石油工程專業管柱力學本科教學改革探索

翟曉鵬　樓一珊　朱亮　吳惠梅

摘要：石油管柱力學是石油工程非常重要的基礎學科。針對石油管柱力學本科教學過程中存在的教材適用性不強、學生課堂積極性不高和考核難以起到評教效果的問題，分析其原因，以“溫故、啟示、鞏固”為教學準則，綜合考慮該學科的特殊性以及與其他專業學科的相關性，對教學內容、教學形式和考核方法提出了一系列改革措施并進行實踐探索，取得了良好效果。

關鍵詞：管柱力學；油氣井工程；研討式教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）05-0126-02

石油管柱作為石油鉆采的重要工具，在鉆井、完井、采油以及增產的各個階段都起到至關重要的作用。它是地面信息向井下傳遞的渠道，也是井下物質傳輸到地面的通道，石油管柱之于油氣井工程，猶如脊柱之于人體。石油管柱力學課程本科教學按排在鉆進工程、采油工程專業課之后，是為了作為各個專業課的橋梁，使學生能夠對所學知識觸類旁通，融會貫通，更好的掌握專業知識。但從長期的教學情況來看，學生對該課程的學習流于形式，沒有達到預期的教學目的。本文針對石油管柱力學在教材內容、課堂現狀、教學方法以及考核評估環節存在的問題，提出了一系列的改進措施，并在實際教學中進行了實踐，為提高該課程教學效果作出了有益的探索。

一、石油管柱力學本科教學存在的問題

長江大學石油管柱力學本科教學計劃設置在第六學期或第七學期，課程計劃為5周，共30個學時，長期以來，由教授、副教授、講師教研團隊擔任主講。總結任課教師和學生反映的教學情況，該課程主要存在以下問題。

1.參考教材各個章節側重點、難點不同，理論教學與生產實際脫節。石油管柱總體分為鉆柱、套管柱、油管柱、抽油桿柱四大部分，部分教材和專著主要介紹鉆柱的運動與受力分析，另外一部分教材和專著則主要介紹套管和油管的服役條件和失效模式，由于教材的側重側重點不同，沒有跟其他學科關聯，失去了輔助性教材的實際意義。石油管柱力學是一門數學和力學的交叉學科，相關教材部分章節公式復雜，在進行理論講解和習題分析過程中需要用到微積分、常微分方程等高等數學知識，這些內容有些學生當初就沒有學好，有的學生即使當時學好了，在用時也已經遺忘或者不能靈活運用，學習時就會感到困難，不愿聽下去，失去學習的興趣。

石油管柱技術處于不斷發展中，尤其是非常規頁巖氣連續油管壓裂技術、稠油熱采井的注采一體化管柱技術等都遇到常規管柱力學沒有遇到的問題，使得常規管柱力學在解決這些特殊問題時，顯得捉襟見肘。因此需要在管柱力學教學中引入新技術介紹章節，開拓學生視野。

2.學生學習動機不同，課堂難以調動學生學習積極性。學生方面的情況大概可以分為兩類，一類主要是面臨大四畢業學分不足，需要選修課增加學分；一類是求知，為了獲取更多的知識。前者抱著“混學分”的態度，對課堂理論教學不重視，特別是教師在講解復雜公式的時候，基本上就不聽講，后者主要是對新知識的探求，注重課堂知識的汲取，但對公式不感興趣，更側重于知識面的拓展。他們的共同點就是知識面的拓展，對知識的求知欲。

3.考核難以收到教評效果。作為一門選修課，管柱力學如何考核一直是困擾教師的難題。如果最終考核成績根據平時成績來定，那么這門課的學習因為失去了考核的約束力，就會流于形式，失去教學意義；如果按照必修課考核方法進行試卷考試，又容易讓這門課的學習陷入上綱上線的老套，使學生失去學習的積極性。如何讓考核與課堂教學相結合，收到教學與考核互相促進，相互評價的效果，是我們要面對的難題。

二、管柱力學本科教學改革措施

課程內容既要考慮到石油管柱力學與其他專業學科的相關性，又要考慮該課程自身的特殊性，在此指導思想上，從三方面進行教學改革。

1.授課教材做到重點突出，關聯其他學科，理論聯系實際。在授課中對現有教材進行了遴選，在重點講述原有教材共同包含的部分，如鉆柱屈曲載荷分析、井底鉆具動力學等的同時，增加了稠油熱采管柱受力及失效預防措施、海上噴射導管鉆井技術、非常規連續油管壓裂技術章節。同時對每一部分做適當的修改，力爭做到增加廣度，減少深度，增加趣味性，減少理論性，結合工程實際，加深學生對專業的理解。對含有大量復雜公式的章節，適當采用簡化計算，淡化公式的復雜性。

2.引入實驗教學，嘗試研討式教學，促進教學形式多樣化。課堂教學不能只限于PPT授課，也可加入其他形式的教學手段，如實驗室教學與理論教學相結合。筆者在講述套管失效機理時，就結合室內數顯式液壓材料試驗機（WZS-100D），進行管材試樣應力應變實驗。事實證明，學生對實驗非常感興趣，部分學生親自上機進行實驗測試，對不同載荷作用下管材的應力應變曲線和性能變化有了更深入的理解，這極大地激發了學生的學習興趣。

研討式教學起源于德國，是以學生為主體，由教師設定討論主題，通過交流、研討形式來研究某一課題的一種教學方式。通過研討式教學可培養學生自主學習、研究能力。課堂上強調學生的主人翁意識，才能調動學生的學習積極性。筆者曾在課堂中布置了“非常規壓裂中管柱受力模型及失效原因”的論題，大部分學生都在充分調研的基礎上積極發言，陳述己見。有的學生指出滑套壓裂技術存在的弊端，這與涪陵頁巖氣部分氣井增產改造措施由滑套壓裂改為射孔聯作壓裂的現場情況吻合。充分說明研討式教學可以開啟學生思維，充分調動學生學習能動性，培養學生自主研究能力。

3.注重反芻教學，在課堂中進行考核評估。石油管柱力學公式多，須反復練習才能掌握。考核的目的正是為了更好地掌握這些知識點。因此課堂教學以“溫故、啟示、鞏固”為準則，注重學習過程的積累消化，反芻教學正是針對這一點而設計的，在教學引入反芻教學，對前面的知識點，在后面應用時重新回顧，并注重對前面知識點與現在知識點的結合應用。對重要的知識點，在課堂中進行隨堂考核，可以給學生一定學習壓力，又利于知識點的融會貫通，還能起到考核的目的。

三、實踐效果

筆者在2014至2015年兩年期間對石油管柱力學教學進行了一系列嘗試性改革，其中引入科技前沿技術，與非常規開發接軌的教學內容受到學生的喜愛，擴展了學生的視野，讓學生進一步了解到所學學科與工程應用的關系。研討式教學因為學生基礎和重視程度的不同，部分學生表現良好，也有部分學生參與熱情不高，從文獻資料上生搬硬套觀點，并未完全達到開啟思路的教學目的，因此該教學方式改革還需要進一步探索。反芻教學能夠強化知識點吸收，加強了所學知識點的運用能力。

四、結論

本文針對目前石油管柱力學本科教學存在的教材適用性不強、學生課堂積極性不高和考核難以起到評教效果的問題，從注重教材理論聯系實際、教學方式多樣化和加強反芻教學三方面進行改革，取得了一定教學效果。實踐表明：注重教材適用性，理論聯系實際，調動學生的課堂積極性，才能使選修課起到教學輔助的教學目的。教材研討式教學和強化反哺教學，能夠促進知識點的吸收，加深知識的理解，并能擴寬學生的視野，雖然有一些的地方還需完善，但對提高學生的理論水平和從實際生產角度分析解決問題的能力有極大幫助，有利于培養石油類工程型人才和研究型人才。

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