新工科視域下的石油與天然氣工程類專業實踐教學模式探究

王志華　楊二龍　張立剛　胡紹彬　曹廣勝

[摘 要]作為我國工程教育的戰略性改革方向，新工科教育是對面向行業需求、服務經濟發展的工科專業辦學模式進行系統改革的一種行動。在此視域下，作為行業背景較強的石油與天然氣工程類專業，則需要主動布局，改造升級，突破傳統的單一學科界限，走向學科間的交叉融合，實現從辦學服務滿足油氣工業發展到辦學服務滿足與支撐引領油氣工業發展并重。考慮到新工科教育與OBE理念的結合是學科演變與專業建設需求的共同作用和必然途徑，基于石油工程、油氣儲運工程專業培養目標，課題組圍繞專業的實踐教學模式和運行評價機制，進行了能力導向的實踐教學體系改革、以學生為中心的創新實踐平臺建設，以及持續改進的師資隊伍建設和實踐教學運行與管理，以期為石油與天然氣工程類專業建設的整體升級思路設計與升級路徑探尋提供支撐，也為推動相關傳統工科專業的改革創新提供借鑒和參照。

[關鍵詞]實踐教學;持續改進;新工科教育;OBE理念;石油與天然氣工程

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）09-0024-04

一、新工科建設的內涵特征及對傳統優勢工科專業的引領

黨的十九大報告中明確指出，建設教育強國是中華民族偉大復興的一項基礎性工程[1]。習近平新時代中國特色社會主義思想，從十四個方面系統闡述了新時代下堅持與發展中國特色社會主義的基本方略，同時對高等教育發展也提出了新的、明確的要求，指出能夠接受優質的高等教育是人民美好生活的重要組成。自從我國成為工程教育本科專業學位國際互認《華盛頓協議》的正式成員國后，我國高等教育與成果導向教育教學理念（OBE理念）相得益彰，新工科又成了工程教育改革創新的一個關鍵詞[2]。2017年我國教育部相繼號召開展新工科研究與實踐，從“復旦共識”到“天大行動”，再到“北京指南”的新工科三部曲開啟了工程教育改革的新征程，為我國應對新經濟、新業態挑戰，服務國家戰略，滿足產業需求和面向未來發展注入了一劑強心針[3-4]。從廣義上來講，新工科建設是為了適應新型科技革命和經濟轉型升級、涉及各種工程及相關專業領域的一種整體性變革，是高等教育教學的新模式、人才培養的新方向、專業設置的新理念、教育教學改革與創新的新舉措;從狹義上來講，新工科建設則是對各類新型工科專業的增設和傳統工科專業的改造升級[5-6]。總之，新工科建設的內涵特征表明，新工科的構筑是對全局工科的總動員，而傳統優勢工科專業，則需要在其引領下進行改造升級。

在此視域下，作為行業背景較強的石油與天然氣工程類專業，則必須主動布局本學科領域的人才培養，打破傳統的單一學科界限，尤其以當前油氣行業數字化轉型浪潮和提高油氣采收率為永恒主題的雙輪驅動為牽引，走向學科間的交叉融合，實現從教育教學服務滿足石油天然氣工業發展到教育教學服務滿足與支撐引領石油天然氣工業發展并重[7]。因此，考慮到OBE理念與新工科教育的充分結合和引領是學科發展與專業建設的共同需求和必然途徑，本文從OBE 教育教學理念和新工科建設基本要求出發，結合石油工程、油氣儲運工程、海洋油氣工程專業人才培養目標，著眼專業實踐教學模式和運行評價機制，探索進行能力導向的實踐教學體系改革、以學生為中心的創新實踐平臺建設，以及持續改進的師資隊伍建設和實踐教學運行與管理，構建特色鮮明、全方位立體化的實踐教學模式，為石油與天然氣工程類專業建設的整體升級思路設計與升級路徑探尋提供有益支撐，并助力一流專業“雙萬計劃”的申報建設與實施，同時，為推動相關傳統工科專業改造升級及專業間的交叉融合提供一定的理論依據和實踐借鑒。

二、石油與天然氣工程類專業概況及實踐教學模式創新構筑思路

東北石油大學石油與天然氣工程國家重點一級學科作為黑龍江省雙一流學科、ESI TOP 1%學科，設有油氣井工程二級學科、油氣田開發工程二級學科、油氣儲運工程二級學科和海洋油氣工程二級學科，已發展形成油氣井工程理論與技術、油氣田開發工程理論與技術、油氣儲運工程理論與技術及海洋油氣工程理論與技術等學科特色[8]。石油與天然氣工程類專業涉及陸上及海上油氣資源的鉆探、開發、分離、計量及儲存與輸運，涵蓋油氣井工程、油氣田開發工程、海洋油氣工程及油氣儲運工程等專業方向，屬于運用多學科理論、方法、技術與裝備開發、利用油氣資源的工程技術領域[9]。本學科長期堅持創新原則，注重產學研相結合，緊密服從和服務于我國能源發展戰略和黑龍江省能源發展規劃，優先瞄準對黑龍江省振興東北老工業基地、建設哈大齊工業走廊和大慶建設百年油田影響重大的提高油氣采收率的關鍵理論和技術，以及專業人才需求，始終以實現油田穩產高產和降低生產成本為建設規劃目標與高素質人才培養宗旨。

為了構筑適應于新工科建設要求和OBE 教育教學理念的實踐教學模式，助推創新型人才培養，融合多環境，面向石油與天然氣工程類專業的油氣井工程、油氣田開發工程、油氣儲運工程及海洋油氣工程分方向配置實驗、實訓資源，并形成一套以學生為中心的資源利用與共享實施操作方案，優化以提升能力為主要導向的人才培養模式，從而支持石油工程、油氣儲運工程及海洋油氣工程專業本科畢業要求的達成。在注重學生個性發展方面，秉承“強化實踐、提升能力，因材施教、多元發展”的理念，從面向多元化人才培養的專業知識體系凝練、專業實踐教學體系改革及學生日常管理模式創新出發，構建兼具模塊化培養和可持續改進的個性化培養模式，促進適應石油天然氣工程技術與產業發展的多元化人才輸出;在產教融合的深化實踐方面，助推校企多方協同育人模式的構建及有序運行，挖掘利用已建成的共建實習實訓平臺、共建實踐教育中心等在內的校企合作基礎條件，積極尋求深度實施產教融合的新舉措、新途徑，特別是關注工程教育認證對畢業生非技術能力培養方面的要求，改進以實驗、實踐類項目與課程為主體的專業課程體系，探索形成對非技術能力的達成度能夠給予有效評價的方法，促進校企多方協同育人模式的高質量運行，切實實現教育教學過程中對學生非技術能力的足夠重視和漸進式培養。同時，在持續改進過程中有序開展基礎類實踐教學體系模塊、學科專業類實踐教學體系模塊、實習實訓類實踐教學體系模塊及創新創業類實踐教學體系模塊的教學運行和管理，構筑形成面向將來石油天然氣產業鏈專業技術人才需求的專業實踐教學模式，支撐專業的改造升級與創新發展。采取改革、建設與教學實踐和跟蹤評價并進的方法，按照如圖1所示的思路創新構筑特色鮮明的實踐教學模式。

另外，考慮課程思政有效融入專業實踐教學的載體作用，不斷挖掘、提煉德育元素，貢獻于人才培養全過程與思政教育大格局的構建。例如，在圍繞發揚傳承石油戰線的大慶精神、鐵人精神進行育人的同時，著力推進課程思政教育教學改革，提煉專業實驗、實踐教學環節中所蘊含的相關德育元素，助力專業實驗、實踐課程與其他思政課程同向同行，產生能夠發揮人才培養環節中價值認同與價值引領作用的整體聯動效應。

三、以能力為導向的實踐教學體系改革

在我校石油與天然氣工程類專業中，覆蓋油氣井工程和油氣田開發工程方向的石油工程專業，以及油氣儲運工程專業已通過中國工程教育專業認證，兩個專業的人才培養目標均定位為在畢業5年左右后，畢業生能夠獨立或團隊合作解決本領域復雜的工程問題，且能夠在本領域的生產、設計、科研和管理過程中自覺重視健康、安全、環境、社會、文化、法律等因素。為此，應結合現實需求下的新工科建設內涵和OBE教育理念，著眼以能力為導向的人才培養模式的創新與達成，進一步完善已有的以時間（低年級到高年級）和空間（油藏、井筒到地面）為軸的融合遞進式“三位一體”實踐教學體系，按照從基礎、應用到綜合創新的分級能力培養，從技術知識、工程思維到品質、才能的多元化實踐培養，以及從教師推動到學生自主化的實踐方式，對本科層次培養全程實踐教學進行模塊化設置，改革構建從學科基礎類實踐教學模塊、學科專業類實踐教學模塊、實習實訓類實踐教學模塊到創新創業類實踐教學模塊的全方位、立體式實踐教學體系，形成傳統優勢工科專業實踐環節高質量培養的一種架構。同時，將創新實驗、學科賽事以及具有特色的大學生創業活動納入創新創業實踐模塊，帶動學生走進科技型石油天然氣類中小企業，促進指導教師的科研成果以這些科技型中小企業為載體進行轉化，從而重構形成適應于石油工程、油氣儲運工程、海洋油氣工程專業等專業改造升級的一體化實踐教學體系。

四、以學生為中心的創新實踐平臺搭建

創新實踐平臺是培養學生創新實踐能力的訓練場和檢驗場，其涉及實驗室平臺、學科競賽平臺、實習實訓平臺等，在人才培養目標達成方面發揮著舉足輕重的作用[10]。

（一）實驗資源整合

我校通過整合石油工程與地質國家級實驗教學示范中心已有的石油工程大學生創新實驗平臺的資源及購置引進先進教學儀器、自主開發搭建實驗裝置等多措并舉的方式，打造能夠充分體現明晰的學科專業布局和定位，同時彰顯二級學科間交叉融合的油氣井工程方向本科生創新實驗平臺、油氣田開發工程方向本科生創新實驗平臺、油氣儲運工程方向本科生創新實驗平臺及海洋油氣工程方向本科生創新實驗平臺。

同時，我校切中新工科教育和石油與天然氣工程類專業改造升級過程中的一些契合點，不斷優化教學平臺的資源配置，圍繞智能油田、智慧管網等設置能夠再現學科間交叉融合的實驗、實訓項目，并針對開課學時、受益學生人數、學生培養效果及平臺的安全建設等多個方面，制定必要的組織實施和管理制度，以實現實驗資源配置的不斷優化，使實驗資源運行的組織實施及管理達到制度化。

（二）實訓平臺拓展

以深化“校—企”“校—校”合作為抓手，融合環境優勢，根植于與大慶油田共建的石油工程實踐教育中心，全方位拓展與大慶職業學院國家應急救援培訓演練基地的合作，建設以HSE仿真實訓為代表的、支撐石油與天然氣工程類專業畢業要求達成的“校—企”“校—校”資源共享型協同育人實訓平臺，并以案例教學、聘請專家講座、赴現場實訓、綜合考核的方式開展實踐教學與評價反饋，形成了具有可操作性的資源共享實施操作方案[11-12]。

例如，石油及石油產品具有容易揮發、易燃易爆、易產生靜電等特性，針對這些特性對儲運環節安全生產的威脅與高標準要求，重點圍繞潛在的火災、爆炸威脅與事故的有效應對和處置，引入三維虛擬現實技術、游戲交互技術以及云服務技術，設計建設了包含石油與石油產品庫工藝單元操作切換、石油與石油產品庫區揮發油氣濃度特征預警、石油與石油產品庫各種可能性火情再現、石油與石油產品庫事故應急反饋、石油與石油產品庫消防裝備調控及滅火救援等在內的儲油庫滅火救援智能化操作實驗臺。利用該平臺，學生能夠充分學習石油與石油產品庫區功能智能化操控、石油與石油產品接收、石油與石油產品輸轉運行實時反饋及庫區的生產安全管理等知識。同時，還要基于平臺積極引導學生主動想像、構思一種面向未來的石油及石油產品儲庫智能化生產、安全監控與應急救援的模式。

再如，針對在實踐教學環節如何更好地融合對未來油田采油作業模式的探索和展示，搭建了熱力采油系統智能化模擬實驗平臺。該平臺具有三大功能：首先，平臺可實現熱力采油蒸汽吞吐工藝中關于注汽、燜井及采油工序的控制與模擬，可進行油藏地質參數和儲層流體特性對蒸汽吞吐效果的預測及信息反饋;其次，平臺可完成蒸汽驅工藝中注采井網布置、驅替參數設置、前緣運移過程描述及溫度場變化與工藝中蒸汽超覆、汽竄等特征的可視化描繪;另外，平臺基于數據分析系統，可完成蒸汽輔助重力泄油工藝中布井方式的優選、生產井井底溫度的智能控制，以及含水率、含油飽和度資料的自動統計分析與溫度場、壓力場演變過程描繪。對該平臺數字化、智能化功能進行充分挖掘與運用，能促進學生對專業知識的鞏固及梳理，激發學生形成并構建多學科知識與能力體系，引導學生對場景化、可視化智慧采油技術解決方案進行設想，深化對智能油氣田建設的深入理解與認識。

除此之外，復雜組成性質采出液的高效處理和工藝控制一直是石油與天然氣工程類專業畢業生從事的一個重要分支工作，考慮如何挖掘、分析并利用好油田地面系統龐雜的數據資料，尤其是動態生產數據資料，針對油田地面工程規劃設計環節最為核心的油井產液特性表征和常規人工取樣分析測試中降低勞動強度的現實需求，設計搭建了智能化采出液檢測與處理平臺。因為該平臺從綜合含水率指標、原油流動能力指標、多相流動性能參數指標、處理設備能耗指標可實現檢測、傳輸與查詢，且圍繞“兩段式”處理工藝，從游離水脫除段到乳化水分離段，具有智能化銜接“兩段式”處理工藝的功能，并通過對生產數據的挖掘和歸類分析，可實時優化調整運行參數，所以基于該平臺，學生可以實現對不同組成性質采出液特性的分析測試，可以開展對采出液破乳脫水處理的模擬與破乳脫水效果的評價，進而在畢業要求知識和非技術性能力兩方面獲得必要的實踐訓練與培養。

五、持續改進的師資隊伍建設及實踐教學運行與管理

針對石油與天然氣工程類專業的實踐教學，貫徹“專兼結合、相對穩定、立足培養、持續改進”的基本原則，推進師資隊伍建設，及制度化、規范化實踐教學的運行與管理，亦是符合新工科內涵對全局工科的考量。

（一）實踐教學師資隊伍建設

為了加強實踐教學師資隊伍建設，要按照學科基礎類實踐教學模塊、學科專業類實踐教學模塊、實習實訓類實踐教學模塊及創新創業類實踐教學模塊的需要引進自有教師，選聘兼職教師，培養青年教師，形成引進和培養相結合、專職和兼職相結合的實踐教學師資隊伍建設方案，注重工程背景、學緣關聯及年齡結構。同時，按照課程性質，劃分流體力學專業基礎類及油氣鉆井工程、油氣藏工程、油氣儲運工程、海洋油氣工程專業類等不同方向，按照專業特點和人才培養需求，針對油氣井工程、油氣田開發工程、油氣儲運工程和海洋油氣工程等二級學科方向，分別設計組建實踐教學課程組，從而構建適應石油與天然氣工程類專業布局、保障各平臺有序運行所需的實踐教學教師團隊。

（二）實踐教學科學規范運行與管理

以認證專業石油工程和油氣儲運工程的持續改進為契機，從實驗室的信息化建設，實踐教學過程的組織，學生實驗、實踐自主參與度的提升，實踐教學質量的跟蹤評價及實驗室、實訓平臺環境的安全改造升級入手，構建更為科學化、規范化的實踐教學運行與管理模式。在考核評價上，一方面衡量對學生畢業要求的達成情況，以及量化實驗、實踐類課程目標達成度的有效方法，特別針對校企多方協同育人各類實踐平臺的共享共用，以企業評價的權重占優，進行校企聯動，形成圍繞非技術能力達成度評價的系統方法;另一方面，抓住學生的受益效果這一核心，實施績效考核，跟蹤評價教學實踐平臺的運行效益，構建動態的評價和獎勵支持體系，并將其直接納入對實踐平臺資源配置的后續投入及其實踐功能的擴展規劃建設中。

六、總結

新工科建設開拓了我國工程教育改革的新路徑，也唱響了人才培養的主旋律。在此背景下，作為傳統優勢工科專業，石油與天然氣工程類專業更應審時度勢、主動布局、改造升級，以適應國家戰略和產業未來發展對人才培養的現實需求。我校針對石油工程、油氣儲運工程、海洋油氣工程專業特點，結合OBE教育理念和新工科建設內涵，改革構建了以能力為導向的實踐教學體系，搭建了以學生為中心的創新實驗、實訓平臺，形成了持續改進的實踐教學師資隊伍建設方案，有效實現了更為科學、更加規范的實踐教學運行秩序與管理方式，為形成一種具有示范引領性的石油與天然氣工程類專業實踐教學模式提供了有益借鑒。

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[責任編輯：鐘 嵐]