石油工程學科材料力學全英文課程的專業化與網絡化建設

林伯韜 王琪琪 劉偉

[摘 要]文章介紹了中國石油大學（北京）本科生材料力學全英文課程2016-2017學年的專業化、網絡化建設經驗。在專業化建設方面，結合石油工程行業特色提出了用工程實例闡明材料力學問題的教學思路；在網絡化建設方面，結合課程網頁、微信公眾號、微信群三種方式加強與學生溝通和開展課外教學。實踐表明，通過引入專業實例能提高學生學習興趣和重視程度，增強其實踐能力；通過開展網絡教學不僅可廣泛挖掘課外學習資源，還能增強學生用英文表達的自信心。文章基于專業化、網絡化課程建設的經驗，結合目前的國際化教學情況，進一步提出了建設適合石油工程及相關專業的材料力學全英文慕課的三點措施。

[關鍵詞]石油工程；材料力學；全英文課程；專業化；網絡化

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）05-0068-03

一、引言

材料力學為國內外工程力學、材料科學、土木工程和機械工程等眾多工科專業的核心課程之一，屬于重要的工學課程。在石油工程專業中，材料力學被廣泛運用于地層巖石力學計算、鉆完井工程設計、鉆具力學行為評價等領域中，其重要性不言而喻。為了向中國石油石化企業提供滿足其海外能源戰略迫切需求的工程型人才，同時為學校逐年增加的石油工程專業留學生提供英文教育，全英文材料力學課程建設顯得尤為重要和迫切[1]。

根據教育部提出的高等教育“卓越化、國際化、研究型”的要求，建設國際化人才培養和科技創新的基地，我校中國石油大學（北京）以培養符合石油企業海外業務所需要的國際化人才為導向，借鑒國外先進的教育理念，探索構建了國際化人才培養體系[2-5]；特別是通過大力引進海外歸國博士，努力推進英文教學，初步構建了全英文教學體系。通過教師全英文啟發式互動式講授、專題討論、學生自主調研、專家講座、過程化考核等方式，構建與國際接軌的教學內容、教學方法體系，使學生在掌握基本知識的基礎上，培養研究能力，提高英語聽說讀寫水平。在此背景下石油工程學院自2014年起為石油工程、海洋油氣工程專業本科生開設材料力學全英文課，截止到2017年已連續開設了4年，取得良好的教學效果，年均評教位于全校近900門課程的前10%。

目前我校只是成功開設并建立了材料力學全英文課的教學體系，該體系還存在尚待完善之處，尤其是迫切需要針對我校石油工程學科的特點，加強該課程與石油工程學科的結合，爭取在有限的教學實踐中最大限度地滿足石油工程、海洋油氣工程專業的學生對材料力學的學習需求，在授課的同時建立并加深學生對材料力學和石油工程兩門學科的認識和聯系。比如在教學內容中增加石油行業的工程實例，結合工科類學科的特點，從現場實例出發，讓學生可以切實感受到該課程的工程意義，以提高學生的學習興趣；同時加深學生對材料力學知識點在石油行業中應用的理解，培養學生在石油工程背景下解決問題的力學思維。同時，通過構建開放式的網絡化教學平臺，可進一步拓展學生的學習空間，增強師生交流，豐富教學內容，開拓學生的視野和提高學生的實踐能力[6-7]。基于以上現狀，筆者自2016年開始對建設專業化、網絡化的課程教學模式展開了深入探討。

二、材料力學全英文課程專業化建設

由于材料力學全英文課程采取全英文授課的教學模式，學生的語言功底淺，授課之初國內學生普遍反映對課程內容的理解有一定的難度[1]。到引入石油工程的實例講解時，由于專業詞匯的增加，課程內容的難度也隨之增加。此外，相對于一些通識性課程，材料力學課程難度較高，學生需要付出大量的精力理解相關概念并掌握分析和計算方法。因此，需要根據課程教學內容有計劃地引入少數具有代表性的、涉及材料力學知識點的工程實例，在不影響學生學習本課程知識要點的同時，提高學生專業學習的興趣和熱情，使學生逐步適應全英文課程與中文課程的不同之處，提高課程學習效率。針對此特色教學內容，本文選取某陸上油氣鉆井平臺及井下結構物的實例加以說明，如圖1所示[8]。

教學時授課教師先向學生簡要介紹陸上鉆井結構物的典型架構，包括井架和鉆柱兩大部分，而鉆柱又包含鉆桿、底部鉆具組合和鉆頭。其中，井架由若干鋼材桿件組成，每條桿承擔一定的壓力或拉力，對應于材料力學里的桿件軸向拉伸/壓縮問題。鉆桿、底部鉆具組合均可簡化為圓柱狀，在鉆井過程中不斷旋轉同時受到上下兩端的扭矩，對應于圓軸的扭轉變形問題。同時，若鉆頭遇地層阻力過大，鉆桿軸向加載過高，有可能產生壓杠失穩的問題。由于上課學生處于剛上大二階段，對專業課程如鉆井工程的了解還不夠深入，介紹該工程實例時授課教師會采用中英文對照（如圖1）的方式展開，將工程實例簡化為材料力學構件受力問題并進行分析，再采用全英文的形式講解。授課教師從實例出發，逐步教導學生如何從實際工程中凝練出科學問題，運用材料力學的理論和公式解答問題，最終回歸現場應用——比如鉆桿在什么樣的施工條件下會因失穩而造成時間和經濟損失、如何設計鉆桿的楊氏模量、泊松比、屈服強度等材料參數以規避在某一特定工況下的失穩風險。

此外，筆者還廣泛搜集國外石油工程院校材料力學的教學資料，嘗試建立了全英文版的石油工程領域材料力學理論與技術應用的實例庫，比如套管彎曲的撓度計算、油藏塊體的壓縮變形、抽油桿的受力分析等，設計帶石油工程背景的全英文練習題和試題。同時改進教學課件，增加石油工程或地質相關的力學問題描述等內容，豐富課件的專業屬性，全方位實現課程內容與上課學生專業的緊密銜接。探索新的教學方法，比如在講解力學理論前播放一段石油工程事故的短視頻，引導學生討論為什么會發生這些事故，如何應用力學知識防止其發生，由此引入力學理論的教學和探討。

通過以上教學方式的探索與改革，材料力學全英文課程的課堂教學變得更加生動有趣，學生的學習興趣大為提高，得到了學生的一致好評。

三、材料力學全英文課程網絡化建設

目前將互聯網技術應用于課堂教學已成為大學教育的普遍趨勢。為了緊跟教育發展步伐，同時適應知識內容的更新換代，筆者嘗試通過課程的網絡化建設開辟第二教學課堂。目前的網絡教學手段主要包括開設課程網頁、微信群、微信公眾號三種方式。由于本課程為全英文課，以上三種線上教學方式的語言以英文為主，強調內容的國際化。這三種方式的具體運作模式如圖2所示。

從圖2可知，材料力學全英文課程的網絡化模式由該課程的教學團隊通過同時運營課程網頁、微信公眾號和微信群這三種方式來實現。教學團隊包括兩名授課教師，一名為主講教師，另一名為輔講教師，均擁有美國大學博士學位；同時還從研究生二年級中選取力學和英文基礎均出類拔萃的一名學生擔任該門課程的助教。在上述三種網絡教學方式中，課程網頁和微信公眾號有部分交叉的內容，以方便學生選擇在PC端或手機客戶端上瀏覽或下載。微信群為最活躍的交流平臺，教師可通過微信群實時發布通知和課堂反饋調查問卷，師生亦可不受時間地點限制完成習題及測驗題的答疑，實現隨時隨地交流溝通，使課程學習不局限于課堂。課程網頁內容主要包括授課教師與課程簡介、教學大綱、教學日歷、課堂與實驗教學多媒體、各章節內容的小測驗；通過主頁介紹、課程章節、教學方法、教學條件、教學效果和參考教材六個界面來呈現。微信公眾號除了授課教師與課程簡介、課堂與實驗教學多媒體外，還增加了以英文呈現的材料力學課外資料和材料力學應用在石油工程中的英文實例講解，以“課程講義”“信息之窗”“最新資訊”三個界面來呈現，做到至少每周更新一次信息資料并向上課學生推送，每日更新最新石油行業資訊，使學生及時了解行業動態，拓寬專業視野。通過微信群這一渠道，教學團隊可第一時間發布教學相關的通知，并可實時推送與材料力學理論、概念、方法相關的國內外文獻資料，發布的資料盡量以圖形、實例闡釋為主，力求生動有趣、形象直觀。運用微信群最重要的作用是教師、助教與學生的答疑環節可通過該渠道完成，比如有學生在微信群上提問習題或與課程內容相關的問題，不但教師、助教可抽空解答，而且其他學生也可幫助解答，便于教師與學生、學生與學生之間的溝通交流，這樣的答疑效率更高，學生的思維也更加發散。通過這種方式，學生能夠對教學內容和教學方法提出問題和建議，教師也能及時地給予解答和回復，加強師生網絡互動。

該門課程的上課學生群體不僅包括對英語興趣濃厚、英語底子好的中國學生，還包括來自“一帶一路”國家如俄羅斯、哈薩克斯坦、蒙古、肯尼亞、埃塞俄比亞等國的留學生。這些留學生的英語基礎普遍優于普通中國學生。通過2016-2017學年的網絡化教學發現，學生能夠比較流利地使用英文與教師、助教進行雙向交流，英語使用比例大于80%。我們同時發現一些中國學生在課堂上表達較含蓄，特別是用英文回答問題時表現得比較膽怯，但在網絡平臺上卻能夠自信勇敢地用英文表達、交流。

網絡教學平臺的開設豐富了課程內容，將英文教學滲透于一點一滴的網絡生活之中，學生在課余時間也可隨時隨地地進行溝通交流，對課程內容的理解更加透徹，提高了英文表達能力，增強了自信心，同時也加強了師生之間的交流。課程結束后，不少學生仍會在微信群和微信公眾平臺與老師進行交流，真正實現了師生零距離溝通。

四、建設專業化、網絡化的國際性的材料力學全英文課程

近年來，慕課（MOOC）課堂席卷全球的高等教育，不僅促進了世界范圍的知識分享，還為交叉學科的教與學創造了豐富的平臺和大量的機會[9-10]。經過四年的材料力學全英文課程教學實踐，我們的教學團隊已完成教學大綱、教學日歷、課程教案及多媒體課件、課程網絡建設，已充分具備創建材料力學全英文慕課的條件。同時，本課程的全英文屬性為推行國際化教學、建設國際性在線課程提供了天然渠道。然而，為適應慕課的課程形態、教育模式和知識創新三個維度建設的要求[11]，推動材料力學全英文課程的國際化教學，仍然需要采取以下三項改進措施：一是對課程內容進行廣泛調研，嘗試編寫適合石油工程、海洋油氣工程及相關工科專業學生的教材或教案，適應新形勢下的課程發展需要，緊跟國際教育發展步伐，傳播最前沿課程內容。二是建議學校層面繼續推進國際化路線，大力推行全英文課程建設，定期邀請國外專家指導提升教學質量，以建設一流品牌課程為目標，始終以學生發展為首要任務，推動全英文課程優化建設。三是推進國際化人才培養模式，提升材料力學全英文課程的質量，探索并總結全英文課程建設的示范性經驗，為其他全英文課程建設提供經驗。

五、結語

本文對近兩年來石油工程學科材料力學全英文課程專業化、網絡化的建設經驗進行了系統總結，發現通過引入專業性的工程問題，不僅能增強學生的學習興趣和理論聯系實際的實踐能力，還可讓學生明白石油工程學科領域學習材料力學的重要性；通過開展多模式的網絡化教學，可豐富課外教學溝通的渠道，開拓學生的學術視野，塑造國際化的學習氛圍，增強中國學生英文表達的自信心。該課程教學團隊將在已有教學模式的基礎上，嘗試搭建材料力學相關實驗的可視化和網絡化的英文教學平臺，并計劃采用慕課形式向中外學生推廣。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 林伯韜，林青，龐惠文. 石油工程專業材料力學全英文課程教學探索與實踐[J]. 大學教育，2016（1）：77-79.

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[3] 張來斌. 面向中國石油工業 探索國際化人才培養體系：以中國石油大學（北京）為例[J]. 大學（學術版），2012（9）：53-58+52.

[4] 張來斌. 深入實施國際化戰略 加快高水平大學建設[J]. 世界教育信息，2013（5）：49-55.

[5] 蔣慶哲. 改革創新 攻堅克難 扎實推進石大國際化戰略的實施[J]. 世界教育信息，2013（5）：66-68.

[6] 王育平，趙增輝，滕桂榮，等. 基礎力學網絡化教學系統研究[J]. 現代遠程教育研究， 2008（4）：40-41.

[7] 宋克志，周慶坡，吳江龍. 材料力學開放實驗教學平臺建設探討[J]. 高等建筑教育，2012（2）：115-117.

[8] Research project. Modelling and Analysis of BHA and Drill-String Vibrations[R]. https：//www.abdn.ac.uk/engineering/research/modeling-and-analysis-of-bha-and-drillstring-vibrations-149.php

[9] Martin， F G. Will massive open online courses change how we teach？[J]. Communications of the ACM， 2012， 55（8）：26-28.

[10] 曾明星，周清平，蔡國民，等. 基于MOOC的翻轉課堂教學模式研究[J]. 中國電化教育， 2015（4）：102-108.

[11] 王永固，張慶. MOOC：特征與學習機制[J]. 教育研究， 2014（9）：112-120+133.

[責任編輯：龐丹丹]