片面性，最重要的是可以開闊了學生視野，拓展學生思考問題的角度。

（2）自行研制設備與常規(guī)實驗相結合的實驗教學，可以避免學生學習知識的僵化、設備缺乏等問題，提高了學生對理論知識的理解，鍛煉了學生的動手能力、形成了勤于思考的好習慣。

（3）注重實習過程的每一環(huán)節(jié)與總結探討相結合，避免了理論與實踐脫節(jié)，使學生達到“看有所感，思有所體，做有所悟”的效果。

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