“新工科”背景下“油層物理”教學新模式探索

陳浩*，徐程浩，楊勝來

（1.中國石油大學（北京）安全與海洋工程學院 北京 102249；2.中國石油大學（北京）石油洋工程學院 北京 102249）

自2016年中國加入《華盛頓協議》后，新工科教育改革就勢在必行[1]，推行新工科教育改革也是在新一輪科技革命面前為傳統工科注入新鮮血液的有效舉措，讓傳統工科在智能化、信息化時代重新充滿活力，為新工業革命培養綜合型人才。2017年提出的“北京指南”對新工科改革設定了七個目標，與“復旦共識”“天大行動”構成了新工科建設的三只“領頭羊”，后續的“華工方案”也提出了要培養兼備理性、能力和情懷的領軍人才[2]。為響應新工科建設，持續深化教學模式改革，“油層物理”教研小組以面向產業界、面向未來、面向世界為理念，以產教融合、多學科交叉的教育理念將改革落向實際教學。本文以傳統工科專業石油工程的通識課程“油層物理”為改革對象，結合當下主流新媒體傳播方式及較為先進的教育理念，對傳統教學模式存在的部分問題的解決方式進行了探索實踐，以助力傳統行業的人才培養模式改革。

1 “油層物理”簡介

“油層物理”為傳統工科專業石油工程的通識課程，是低年級本科生形成對石油工程專業初步認識的必修課，其內容涉及地質學、化學、力學等多種基礎性學科，所以本門課程側重介紹基礎知識、基礎理論、基本觀點，比較注重知識的廣泛性、全面性。“油層物理”作為一門專業基礎課，是后續其他專業課程學習的基石，如滲流力學、油藏工程、海洋油氣工程等專業課學習都涉及“油層物理”的相關內容。本門課程的教學目標是使學生掌握石油工業基本物理參數的概念、定義，明晰物理現象、過程的影響因素，掌握物理參數的測試原理、測定方法，能夠在后續學習及未來研究工作中熟練應用這些基礎理論知識。

課程是連接產業需求和課程內容的橋梁，是學生提升工程科技創新、創造能力的墊腳石，“新工科”教育由“轟轟烈烈”的理念倡導和頂層設計走向“扎扎實實”的實踐落實和質量提升新階段就離不開基礎通識課這塊基石[3]，只有這塊基石足夠穩固，石油工程專業才能踏實地走在持續深化教育改革以及推進教育現代化的“快車道”上，形成對石油科技人力資源需求的有力支撐。

2 傳統教學模式存在的問題

2.1 課程內容的弱連貫性

課程涉及知識面較廣泛的性質決定了課程內容的分散性，實際教學過程中存在跨度較大的問題，聽課學生也向老師反映內容連貫性不強、課后回顧時抓不到重點的問題。傳統教學模式往往是填鴨式教學，老師主動講述，學生被動接受，不適合跨度大、知識面廣的課程，聽課過程中學生只是了解并部分掌握了當前課程的內容，而無法對課程內容形成整體性知識的框架結構。

2.2 課程基礎知識的分散性

“油層物理”涉及物理學、化學、地質學，對于中學時期物理、化學基礎較差以及知識遺忘度較高的學生而言，存在課本閱讀困難的問題，同時無法對基礎物理、化學知識做到快速反應，這也導致了學生課上無法有效跟進老師的講課進程。如地層水的判斷涉及陰陽離子的結合順序，學生對離子親和能力的掌握情況相對較弱，很難對該部分知識進行理解性記憶，多數同學局限在了“死記硬背”的水平上。

2.3 學生課上的消極性

在基礎知識要求廣泛、課程內容跨度大的情況下，學生在學習階段面臨較多的困難，這也使得學生課前預習困難多，無法達到預習目標，直接導致學生課上不能有效跟進老師講課節奏，聽課效率低。現階段的講課方式主要為老師主講并使用PowerPoint進行輔助演示，PPT內容直觀且使用方便，但實踐中由于切換速度較快，學生無法做好記錄，直接導致學生的課上疑問無法在課下得到有效解決，循環往復，形成負反饋作用，學生的聽課效果及知識掌握情況越來越差，對課程的抵觸情緒就會越來越多。

2.4 考核評價內容不全面

在近幾年的教學體制改革過程中，課程評價方式由傳統的卷面成績轉向了結課考試、平時作業成績及出勤率的綜合考量，有效避免了“一考定成績”，但在實際的實施過程中也出現了出勤率較高、平時作業成績較高、結課考試成績較低以至于未通過最終考核的現象，這反映了當前的“三分支”考核方式不能起到“以改促學”的效果，未達到提升學生綜合素質的改革初衷。另外，現有的“油層物理”課程包括10個課時的實驗課程，包括觀摩類實驗課和操作類實驗課，實驗課成績包含于平時成績中，經過學生反應及問卷調研顯示，存在以下三個重要的問題：部分學生在實驗過程中犯錯誤或者操作不當的但并未被記錄于成績考核表中的情況；實驗課成績的考核更注重實驗報告的書寫，這將無法保證學生真正掌握了實驗方面的知識；在操作類實驗課上學生按照給定的實驗步驟進行操作，這個過程往往限制了學生對整個實驗的思考。

3 改革措施

3.1 課下新媒體輔助課程教學

新媒體的發展促使短視頻輔助教學的教學模式得以實施，短視頻內容精簡，針對性較強，根據講師經驗對可能存在問題的重難點學習內容所需基礎進行簡要講解，并在短視頻最后提出需要學生思考的內容。針對學生課前預習有障礙、課本閱讀困難等問題，使用短視頻對待預習內容所需的基礎知識進行大概講解，能輔助學生進行有效的教材閱讀，使學生進行有目的、有針對性的聽講，進行高效學習。另外，對于知識的回顧和復習也可使用短視頻手段，可在視頻的前半部分對講過的內容進行總結回顧。

短視頻能引起學生的學習興趣，不易產生抵觸情緒，使學生與課堂的關系更加緊密，增加學習的參與度，同時通過短視頻的評論反饋，以學生的疑惑為導向，確定后續短視頻的內容。短視頻在針對性解決問題、提高授課效率的同時，也能培養學生課下學習的主動性，引導學生尋找問題并思考如何解決問題，也實現了老師從知識傳授者轉變為組織者、指導者和幫助者的角色轉換[4]。這對新工科背景下創新石油工程教育教學組織模式提供了一個新的思路，教學不可脫離石油產業，定期與石油、石化企業生產單位的工程師合作錄制本課程專業知識在一線石油、天然氣開采工程中的應用案例短視頻，能有效拉近在校師生與生產一線的距離，學生在理解知識的同時也在掌握如何應用知識，為實施卓越工程師教育培養計劃做好了鋪墊，給多主體協同育人機制提供了新的思路。

3.2 翻轉課堂拉近師生距離

翻轉課堂就是將學生和老師的角色互換，令學生成為講解人，老師成為傾聽人，對課堂時間的使用進行重新規劃[5]。學生主動地學習需要講解的內容，這個過程中學生也會發現一些疑惑點，而講解人的身份也會促使學生主動地去思考并解決這些疑惑。老師講解知識往往注重知識的完整性和話術的嚴謹性，容易忽略知識的趣味性，而學生講述則以初學者角度看待新知識點，注重快速理解，將知識簡潔化、清晰化。另外，翻轉課堂也能改變傳統課堂的氛圍，保持學生對該門課程的新鮮感，拉近老師與學生之間的距離，打破老師與學生之間沒有溝通、缺乏互動的僵局，使學生能“坐得住、聽得進”，也讓老師能“找問題、抓關鍵”，增強課堂教學的趣味性。

新工科教育背景下強調樹立工程教育新理念，翻轉課堂突破了傳統授課模式，不僅使得學生提前獲得并充分利用整合后的教育資源，如課前預習資料、課程講解大綱、公式列表、原理動畫等，還能提高學生解決復雜工程問題的能力。如學生課前會對“油層物理”潤濕性在實際開采工程中的情況進行思考，判斷出儲層是油濕還是水濕以及該性質對開采過程的利弊，并對情況進行分類探討。

3.3 優化實驗課程

實驗課程起到了連接書本與實際工程應用的作用，是油層物理學習過程中不可或缺的一環，也是理論教學聯系實際的有效途徑。針對前面所提到的三個實驗方面存在的問題，筆者根據以往實驗課程教學經驗，通過給定實驗目標，讓學生自主探索完成給定實驗目標的方式方法，不僅僅局限于讓學生掌握某一參數的測定方法，基于OBE教育理念[6]，以實驗產出成果及自主化實驗設計為導向利用學生的發散思維放大實驗課效果，嘗試個性化教學，以每名學生的實驗思路來把握每名學生的學習軌跡，進而制訂不同的教學方案，做到因材施教。

為打造以項目為鏈條的課程體系，形成以學生為主體、以科研實驗室為平臺的實驗教學系統，基于當前以老中青相長的“油層物理”教研組，將學生平均分配到各教師名下，以導師制方式讓本科生提前進入實驗室，了解掌握基礎知識在實際科研實驗中的應用，實現知識—能力—技能的融合培養，貫通課上教學與課程實踐，建立本科生研究計劃項目體系。

這種授課方式也響應了“新工科”背景下的卓越工程師培養計劃，能有效避免學生進入工作崗位后出現“理論充足，操作不行”的問題，讓學生在面對實際操作問題時仍具備思考能力而不至于手足無措，有利于全面鍛煉學生。

3.4 實行多元化考核方式

為保證考核結果的有效性、真實性、公平性，在學生課上表現、作業、實驗課表現、期末成績、專業素養等方面進行多元化考核。學期開始前跟學生進行交流，了解各個學生的課程期望、學習能力、自我評價等信息，為后續的差異化教學做準備；建立課程題庫，隨機抽取題目作為課后練習作業，保證練習內容上的差異性；根據課程前期學生反饋的個人概況，課上學生的表現情況，給予與各個學生能力相對應的課后選題，以選題的方式保證整體學生能力培養的差異化，建立更適合每個學生的考核方式。在實驗課考核中加入本科生研究計劃項目考核分數，導師可以根據學生在實驗室的綜合表現考查學生對知識掌握程度進而給出成績。為夯實實驗課學習效果，在期末考試卷中加入實驗類題目，加強對學生知識運用能力的考察。

新工科教育強調以能力為導向的教學設計并輔以過程性評價，以達到檢驗、提高學生多種能力的目的。通過對教學全周期的考核方式進行設計，對課上、課后以及實驗操作進行全方位考核，進行實踐能力、應用能力和專業素養的全方面培養。

4 結語

在碳達峰、碳中和目標的指引下，石油等傳統化石能源工業面臨著前所未有的挑戰，石油產業各部向信息化轉型的步伐在逐步加快。本文提出了傳統工科專業基礎課程的教學模式改革方式，以翻轉課堂、新媒體以及探討類實驗課為手段，分別聚焦課前、課上、課后三個教學階段，突破傳統教學模式，注重培養學生的工程思維，用實踐探索“新工科”背景下傳統能源專業改革的可行性方案，以期讓學生在這種積極環境中形成已吸收知識反促知識拓展的良性循環，為建設清潔低碳安全高效的能源體系培養綜合型人才。