面向工程實際需求的輸氣管道設計與管理課程教學的改革

黃斌　張繼紅　成慶林

摘要：本文針對我國石油天然氣工業的工程實際情況，分析了油氣儲運專業輸氣管道設計與管理課程教學中存在的問題。論文提出通過跟蹤輸氣管道工程的技術發展現狀和需求，改革輸氣管道設計與管理課程教學目標，提高學生綜合運用知識的能力和創新能力。改革教學內容和方式，提高油氣儲運工程本科生的培養質量。

關鍵詞：油氣儲運工程；輸氣管道設計與管理；課程教學；工程實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）34-0092-02

“輸氣管道設計與管理”課程是油氣儲運工程本科階段的主干專業課，在整個專業課程設置中占有重要地位。該課程以培養畢業生從事輸氣管道的規劃設計和運營管理能力為基本目的，學生畢業后掌握長距離輸氣管道工藝方面的設計及管道運營管理的基本理論、方法與工具。該課程的主要內容有天然氣的基本性質、天然氣管道的設計、工藝計算、站場和管道的運營管理等，包括輸氣管道穩態水力和熱力計算、輸氣管道與輸氣站聯合工作的工況分析與模擬、輸氣管道設計等。目前，幾乎全國所有油氣儲運工程的本科專業都開設了該課程，甚至有部分學校將其設置為主干專業課程。但在該課程32～48學時的講授過程中，始終存在課程的內容與實際有一定的脫節的現象。首先，課程主要突出了基礎的設計原理和管理內容，如果不經過課程設計等過程，學生很難將該課程內容與其就業后進入的設計、運營或建設單位的工作內容直接結合；其次，輸氣管道設計與管理的工程技術發展日新月異，現代輸氣管道工程涉及到多學科的綜合應用，管道運營管理更進入全數字時代，課程內容設置落后于實際工程技術發展水平。這些問題也是全國工科高等教育面臨的一些共性問題，而教育部在2010年啟動“卓越工程師教育培養計劃”時，提出了該計劃的目標，即強化學生工程實踐能力和創新能力的培養，促進工程教育改革和創新，進而實現我國工程教育人才培養質量的全面提高，為我國高等工程教育的改革奠定了基礎。因此，隨著我國天然氣管道技術迅速發展，輸氣管道設計與管理這門課程內容應及時改革，以適應我國天然氣管道工程發展的實際需求。

一、課程教學目標的改革與定位

1.緊跟天然氣管道工程技術的發展。天然氣管道工程是關系國計民生的大型工程。當前天然氣管道進一步向大口徑、高壓力、高鋼級和高度網絡化方向發展，關鍵設備和控制系統的進步制約天然管道工程技術水平的發展。2012年西氣東輸二線工程全面供氣，2014年西氣東輸三線西段全線貫通，2015年年底將全線投產，每一條大型輸氣管道的投產，都將使億萬民眾受益。預計未來十年仍將是我國乃至全世界天然氣管道的高速發展時期。展望未來的天然氣管道工程技術，用于管道的泄漏檢測技術，管道自動焊接和超聲波檢測技術，管道生產信息管理系統，地理信息系統的應用，管道安全評價與風險管理技術，管道快速搶維修技術和管道節能與環保技術等是管道工程技術中發展的重點。而課程的教學內容很少涉及這些技術，因此，在課程教學過程中，應適當引入這些技術。

2.課程教學目標改革。工程類本科專業課程設置可以分為基礎課、專業基礎課和專業課。基礎課是所有工程類課程的基礎，是基礎原理和思維方法；專業基礎課是基礎課和專業課的銜接，是工程技術的基礎；專業課是面向工程設置的，是基礎課和專業基礎課在本學科的實際應用，是解決本學科特定工程問題的工具。輸氣管道設計與管理屬于專業課，通過該課程的講授，應達到以下的教學目標：①培養學生運用所學理論知識解決工程實際問題的能力。輸氣管道設計與管理課程在各個高校的教學計劃不同，但一般都安排在第三學年的第二學期或者第四學年的第一學期。在學習該課程時，學生已經完成了基礎課、專業基礎課如傳熱學、熱力學、水力學、泵與風機等課程的學習，該課程的學習實際是將各門課程綜合運用的過程。如水力計算部分是以工程流體力學為基礎的，熱力計算則是以工程熱力學和傳熱學為基礎，管道的設計計算和運行管理部分則時刻離不開前面所學過的各門課程。在該課程的學習過程中，應該引導學生將專業基礎課中的定律和工具應用于工程實際，遇到工程實際問題通過歸納總結分析，鍛煉學生利用已學知識解決工程實際問題的能力，不止讓學生明白“學會了什么”，更是讓學生懂得“如何用”[1]。②培養學生的創新能力。創新能力是工科學生培養的基本要求，沒有創新能力的畢業生很難成為一名優秀的工程師。好奇心和興趣是創新的源泉，創新能力的培養應該將常規培養和學生個體特長密切結合，著重學生個性的發展，發現學生的長處，否則，學生就會失去創新的動力，課程教學就變成千篇一律的復制過程。可以結合輸氣管道工程領域的創新成果，如輸氣管道上應用的新技術、管道工業的新產品、前沿的工藝等，根據課程的內容整理這些成果創新的過程，及該創新成果發現、思考、解決問題的過程，歸納和總結出具有啟發意義的案例，以啟迪學生的創新思維。同時，教學過程中可以總結相關工程研究中那些前沿的、熱點的、尚未解決的實際問題，提出發現、分析和解決這些問題的思路和途徑的建議或意見，啟發學生運用已經掌握的知識自主探究、創新性地應對這些問題。總之，課程教學目標的定位不僅要培養學生的學習興趣和對工程領域科學技術的好奇心，鼓勵學生針對個性問題的個性思考，使他們能夠在興趣的引領下在科學的海洋任意遨游，運用自己獨特的視角去發現和解決問題，從而更大限度地培養他們的創新能力[2]。

二、課程教學內容和方式改革

1.借鑒CDIO理念，重新構思教學內容。CDIO是“構思”（Conceive）、“設計”（Design）、“實施”（Implement）、“運行”（Operate）四個英語的首字母[3]。CDIO理念是，以工程項目為載體，讓學生主動地在實踐課程中完成工程項目，進而掌握基礎科學知識。CDIO培養大綱將工程類本科生的能力劃分為四個層面，包括個人能力、人際團隊能力、工程基礎知識和工程系統能力，要求必須以綜合的培養方式使學生同時在四個層面達到預期的目標[4]。這些能力恰好是目前傳統工程專業教學方式所沒有關注的，運用CDIO理念開展輸氣管道課程的教學改革是培養該四種能力的好辦法。因此，在教學過程中增加輸氣管道的設計任務，讓輸氣管道的課程設計過程貫穿整個教學環節，每完成一定學習任務，則要求學生完成相應部分的輸氣管道的設計任務。這樣，學生在學習理論知識后，很快將所學知識應用到實際的工程設計當中，既熟練掌握了所學內容，又增強了實際動手能力[5]。

2.注重輸氣管道工程前沿技術的引入。當前，輸氣管道工程技術正處于高速發展階段，每一條大型輸氣管道的設建設過程都是輸氣管道工程技術的重大革新之旅，每一條輸氣管道的投產都意味著輸氣管道工程的技術水平又上升到了新的高度。在課程內容安排上，密切關注國內外輸氣管道工程的建設情況，介紹在管道設計、施工過程中的亮點，根據新聞報導跟蹤通報熱門管道的最新進展。這些內容的增加，有助于學生了解管道工業前沿技術的最新進展，還有利于提高課堂學習效率，激發學生對課程和工程技術的熱愛，起到一舉多得的作用。

3.增加案例教學。在該課程內容中，當涉及到管道、站場設計的內容時，由于教材篇幅有限，只能實現以較簡單的方式，用管道縱斷面圖、站場流程圖等作以簡單介紹，導致學生在學習該部分時，很難與實際情況結合，學習效果不佳。教師在這部分內容的講解過程中，可以搜集學生較為熟悉的天然氣管道的資料，拿到可以公開用于課堂教學的資料，如流程圖、安裝圖，再配合以實物圖片、影像資料，利用少部分學時，讓學生建立一個圖紙和實物的一個對應關系，從而起到較好的教學效果。

4.豐富的教學手段和方式。現代的工程教育應該走出粉筆加黑板的傳統模式，采取傳統與現代、理論與實踐、講授與討論相結合的多種方式，激發學生的學習興趣，提升學生獨立思考問題的能力。例如，在實習實訓過程中搜集相關素材，將課堂上難以用實物演示的壓縮機、旋流分離裝置等設備制成3D動畫，利用動畫來演示壓縮機的工作工程、內部結構等，讓學生更容易掌握教學中的難點、重點，使教學和學習活動更生動；可以準備值得探討思考的問題，讓學生分組完成，或者在學期初布置設計類作業，在課程推進的過程中，逐漸完成設計作業的每一步，讓學生在學后立即有實踐的機會；另外，可以在課程的實驗環節，設計創新實驗，要求學生通過親手設計來實現實驗目的，進而分析實驗結果，得出自己的結論。通過這些實踐，既有利于培養學生的實踐能力、思維表達能力及團隊合作精神，又可為學生更好地走上工作崗位打下良好基礎。

參考文獻：

[1]時銘顯.美國工程教育改革與發展趨勢[J].高等工程教育，2002，（5）：9-13.

[2]林健.卓越工程師創新能力的培養[J].高等工程教育研究，2012，（5）：1-17.

[3]查建中.論“做中學”戰略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（03）：1-6，9.

[4]顧學雍.聯結理論與實踐的CDIO——清華大學創新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009，（1）：11-23.

[5]黃斌，傅程.基于CDIO理念的“輸氣管道設計與管理”課程改革初探[J].中國科教創新導刊，2012，（22）：185.