“石油地質學”實踐教學環節的建設與成效

李平平　孫明亮　李濰蓮　柳廣弟　陳冬霞

[摘 要] 實踐教學環節對于提高學生的綜合實踐能力非常重要，是課堂理論教學的重要補充。為了全面提高學生的實踐能力、科研素質和創新精神，系統進行“石油地質學”實踐環節建設。堅持專業培養目標與課程核心理論知識相結合，建立了包含課內習題、實驗和綜合課程設計的“三位一體”實踐教學體系，建成國內領先的靜態描述和動態成藏模擬相結合的實踐教學平臺，創新科研全過程的實踐能力與科研素質培養模式。綜合來看，“石油地質學”的實踐環節建設取得了良好的教學效果，相關經驗值得在國內推廣。

[關鍵詞] 石油地質;實踐教學;課內習題;實驗平臺;綜合課程設計

[基金項目] 2021年度中國石油大學（北京）校級重點教改項目“‘石油地質綜合課程設計’教材建設項目”

[作者簡介] 李平平（1980—），男（土家族），湖南慈利人，博士，中國石油大學（北京）地球科學學院副教授，主要從事油氣成藏機理研究;孫明亮（1978—），男，山東東營人，博士，中國石油大學（北京）地球科學學院講師，主要從事石油地質學和油氣資源評價研究;李濰蓮（1969—），女，山東濰坊人，博士，中國石油大學（北京）地球科學學院副教授，主要從事石油地質和地震地層學研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）16-0137-04 [收稿日期] 2021-11-15

“石油地質學”是我校資源勘查工程專業的核心專業課之一，也是其他與油氣地質相關高校的重點課程[1，2]。我校“石油地質學”經歷了較長時間的建設，目前已經出版第五版的《石油地質學》教材，理論教學材料不斷豐富和完善。此外，近年來不斷開展教學方法和內容的改革[3-8]，并完成國家精品資源共享課的建設[1]。這些教學材料的完善、教學方法的改革和網絡共享課的建設，有力地支撐了專業培養目標在“知識和理論”等方面的要求。除了知識和理論之外，資源勘查工程專業的培養目標以及本科專業認證還特別強調了實踐能力[9]。我校制定的“十二五”建設規劃中也明確要加強實踐教學基地建設，完善教學實驗室管理體系，推進實踐教學的科學化與規范化。

課程的實踐環節建設與實踐能力培養，應該與課程的核心理論知識、專業的培養目標緊密結合，體現理論與實踐的結合，在實踐過程中加深對理論知識的理解與應用，并支撐相關專業的培養目標。否則，脫離核心理論知識的實踐達不到強化知識的效果，而成無源之水和空中樓閣[2]。為了進一步加強我校資源勘查工程專業本科生的實踐能力，本次研究緊密結合核心理論知識和專業培養目標，系統進行“石油地質學”的實踐環節建設，建立了包含“課內習題+實驗+綜合課程設計”三位一體的實踐環節體系，以全面提高學生的實踐能力、科研素質和創性精神為目標，支撐專業認證及一流專業建設。

一、實踐教學環節的總體建設思路

本次“石油地質學”實踐環節建設堅持專業培養目標與課程核心理論知識相結合，對知識和能力進行分析，針對性地設計不同的實踐環節，最終提高學生的實踐能力（包括基本方法與技能）、科研素質與創新精神。我校資源勘查工程專業的培養目標是：培養知識、能力、素質各方面全面發展，系統掌握油氣資源勘查工程基本理論、基本方法和基本技能，獲得作為石油地質工程師必需的基本工程訓練，具有創新精神、實踐能力和國際視野的工程技術人才，為獨立從事油氣勘探開發地質領域的工程設計、應用研究和生產管理奠定堅實的基礎。我校“石油地質學”的理論課主要介紹了油氣聚集的六個基本要素（烴源巖、儲集層、蓋層、圈閉、油氣運移和保存條件）和三大核心問題（油氣的生成、油氣的運移和聚集、油氣的分布規律）[10]。

結合上述培養目標和課程核心理論知識，“石油地質學”的實踐環節建設聚焦核心理論知識，并構建了知識—實踐能力—科研素質的一體化實踐體系。本次實踐環節體系共設計了三個實踐環節，包括課內習題、實驗與綜合課程設計。每個實踐環節的能力培養目標互相銜接，各有側重，組成三位一體的實踐教學體系。具體來說，課內習題強化對關鍵概念的理解和單項技能的訓練;課內實驗包括靜態描述實驗、觀察實驗和開放性實驗，加深對關鍵理論的理解，提升知識的應用能力、數據獲取能力和創新能力;綜合課程設計全面訓練基本方法與技能，提高科研素質。具體的實踐環節與能力培養在后文詳細介紹。

二、課內習題的建設

課內習題是最常用的實踐環節，是檢驗學習效果最直接的方式。本次“石油地質學”的課內習題設置主要圍繞核心問題展開，對關鍵概念與知識點的理解開展單項訓練。它主要設計了5個習題：（1）烴源巖演化及烴源巖評價;（2）時間-溫度指數的計算與烴源巖成熟度評價;（3）天然氣成因類型綜合判別;（4）流體勢與油氣運移分析;（5）圈閉類型及油氣藏類型的識別。其中習題（1）、（2）、（3）主要圍繞核心問題——油氣的生成展開，習題（4）主要圍繞核心問題——油氣的運移與聚集展開，習題（5）主要圍繞核心問題——油氣的分布規律展開。具體來說，習題（1）主要是通過利用地球化學參數，分析烴源巖的演化，預測烴源巖的分布區，強化對烴源巖的有機質豐度、類型和成熟度的理解;習題（2）通過對時間-溫度指數的計算，進行烴源巖成熟演化的評價，直觀理解時間和溫度對油氣生成的影響;習題（3）主要是利用相關地球化學參數判別天然氣的成因類型，強化對天然氣成因類型的理解;習題（4）通過對流體勢的計算，判斷分析油氣的運移方向，加深對流體勢的概念以及油氣運移過程中的應用;習題（5）主要是利用平面構造圖等識別圈閉，加深對圈閉概念的理解與認識。總之，課內習題主要是針對關鍵概念的強化訓練，綜合分析性相對較弱。

三、實驗環節的建設

實驗是非常重要的實踐環節，是課堂理論教學的重要補充。課堂教學往往是“教師講，學生聽”，而實驗環節是根據所學理論知識，開展認識性、驗證性或者創新性的實踐活動，進一步提高動手能力，也鞏固了學習效果。與課內習題一樣，實驗環節必須與培養目標和課程的核心理論知識相結合。本次“石油地質學”的課內實驗環節主要強化對基本要素的認知、獲取關鍵地質數據能力以及創新能力的培養。主要設計了5個實驗：（1）原油與樣品的觀察及主要物理性質測定;（2）儲集巖樣品觀察及巖石物理性質測定;（3）烴源巖樣品觀察及有機組分的顯微鏡下觀察與鑒定;（4）烴源巖可溶有機質提取及有機地化指標求取演示實驗;（5）油氣運移實驗。這5個實驗側重于強化對“石油地質學”六個基本要素的認知和理解，并在實驗過程中鍛煉學生的動手能力和創新精神。具體來說，實驗（1）和實驗（3）都是觀察認識性實驗，通過對實際樣品和標本的觀察、描述，強化對基本要素中“烴源巖”的認識;實驗（2）通過對不同樣品的觀察與描述，以及孔隙度和滲透率的測定，強化對基本要素中“儲集層”的孔隙性和滲透性的理解;實驗（4）是通過烴源巖樣品的實際測試來了解地球化學數據的產生過程，鍛煉了動手能力，也培養了一定的科研素質;實驗（5）主要圍繞“油氣運移”和“保存條件”進行展開，在課內和課外同時進行，利用不同的地質模型，進行油氣運移的一維和二維模擬，屬于開放性實驗，旨在激發創新思維和培養創新能力。

為了滿足上述5個實驗的實施條件，我們建立了靜態描述與動態模擬相結合的實踐教學平臺。“石油地質評價實驗室”主要進行靜態要素的觀察與描述，實驗項目包括：（1）原油樣品觀察實驗;（2）儲集巖樣品觀察實驗;（3）烴源巖樣品觀察實驗。截至目前，實驗室共有各類樣品316件，支撐了靜態要素的描述工作，提高了學生的感性認知和動手能力。“油氣成藏模擬實驗室”主要進行油氣運移與聚集的動態模擬，實驗項目包括：（1）測壓面觀測及系列背斜聚氣觀測實驗;（2）油氣運聚的二維物理模擬實驗;（3）石油運移動力、阻力分析實驗;（4）達西定律演示實驗。通過這些動態模擬實驗，可加深對油氣運移過程（通道、路徑、方向）的理解，培養動手能力;特別是二維運移的開放模擬實驗，需要設計地質模型，來動態展示油氣運移的路徑、通道和方向，起到激發創新思維、培養創新能力的效果。此外，依托“瀝青化學實驗室”和“氣相色譜實驗室”，開展烴源巖可溶有機質提取及有機地化指標求取演示實驗，可詳細了解樣品處理與分析流程，獲取地球化學數據的方法。

四、綜合課程設計的建設成果

為了全面提升綜合實踐能力和科研素質，在課內習題和實驗進行重點問題單項訓練的基礎上，在綜合課程設計環節進行了科研全過程的實踐。通過分析具體數據、利用相關軟件編繪圖件、撰寫研究報告、學術論文，以及成果展示匯報，對科研過程進行了全過程的實踐訓練。具體的實踐內容仍然緊密圍繞課程的核心理論知識展開，主要包括：對烴源巖地球化學特征的綜合評價（屬于核心問題（1）油氣的生成、油氣成藏過程的評價（屬于核心問題（2）油氣的運移與聚集）、圈閉的綜合評價（屬于核心問題（3）油氣的分布規律）、論文撰寫以及成果展示匯報。

在綜合評價環節，主要進行：（1）烴源巖地球化學特征的綜合評價;（2）油氣成藏過程的評價;（3）油氣的分布規律圈閉的綜合評價。此部分的綜合評價與課內習題側重點不同，更強調掌握相關軟件使用方法與編圖技能，提高綜合分析技能。具體來說：（1）在烴源巖評價部分，需要根據提供的地球化學數據，利用Excel、Grapher、Resform、Coreldraw等軟件進行烴源巖發育層段、有機質類型、成熟度和生烴演化史的綜合分析。（2）在油氣成藏過程評價部分，需要利用提供的原油性質與成分數據，經過綜合分析，判斷原油的成因類型;根據地層流體的溫度、壓力等資料，利用地質軟件編繪相關的平面圖和剖面圖，進行油氣運聚方向、成藏期次的分析。（3）在圈閉的評價部分，需要利用盆地模擬軟件進行烴源巖的生烴史模擬，結合回剝技術獲得圈閉發育史，評價圈閉的有效性。

在論文撰寫環節，需要對我國典型含油氣盆地/坳陷基本石油地質條件及油氣成藏規律進行調研和綜述，總結其油氣藏形成的基本條件、油氣成藏過程以及油氣分布規律，提出進一步的勘探方向，并按照科技論文的格式撰寫8000～10000字的論文。此部分內容主要訓練文獻資料的調研、分析與撰寫論文的科研素質，為本科畢業設計以及之后的研究工作奠定堅實的基礎。在成果展示環節，需要把主要圖件和觀點用PPT匯報展示，訓練學生的邏輯思維能力、表達能力以及溝通交流能力。更重要的是，通過成果交流匯報過程的教師點評，可以及時反饋存在的不足，在之后的學習和研究工作中不斷改進，顯著提高學生必備的科研素質。

五、實踐環節的建設成效分析

針對石油地質學實踐教學環節的建設要求，我們緊密結合專業認證和培養目標，構建了系統的“三位一體”實踐教學體系，建立了靜態描述與動態模擬相結合的實踐教學平臺，創立了全過程的實踐能力和科研素質培養的新模式，在實踐教學體系建設、實驗平臺建設以及全過程實踐能力培養新模式上，都取得了顯著的教學成果，助力大學生科技創新和學科競賽，實現了專業培養目標，支撐了專業認證和一流專業建設。

建設的“三位一體”實踐教學體系與實驗平臺，在校內得到了廣泛應用，支撐了實踐教學和人才培養。通過本次實踐教學環節建設，我們形成了系統的實踐體系，系統編制了習題、實驗和課程設計的3本講義，建設了校內教學實踐平臺。2016—2020年的資源勘查工程專業中，有673名學生得到了系統的教學實踐訓練，并為校內其他專業的432名學生提供了實踐基地，提高了他們的實踐能力和科研素質，為提高畢業設計水平提供了保障。此外，校內實踐教學平臺起到服務社會、助力大學生科技創新和學科競賽活動的效果。2018—2019年，多次接待北京市昌平區昌盛園小學的參觀學習，進行科普教育，起到服務社會的功能。2016—2020年，共有133名學生在實驗室進行了開放性實驗，支撐了大學科技創新活動（49人次）和全國油氣地質大賽等學科競賽活動（36人次）。其中，大學生科技創新獲得二等獎1項、三等獎1項，“全國油氣地質大賽”獲得一等獎1項、二等獎1項和三等獎2項。

校內靜態與動態模擬相結合的實踐教學平臺支撐了專業認證工作，并在地質院校起到示范和引領作用。2016—2017年新建或改建的校內教學實踐平臺，是油氣勘探與開放國家級教學示范中心的重要組成部分，2017年迎接了教育部本科專業認證專家組的現場考察與評估，支撐了資源勘查工程專業的專業認證工作。“油氣成藏模擬實驗”的多數儀器設備為專門研發設備，申請了實用新型專利2項，有效地保護了知識產權，在國內具有領先地位，吸引了多所高校和油田單位來實驗室考察。

結語

基于“石油地質學”的核心理論知識和專業培養目標，本次系統進行了“石油地質學”的實踐環節建設，率先建立了緊密結合專業培養目標的“三位一體”（課內習題+實驗+綜合課程設計）實踐教學體系。課內習題強化對關鍵概念的理解和單項技能的訓練;課內實驗加深對關鍵理論的理解，提升知識的應用能力、數據獲取能力和創新能力;綜合課程設計全面訓練基本方法與技能，提高科研素質。

參考文獻

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[10]柳廣弟.石油地質學[M].5版.北京：石油工業出版社，2018：40.

Abstract： The practice teaching is very important to improve students' comprehensive practical ability， and it is an important supplement to classroom theory teaching. In order to comprehensively improve students' practical ability， scientific research quality and innovative spirit， the practice teaching link of Petroleum Geology course has been systematically designed. Considering the combination of the professional training objectives and the core theoretical knowledge of the course， a practice teaching system， including in-class exercises， experiments， and comprehensive course design， has been established.We have built up a leading practice teaching platform combining static description and dynamic simulation in China， which has innovated the training model of practical ability and scientific research quality. On the whole， the practice teaching system of Petroleum Geology course has achieved good teaching results， and the related experience is worth promoting in China.

Key words： Petroleum Geology; practice teaching; in-class exercises; experiment platform; comprehensive course design