思維型課堂教學(xué)模式在《采氣工程》的應(yīng)用

王琦 劉竟成 張旭 石書(shū)強(qiáng)

摘 要：為了滿足新時(shí)代人才培養(yǎng)的需求，將思維型教學(xué)模式引入采氣工程課堂，根據(jù)思維型教學(xué)“認(rèn)知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控和應(yīng)用遷移”的基本原理，進(jìn)行采氣工程的教學(xué)設(shè)計(jì)。實(shí)踐表明，思維型教學(xué)模式激發(fā)了教師和學(xué)生的思維活動(dòng)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升了教師的教學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：思維型教學(xué);采氣工程;教學(xué)模式

采氣工程又稱(chēng)天然氣開(kāi)采工程，是石油工程專(zhuān)業(yè)非常重要的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程。課程以天然氣氣藏開(kāi)采理論與技術(shù)為研究對(duì)象，以培養(yǎng)能夠?qū)⒆匀豢茖W(xué)知識(shí)和工程學(xué)知識(shí)運(yùn)用于解決天然氣開(kāi)采專(zhuān)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)與計(jì)算、具備解決石油與天然氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題能力的人才為教學(xué)目標(biāo)。

《采氣工程》專(zhuān)業(yè)概念晦澀難懂，學(xué)科綜合性極強(qiáng)。同時(shí)，專(zhuān)業(yè)課普遍縮減學(xué)時(shí)，新時(shí)代對(duì)于人才的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)教學(xué)模式已無(wú)法滿足當(dāng)前人才培養(yǎng)的需求。而思維型課堂教學(xué)理論也為采氣工程的教學(xué)提供了新思路，經(jīng)過(guò)課程組的探索研究，將思維型教學(xué)融入到了采氣工程教學(xué)中，經(jīng)過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，思維型教學(xué)有效地增強(qiáng)課堂教學(xué)的實(shí)效性。學(xué)生的積極性大幅提升，專(zhuān)業(yè)知識(shí)掌握更牢固，創(chuàng)新能力也得到了更好的培養(yǎng)。與此同時(shí)，教師的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)也在不斷提高。真正做到了“以研促教、以教促學(xué)”。

1.思維型教學(xué)基本原理和要求

思維型教學(xué)理論[1]認(rèn)為“教師和學(xué)生的核心活動(dòng)是思維”，該理論在思維結(jié)構(gòu)智力理論的基礎(chǔ)上，著重關(guān)注課堂教學(xué)中教師和學(xué)生的思維活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)在教學(xué)活動(dòng)中“雙主體”的師生關(guān)系的重要性，倡導(dǎo)師生的課堂互動(dòng)。思維型教學(xué)理論包括了認(rèn)知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控和應(yīng)用遷移四個(gè)方面的基本原理。提出了明確課堂教學(xué)目標(biāo)，突出知識(shí)形成過(guò)程，聯(lián)系已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，重視非智力因素培養(yǎng)，訓(xùn)練思維品質(zhì)以提高智力能力，創(chuàng)設(shè)良好教學(xué)情境，分層教學(xué)因材施教七個(gè)方面的課堂基本要求。

2.《采氣工程》中的教學(xué)案例

以氣液兩相流流型的教學(xué)為例，來(lái)介紹思維型教學(xué)在《采氣工程》中的應(yīng)用。

課前準(zhǔn)備：（1）準(zhǔn)備一根外徑50mm、長(zhǎng)50cm的有機(jī)玻璃管，一端用堵頭封死，一端用可打開(kāi)的帶螺紋的蓋子;（2）一瓶500ml，被紅墨水染紅的自來(lái)水。

2.1認(rèn)知沖突

認(rèn)知沖突指的是學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，出現(xiàn)了和原有認(rèn)識(shí)不同，甚至是完全相悖的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生的一種心理的沖突。這種認(rèn)知沖突會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生疑問(wèn)，進(jìn)而更關(guān)注課堂內(nèi)容，引發(fā)其積極思考，是一種學(xué)習(xí)的原動(dòng)力?？梢约ぐl(fā)其探索出現(xiàn)與原有認(rèn)知不同現(xiàn)象的原因。

課堂實(shí)驗(yàn)1：教師將水倒入有機(jī)玻璃管中，使水的體積占有機(jī)玻璃管的70%～80%。讓學(xué)生猜想，把有機(jī)玻璃管倒置，管中的水和空氣會(huì)如何流動(dòng)？根據(jù)平時(shí)的生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)認(rèn)為水和空氣會(huì)不規(guī)則的在管中流動(dòng)。然后教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，會(huì)出現(xiàn)空氣以規(guī)則的炮彈狀向上流動(dòng)，從而引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。同時(shí)提出基本概念——流型：氣液兩相界面分布成不同幾何形態(tài)或不同流動(dòng)現(xiàn)象。

課堂實(shí)驗(yàn)2：教師將有機(jī)玻璃管中的水倒出，使水的體積占有機(jī)玻璃管的20%～30%。再次讓學(xué)生猜想，把有機(jī)玻璃管倒置，管中的水和空氣會(huì)如何流動(dòng)？根據(jù)剛才的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)有不同的猜想。然后教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，會(huì)出現(xiàn)水和空氣會(huì)不規(guī)則的在管中流動(dòng)，但水多數(shù)沿管壁以液膜的形式向上流動(dòng)，從而引發(fā)學(xué)生的第2次認(rèn)知沖突。

2.2 自主建構(gòu)

自主建構(gòu)指的是學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，主動(dòng)地提出問(wèn)題，逐步地分析問(wèn)題，最終解決問(wèn)題，利用以往的生活常識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，自主地建構(gòu)起新的知識(shí)。一是要通過(guò)引導(dǎo)，喚醒學(xué)生自己已具備的知識(shí)經(jīng)驗(yàn);二是要開(kāi)展學(xué)生之間以及師生之間的互動(dòng)交流，體現(xiàn)“雙主體”的師生關(guān)系，激發(fā)學(xué)生的思維活動(dòng)，建立學(xué)生的自信心，增強(qiáng)學(xué)生的積極性。

（1）提出問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)完成后，教師引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題：“看了剛剛的演示，大家心里有沒(méi)有疑問(wèn)，請(qǐng)大膽地提出來(lái)，我們一起來(lái)分析?！?/p>

引導(dǎo)學(xué)生提出能“明確課堂教學(xué)目標(biāo)”的問(wèn)題：①為什么兩次實(shí)驗(yàn)的流動(dòng)形態(tài)不一樣？②氣液兩相流動(dòng)除了剛才看到的形態(tài)，是否還有其它的流動(dòng)形態(tài)？

（2）分析解決問(wèn)題

引導(dǎo)學(xué)生分析兩次實(shí)驗(yàn)的條件有什么不同。很容易就能分析出，只有一個(gè)條件，也就是氣液體積的占比率不同。教師引導(dǎo)學(xué)生一起引出基本概念，即“持液率：在流動(dòng)狀態(tài)下單位長(zhǎng)度管段內(nèi)液相容積所占份額”、“持氣率：在流動(dòng)狀態(tài)下單位長(zhǎng)度管段內(nèi)氣相容積所占份額”。也就是說(shuō)兩次實(shí)驗(yàn)只有持液率不同?？梢缘贸鼋Y(jié)論：持液率不同會(huì)使氣液兩相流動(dòng)形態(tài)不同。這也就分析出了流型不同的本質(zhì)是持液率不同。

以油氣沿井筒中噴出時(shí)的流型變化為例，和學(xué)生一起逐步分析出持液率真從低到高會(huì)出現(xiàn)的流型為泡狀流、段塞流、過(guò)渡流、環(huán)霧流。

通過(guò)教師的引導(dǎo)、學(xué)生的自主討論、師生之間的相互交流、教師的歸納總結(jié)，最終自主建構(gòu)了氣液兩相流流型這個(gè)知識(shí)體系。

2.3自我監(jiān)控

自我監(jiān)控是指教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)課堂的教學(xué)內(nèi)容、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程進(jìn)行回顧、反思和總結(jié)。著重對(duì)課堂中的思維活動(dòng)和思維方式進(jìn)行監(jiān)控。以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生形成自己的認(rèn)知方法和認(rèn)知結(jié)構(gòu)，提升自我反思、總結(jié)的能力。

教師指導(dǎo)學(xué)生回顧及分析對(duì)比各流型的持液率、滑脫損失、連續(xù)相和分散相。并分組發(fā)言。最終建立氣液兩相流流型這個(gè)知識(shí)體系的完整框架，繪制出思維導(dǎo)圖。

2.4應(yīng)用遷移

應(yīng)用遷移是指學(xué)生將在課堂上自我建構(gòu)的知識(shí)用于實(shí)際問(wèn)題的解決，也就是引導(dǎo)學(xué)生將課堂所獲得的知識(shí)舉一反三、結(jié)合實(shí)際進(jìn)行分析，最終解決問(wèn)題。在應(yīng)用遷移的過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生掌握類(lèi)比思維、聯(lián)想思維、交叉學(xué)科思維、發(fā)散思維等，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)本質(zhì)的理解，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

教師提出問(wèn)題，讓學(xué)生分組討論：

（1）是否所有生產(chǎn)井井筒內(nèi)都存在泡狀流、段塞流、過(guò)渡流、環(huán)霧流這幾種流型？

（2）未飽和油藏中的生產(chǎn)井井筒中有哪些流型？

（3）氣藏中的生產(chǎn)井井筒中有哪些流型？

學(xué)生分組討論后發(fā)言，最終教師歸納總結(jié)，并不是所有生產(chǎn)井井筒內(nèi)都存在泡狀流、段塞流、過(guò)渡流、環(huán)霧流這幾種流型，流型變化要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)井井筒中的持液率來(lái)進(jìn)行分析。

3.小結(jié)

采氣工程課堂教學(xué)從2018年開(kāi)始采用思維型教學(xué)，實(shí)踐證明，思維型課堂教學(xué)提升了學(xué)生的積極性，激發(fā)了教師和學(xué)生的思維活動(dòng)。學(xué)生的學(xué)習(xí)能力得到了提升，創(chuàng)新思維得到了培養(yǎng)，學(xué)生在關(guān)注分?jǐn)?shù)以外更加注重對(duì)新知識(shí)的獲取方法、思維模式的培養(yǎng)。同時(shí)，教師的教學(xué)能力得到了提升，教學(xué)方法不斷更新，采氣工程的整體教學(xué)質(zhì)量在持續(xù)提升。

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作者簡(jiǎn)介：

王琦，重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院，講師

[基金項(xiàng)目] 重慶科技學(xué)院研究生教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目，“碩士專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生心理潛能訓(xùn)練體系構(gòu)建及實(shí)踐評(píng)價(jià)”（YJG2016y004）