輸油管道設計與管理課程教學改革與探索

王昆

［摘 要］輸油管道設計與管理課程是遼寧石油化工大學油氣儲運工程專業的主干專業課。文章結合已有的課程資源，深入探討了本課程的特點及其在專業課程教學體系中所處的地位和起到的關鍵作用。課程組教師根據教學情況對教學內容進行了調整，采取多種不同的教學方法適應不同章節的學習要求，并采用了先進的“互聯網+課堂”的授課模式。實踐證明，新的教學模式能夠為學生提供課上和課下不間斷學習的平臺，使學生獲得思考、解決和討論問題的機會，從而掌握專業知識和技能。

［關鍵詞］輸油管道；教學改革；教學方式

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）10-0079-04

輸油管道設計與管理課程是油氣儲運工程專業學生的專業課，它系統講授與輸油管道設計相關的基本概念、基本原理和工藝計算方法，主要內容包括：輸油管道概況和勘察設計、等溫輸油管道的工藝計算、加熱輸送管道工藝計算、易凝高粘原油輸送工藝、熱油管道的運行管理、順序輸送和輸油站[1]。本門課程可以培養學生運用專業知識識別、理解、分析和處理輸油管道系統復雜工程問題的能力。

因為輸油管道設計與管理課程涉及的概念和公式很多，很多學生都反映這門課程學習起來比較吃力。為了讓學生學好這門課，提高他們的學習興趣和理論聯系實際的能力，遼寧石油化工大學（以下簡稱“我校”）油氣儲運工程專業持續對輸油管道設計與管理課程進行了教學改革，取得了一定的成效。

一、教學內容改革

（一）整合教學內容

輸油管道設計與管理教學中部分章節與其他課程內容有重復，因此授課內容必須進行合理的選擇[2]。例如，第三章熱油管道工藝設計中涉及熱油、管道及環境的傳熱過程，關于傳熱的種類、方式、邊界條件及傳熱量的計算方法等內容已在熱工學這門課程中作為重點、難點詳細學習過了。經過整合，本課程對這部分內容只進行簡單的回顧與復習，把更多的學時用來重點學習加熱輸油管道的工藝計算。

（二）結合學校的特點，增加特色教學內容

我校位于遼寧省撫順市，該市是東北老工業基地之一，也是全國比較著名的石化工業生產基地，具有多家大、中、小型石油化工廠。為此，我校油氣儲運工程專業的特色為：立足遼寧，面向全國，以服務石油、石化行業為主，培養能夠為地方經濟發展、東北老工業基地振興及國家經濟建設服務的應用型高級專門人才。根據專業特點和地方特色，專業教師豐富了成品油管道的相關內容。例如，隨著石油工業技術的發展，煉油廠與化工廠生產的輕烴種類及產量越來越多，輕烴管道的設計及建設規模也日益擴大。為此，在學習汽、柴油等成品油管道輸送的相關內容之后，教師在教學過程中著重講述了輕烴成品油管道的相關內容。增加特色內容的講授，可以使學生在畢業后有機會為地方經濟的發展添磚加瓦。

（三）緊跟技術發展，更新課程內容

長輸管道工業發展非常迅速，而教材時效性差，學生較難從書中學習到與輸油管道相關的先進技術和最新的設計規范。因此，教師要根據行業發展及時調整教學大綱，使教學內容緊跟時代發展。在教學過程中，學生既要掌握傳統的工藝設計和運行管理方法，也要學習輸油管道工業中研究的熱點問題、新技術和新方法等學科前沿的內容，例如智能輸油管道、輸油管道檢測技術和海洋輸油管道的設計等。這樣才能保證學生掌握的專業知識始終能跟上輸油管道技術的發展，學生既獲得了學科前沿的相關知識，拓寬了知識面，也為就業后從事輸油管道的設計和管理工作打下了堅實的基礎。

二、教學方式改革

（一）引入案例教學

案例教學是由教師根據相關的教學內容，確定某一教學目標，選擇實際生產和生活中出現的經典案例進行授課。在課下，學生要進行案例的獨立分析；在課上，學生之間要對案例進行交流和探討。這種方法可以提高學生分析和解決實際問題的綜合能力，因此受到師生的廣泛歡迎，在當今世界的教育和培訓領域中得到了重視和應用[3]。

過去，學生主要通過教師在課上的講授來獲取知識，靠死記硬背通過期末考試。這種情況下學生掌握的知識并不扎實，而且學習的內容在實踐中也不確定是否適用，學生在學習過程中并不能真正體會專業知識的實際應用。這種現象會削弱學生學習的積極性，造成學生的厭學心理。而在案例教學中，學生需要根據案例的情況查閱相關的理論知識，然后主動去學習這些知識，改變了傳統教學中的被動學習狀態。這樣習得的知識學生掌握得自然牢固。學生再通過認真的思考，提出案例的解決方案，完成學習任務。整個案例教學過程充滿趣味性，提高了學生學習的積極性與解決問題的能力，增強了學生勇于進取的動力。此外，學生需要根據案例發表自己的觀點，這也提高了學生與人溝通的能力。

在案例教學過程中，學生將遇到的問題及時與教師進行交流，能為教師日后的教學工作積累經驗，同時也會督促教師對所教授的課程不斷思考、研究和學習，以滿足學生的需求。目前，許多高校都在實施案例教學法，但是主要應用于法學、醫學、商學等學科，在理工科課程教學中應用較少。

輸油管道的設計和運行有著近百年的歷史，因此本門課程具有非常豐富的實際應用案例。

例如，在第四章易凝高粘原油輸送工藝中，對于易凝高粘原油輸送管道，多采用加熱輸送的方法，雖然可以實現這類油品的正常輸送，但是熱油管道在投產和運行過程中存在較多缺點，如燃料消耗量大、易造成環境污染和熱污染、占用的設備及人力較多、事故停輸后會有凝管的危險等[4]。針對易凝高粘原油加熱輸送方式的缺點，近年來我國各油田一直在探索和研究易凝、高粘原油的不加熱輸送工藝及降低輸送溫度等方面的相關課題，均已取得顯著進展。關鍵問題是如何才能引起學生對原油的常溫輸送的高度重視。若采取傳統的教學方法，教師會因為易凝高粘原油具有非牛頓流體特性，首先講授這類原油的流變性和相關的水力計算，最后介紹易凝高粘原油經常采用的改性輸送工藝，這樣并不能讓學生充分意識到原油常溫輸送的重要性，對所遇到的實際輸送問題也不能進行正確的分析和處理。如果在課堂上可以選取一些具體的案例進行分析學習，學習效果會有很大改善。例如，在教學中可選取從蘇丹的黑格林格到蘇丹港的原油常溫輸送管道作為典型案例。這條管道是世界上最長的加降凝劑的常溫原油輸送管道，采用的是我國的降凝劑技術，取得了極為顯著的經濟效益。案例教學促使學生利用課下時間分析案例，在課上教師也會使用大量的圖片、數據和方案進行對比分析，將常溫輸送管道的優勢真實地展現在學生面前。這樣，學生就會自然而然地認識到原油常溫輸送的重要性。除此之外，為了引導學生利用已學知識分析和解決問題，培養學生綜合知識運用的能力，教師在講授理論知識前，可以為學生預先模擬一個工程情景或提供一個工程實例。例如在教學輸油管道的經濟管徑時，可以先為學生提供這樣的案例：在已知管道的設計參數時，要通過經濟流速預選管徑，如何利用費用現值法確定最優管徑？其經濟效益怎樣？

通過案例學習，學生對知識的理解進一步加深，同時增強了理論聯系實際的能力。

（二）利用數值模擬軟件輔助教學

隨著計算機軟硬件技術的迅速發展，數值模擬軟件在輸油管道設計與管理中的應用越來越廣泛。其中比較著名的模擬軟件是ANSYS模擬軟件，這款軟件具有強大的前、后處理功能以及無可比擬的求解深度。例如，ANSYS軟件可用來分析管道內油品流速、壓力和溫度等參數的分布規律，在學生學習了理論知識之后，利用數值模擬軟件進行相應內容的模擬，可以讓學生有一個更形象的認知。

在輸油管道設計與管理的授課過程中，針對實際管線，利用ANSYS軟件，可以為學生創造一個發揮想象的空間。例如，讓學生利用已經學過的理論知識，自己設計油品管道輸送過程中可能會遇到的問題[5]，并進行計算及工況分析。這樣的學習過程不僅讓學生對所學知識掌握得更牢固，而且增加了學生的學習興趣。

再例如，我國油田盛產高凝點的含蠟原油，這類油品大多采用加熱輸送的方式。在輸送過程中，管道可能會由于事故原因或計劃原因發生停輸等事故，一旦發生事故，會導致管內油品的溫度分布和速度分布以及管外的環境溫度場都隨之發生變化，為管道的維修和再啟動帶來一定的困難。對于這類問題，教師在教學中可以利用數值模擬的方法來分析油品、管道以及環境的溫度分布，幫助學生建立更形象的工程認識，培養學生運用專業知識分析和解決管道系統復雜工程問題的能力。

此外，ANSYS軟件也廣泛運用于管道輸送問題的前沿研究中，例如水合物漿體輸送、管道泄漏擴散等。在課程前沿的教學中引入數值模擬，可拓展學生的思維，讓學生把握行業發展動向。因此，數值模擬軟件在輸油管道設計與管理課程中的應用具有非常重要的意義和作用。

（三）引入專題研討式教學

研討式教學即針對某一研究方向讓學生在上課前自己查閱并學習一些相關理論，整理自學過程中所遇到的問題，在課上學生將自己遇到的問題與教師和同學進行探討。

教師可根據輸油管道設計與管理課程每一章節的特點，選擇部分內容進行研討式教學。例如針對第二章的等溫輸油管道的工藝計算，可選擇“等溫輸送管道設計方案的優化”這個題目進行研討式教學。根據題目，教學可按照下面五個步驟進行：第一步，做前期準備。教師利用課上的部分學時先講授等溫輸送管道的特點和工藝計算的方法等基本知識，并指導學生查閱所需資料，告知查閱資料的要求、方法和渠道。第二步，以撫順至營口的成品油管道為例，建立等溫輸送管道設計方案的優化模型。第三步，將每班學生分成若干個學習小組，每組分別研究并建立以能耗費用、管線允許最大出站壓力、允許最低進站壓力等為目標函數的最優化數學模型。第四步，學生通過課下的自學和討論，進行學習總結，每人完成一份學習報告。第五步，在課堂上，學生和教師進行溝通交流，每組選擇一位學生代表進行匯報，其余幾組學生進行打分，然后由教師點評和總結。下課后，每位學生要根據教師及同學提出的意見和建議，結合自身的體會對學習報告進行修改和完善并上交，教師將報告分數計入平時成績。

將研討式教學應用于輸油管道設計與管理課程，可以將學生塑造為理論與實踐相結合的創新性應用型人才。

三、采用“互聯網+課堂”的授課模式

（一）采用混合式授課模式

隨著新技術、新設備的不斷推陳出新，學習的方式方法、教育的內涵外延都發生了很大變化[6]，“互聯網+教育”具有其他授課模式不可比擬的優越性。高校利用互聯網的優勢，可以共享課程資源、實現教育的公平性。

輸油管道設計與管理課程利用“互聯網+教育”的優勢，將翻轉課堂授課模式引入日常的教學中。翻轉課堂是指學生在課前自主學習教師在教學網絡平臺上推送的視頻和課程資料，教師不再占用課堂時間來講授知識。在課堂上，學生可以根據教師提出的問題進行頭腦風暴，教師可以利用課堂時間進行案例教學或研討式教學，也可以對學生提出的重點、難點問題或自測題中錯誤率較高的題目進行講解，還可以進行相關內容的測試。

雖然翻轉課堂在教學中有很大優勢，但是對于輸油管道設計與管理課程來說，如果全部學時都采用翻轉課堂的方式授課，相對來說比較復雜，也不容易實現。因此，本門課程采用的是混合式授課模式，既有教師的課上講授，又在部分章節采用翻轉課堂的授課方式。例如，在第四章含蠟原油降凝劑改性輸送工藝的教學中，可將這部分內容以視頻的形式推送到課程的網絡教學平臺上，并給學生布置相關內容的自測題，提示學生在課前要進行關于降凝劑作用、種類及其效果的自主學習。在課堂上，對于降凝劑的應用效果做簡單分析，圍繞降凝劑的作用展開討論，師生面對面地交流，教師針對自測題中學生錯誤率較高的問題進行講解。混合式授課模式既可以培養學生獨立思考、獨立學習等方面的能力，也可以使教學效果得到很大改善。

（二）利用“雨課堂”或“云班課”實現課堂的師生互動

“雨課堂”或“云班課”都是目前應用比較廣泛的網絡授課軟件。“雨課堂”以PPT為載體，以微信為交流的平臺，無論是教師還是學生應用起來都比較簡單。應用“雨課堂”授課，不僅可以加強師生之間的互動，而且可以充分調動學生的學習積極性，培養學生的進取心，使學生能做到課上認真學習，課下主動預習和復習。“雨課堂”有多種師生之間的互動形式，還有多種題型的在線測試，能讓所有學生都參與到教學中，并動思考和討論，實現在娛樂中學習、在學習中娛樂的目的。

例如在學習第五章熱油管道的運行特性時，教師在課前把熱油管道不穩定工作區的概念、特點及出現的條件以PPT及視頻的形式推送給學生，課上教師先通過“云班課”與“雨課堂”的習題功能，復習不穩定工作區的概念，并把不穩定工作區出現于維持TR不變的運行方式中的原因及其特點和出現條件分析給學生，通過彈幕了解學生對知識的掌握情況，再通過做選擇題的形式加深學生對不穩定工作區相關內容的理解，最后給學生布置一道關于不穩定工作區的主觀題，以進一步加深學生的印象。

此外，“雨課堂”具有簽到的功能，通過手機微信掃碼就可以進入課堂學習。這項功能既可起到對學生的督促作用，又可以為教師節省點名的時間。同時，為了防止學生遲到或缺席，“雨課堂”還提供了一個隨機點名的功能。這兩個功能可以保證學生上課的出勤率，提高了學生在課上的學習效率。

四、教學效果

通過近年來的反復研究和論證，我們對輸油管道設計與管理課程進行了教學改革，特別是在新冠肺炎疫情期間，大力推進了本門課程的思政教育改革。通過課程的學習，培養了學生嚴格認真的科學態度和良好的工作習慣，充分發揮了石油精神、環境保護、立德樹人的引領作用。在教學過程中，課程組通過整合課程資源、優化課程內容、采用先進的授課手段，摸索出了一套適合輸油管道設計與管理課程的教學模方式，提高了學生的學習效果。本次課程教學改革之后，很多學生都積極主動地參與到教師的科研項目中，根據指導教師的反饋，學生對課題的理解能力和實際操作能力明顯增強。

五、小結

在實施教學改革之后，輸油管道設計與管理課程取得了較好的教學效果。油氣儲運專業的畢業生基本滿足了儲運行業發展的需要，同時滿足了油氣儲運工程應用型人才培養的要求，受到了用人單位的歡迎[7]。

當然，本課程在教學過程中也存在一些問題。因為采用多種教學方法和新型的教學模式，無形中增加了教師的工作量，教師需要付出比平時同課時量多幾倍的努力和勞動，所以如何補貼教師和獲得教師認同是一個比較重要的問題，也是日后繼續研究并亟待解決的主要問題[8]。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 姚培芬，肖榮鴿，蔣華義.《輸油管道設計與管理》精品課程建設[J].學理論，2013（9）：244-245.

[2] 王海秀，周錫堂，梁飛華.管輸工藝課程教學改革研究[J].化工高等教育，2014（5）：35-37.

[3] 陶建格.案例教學在《管理學》教學中的應用研究[J].中國校外教育，2009（S3）：591.

[4] 李琳，穆向陽，江秀漢.長輸管道自動化技術[M].北京：石油工業出版社，2005：52-53.

[5] 田園，楊皓瓏，趙學芬，等.油氣管道輸送與管理課程案例教學方法初探[J].廣東化工，2018（18）：216-218.

[6] 楊艷芬.“互聯網+”背景下的開放教育英語混合式教學模式探究[J].新東方英語（中英文版），2018（2）：67-68.

[7] 竺柏康，徐玉朋，張仁坤，等.油氣儲運工程專業應用型人才培養模式的研究與實踐[J].石油庫與加油站，2007（5）：8-11，14-15.

[8] 吳娜，竇磊，楊德琴.醫學研究生專業外語教學模式的改革與探索[J].重慶醫學，2017（32）：4592-4594.

［責任編輯：鐘 嵐］