煤油氣地質(zhì)學精品化課程建設改革與實踐

侯海海，李 剛，張國賓，賈 楠，肖 斌，王 帥，李雅楠

(遼寧工程技術大學 礦業(yè)學院，遼寧 阜新 123000)

為貫徹落實《教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》文件精神，進一步推進和深化教育教學改革工作，全面推進資源勘查工程一流專業(yè)及其核心課程建設，促進教學能力的提升，推動教學范式從“以教為中心”向“以學為中心”轉變，切實提高本科人才培養(yǎng)質(zhì)量。本論文以資源勘查工程專業(yè)核心課程煤油氣地質(zhì)學為例，從課程概況、研究現(xiàn)狀、教學內(nèi)容重構與改革、教學方法和手段的改革、教學效果等方面進行了精品化課程建設改革與實踐的論述。

一、課程概況

煤油氣地質(zhì)學是資源勘查工程高年級本科生的必修課，同時也是大學期間的核心專業(yè)課程。在國家能源需求不斷擴大的背景下，該課程相關知識的內(nèi)延外展對于地質(zhì)類專業(yè)本科生未來考研和就業(yè)的重要性不言而喻。通過該課程的學習，使學生系統(tǒng)理解成煤的原始物質(zhì)、成煤條件、成煤過程、煤的化學組成、巖石學組成、煤質(zhì)評價指標、煤礦床的基本地質(zhì)特征及聚煤規(guī)律，同時使學生系統(tǒng)掌握油氣生成、運移、聚集成藏的基本原理及油氣分布的控制規(guī)律，為以后從事相應的煤田地質(zhì)勘查、能源礦產(chǎn)勘查、開發(fā)工程奠定基本理論、基本知識和基本技能。

煤油氣地質(zhì)學是煤炭類高等院校資源勘查工程專業(yè)接觸到的唯一含油氣味課程，該課程是由原有的煤田地質(zhì)學和石油天然氣地質(zhì)學兩門課程合并而來，煤和石油天然氣在成藏條件和空間分布上既有不同點也有相似點：

(1)煤是固體，而油氣是流體，在成藏機制和分布控制模式上差異很大[1-2]。

(2)煤是一種固體可燃有機巖，是由植物遺體在溫度、壓力和時間作用下經(jīng)過一系列復雜的生物化學、物理化學及地球化學作用轉變而來[1]，油氣是由沉積埋藏作用保存在沉積物中的生物有機質(zhì)經(jīng)過一定的生物化學、物理化學變化而形成的[2];

(3)煤層氣作為煤中重要的自生自儲非常規(guī)天然氣，其成藏地質(zhì)和開發(fā)地質(zhì)條件與常規(guī)油氣有一定的相似性[3]。因此，這兩門課程在內(nèi)容編排上有一定的重合，在講授煤油氣地質(zhì)學時，需要將原有煤田地質(zhì)學和石油天然氣地質(zhì)學兩門課相通的內(nèi)容進行串并、融合、升級、系統(tǒng)地講授。

二、研究現(xiàn)狀

煤油氣地質(zhì)學課程的研究對象涵蓋了絕大多數(shù)的沉積能源資源，是未來從事相關能源領域勘查工作的必備知識儲備。課程內(nèi)容的深入研究、改革和實踐，不僅可以進一步提高教學質(zhì)量、改善教學條件，同時也可以增強學生今后從事相應煤油氣地質(zhì)勘查和開發(fā)工作的基本理論、基本知識和基本技能，提升專業(yè)服務產(chǎn)業(yè)的能力。在調(diào)研國內(nèi)高等院校開設相關課程資料的基礎上，就教學理念和課堂實踐進行了現(xiàn)狀分析。

(1)頂層教學理念設計優(yōu)化。從建構主義理論的角度出發(fā)，系統(tǒng)地分析建構主義知識觀、認識論、教學觀在煤油氣地質(zhì)學教學中的應用[4]，其建構主義指導下的教改原則包括自主學習原則、真實性原則、基礎性原則、全局性原則和靈活性原則。教學改革設計可以考慮從合理編排教學內(nèi)容、教學過程實踐和預測教學效果等方面出發(fā)。

(2)教學方法探索與改革。由于煤油氣地質(zhì)學是一門實踐性和綜合性非常強的課程，多數(shù)院校均秉承理論—實踐—認識—再實踐的教學思路，在課堂教學中，部分院校在利用“啟發(fā)式、引導式和發(fā)散式”等教學模式的基礎上，推行“銜接式、范例式、討論式和探究式”等教學方法[5-7];教學方式改革可以歸納為傳統(tǒng)與新煤體相結合、科研成果與課堂教學相結合，以及課內(nèi)與課外相結合等舉措。

(3)教學內(nèi)容與時俱進。需不斷系統(tǒng)總結本學科的新理論和新進展，將這些最新的內(nèi)容在課程中進行展示[8];新理論和新進展應集中在拓寬思路、學科融合、綠色勘查和“雙碳”目標等幾個方向，立體化推進煤油氣地質(zhì)學有關教學內(nèi)容與教學方法的改革。

(4)精品課建設。課程建設是教學改革的核心，也是教學改革不斷完善的成果，需要在教學實踐的基礎上不斷系統(tǒng)地進行更新和總結[9-10]，精品化課程建設應包括師資隊伍建設、教學內(nèi)容的設計與優(yōu)化、教學方法和手段改革和教材建設等方面。

(5)雙語教學模式持續(xù)推進。油氣開采的部分技術是從國外引進來的，有必要對部分專業(yè)名詞進行講授，但英語教學如何有機融入課堂教學是一項需持續(xù)改進的課題[11]。

三、教學內(nèi)容重構與改革

(一)課程內(nèi)容的有機排序和組合

課程內(nèi)容的不斷優(yōu)化是課程建設中的一個基礎問題，煤油氣地質(zhì)學是一門既偏重于理論，又具有較強實踐性的課程。煤炭類高等院校資勘專業(yè)的煤油氣地質(zhì)學中的油氣部分課時量多為32 學時，遠遠低于石油類院校，因此必須在遵循教學內(nèi)容體系結構穩(wěn)定的條件下，明確如何將油氣部分和煤田部分進行有機融合升級是該課程內(nèi)容重新編排和優(yōu)化的重要內(nèi)容。根據(jù)學生前期所學知識，在油氣藏形成理論的講授中，應當對比煤田地質(zhì)學中煤演化生烴過程進行講授，和學生討論分析煤演化和油氣演化的異同;而在油氣田分布規(guī)律的講授中，應當注重與前期所學的構造地質(zhì)學和巖相古地理相關內(nèi)容的類比;煤系非常規(guī)天然氣在生、儲、蓋、運、聚及保等成藏條件方面可以與常規(guī)油氣作對比講授。

(二)實驗、實踐教學與課堂教學的緊密銜接

煤油氣地質(zhì)學是一門理論性和實踐性并重的綜合性課程，因此理論教學內(nèi)容和實驗、實踐教學內(nèi)容需要統(tǒng)一緊密結合起來。比如，在講授完煤的宏觀煤巖類型和顯微煤巖組分特征后，緊接著應該安排相應的實驗課內(nèi)容;在講授完油氣成藏條件后，應該帶領學生到相應的實訓基地進行實踐教學。除相關的實驗和實踐課程外，積極鼓勵學生參與到相關授課老師的科研課題中，指導學生就其感興趣的課題深入研究，在老師的指導和幫助下，學習并參與撰寫科技論文。進一步鞏固學生的理論知識，鍛煉學生解決實際問題的能力，教學效果會得到顯著提升。在野外基地實訓過程中，引導學生如何發(fā)現(xiàn)能源、確定各類能源富集的主控因素、如何勘探開發(fā)能源、如何對能源進行集合運輸?shù)纫幌盗袑嵺`過程，加強學生對課本知識的應用和理解能力，為后期學生能夠順利開展讀研、實習和尋求工作奠定相關的專業(yè)基礎。

(三)雙語教學內(nèi)容的有機融入

隨著國際交流的不斷加強，為增強學生的國際化視野，應將煤油氣地質(zhì)學重要的專業(yè)英語詞匯有機地融入課堂、實驗和實踐教學中。由于學時有限，有機融入并不是開設專業(yè)英語課程，而是與課程有關的核心且使用頻率較高的專業(yè)詞匯在授課過程中進行一定的講解。這些核心專業(yè)詞匯沒必要包羅萬象，僅僅針對各級標題下的核心詞和英文文獻經(jīng)常出現(xiàn)的核心詞進行一定程度的講授。比如，在講授煤巖學這部分內(nèi)容時，核心專業(yè)詞匯包括煤巖學、宏觀煤巖類型、顯微煤巖組分、鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組等。在講授煤層氣成藏條件和開發(fā)過程時，核心專業(yè)詞匯包括煤層氣、儲層、吸附解吸、孔裂隙、有利區(qū)、成藏條件、生儲蓋組合、干酪根、鉆井、完井、試井、壓裂、排除和運輸?shù)取?/p>

四、教學方法和手段的改革

在課程緒論部分，帶領學生一起跟蹤國內(nèi)外煤油氣地質(zhì)的最新進展，介紹相關的領域的“硬核”學者和歷屆優(yōu)秀畢業(yè)生，表明能源地質(zhì)在國家發(fā)展中的重要性(視頻)，使學生認清國際和國內(nèi)能源發(fā)展形勢，激發(fā)學生學習課程的興趣和使命感。興趣是最好的老師，在激發(fā)起學生學習興趣的基礎上，教學方法和教學手段的改革才能夠起到事半功倍的效果。

(一)增強教師團隊授課水平

為了實時跟蹤課程領域國內(nèi)外先進理論技術，積極選派任課教師參加校內(nèi)外教學培訓和國內(nèi)外相關學術會議，增強任課教師的教學水平和學術能力。另外，邀請國內(nèi)知名學者和相關領域教學名師走進課堂，開設“專家講煤油氣”專欄，一方面可以拉近學生與知名專家的距離，激發(fā)學生的學習興趣，搭建考研學生與潛在導師的溝通平臺，另一方面教學團隊成員也可以在學術知識和教學水平上得到一定的提高。

(二)教學手段的改革和創(chuàng)新

針對傳統(tǒng)課程教學以教師為主體，學生被動聽課，教學效率低等狀況，課程教學團隊需對教學手段和教學方式進行改革。在教學手段上，運用現(xiàn)代教育技術(雨課堂)，應用各種形象化的教學手段(野外圖片和視頻)，使學生對課堂教學內(nèi)容不再感到抽象和枯燥，增加課程教學的信息量，提高學生學習的積極性。在教學方式上，除了傳統(tǒng)的引導式和啟發(fā)式教學，本項目擬提出以學生掌握更多知識為核心，旨在調(diào)動學生和教師共同興趣的“雙主授課模式”。該教學模式提出的背景是與國外本科生相比較，我國本科生對書本以外專業(yè)知識的掌握明顯偏低。該教學模式具體內(nèi)容大體步驟如下：(1)將學生分組(2～3 人一組)，給每個小組分配與課程有關熱點和前沿知識的英文論文;(2)在與授課老師的溝通交流下，學生進行翻譯并制作PPT;(3)學生在課程中匯報，授課老師指導并就有關問題提問和討論。

(三)網(wǎng)絡教學資源的合理利用

近年來隨著網(wǎng)絡課堂(大學慕課、智慧樹和超星視頻等)教學資源數(shù)據(jù)庫的不斷完善，老師和學生隨時隨地可以在網(wǎng)絡上調(diào)取相關資料，或完善自己的教學大綱或教學資料，或提前預習或自主學習，這對于疫情防控常態(tài)化下的網(wǎng)絡教學資源的合理使用顯得更加重要。這里的合理使用并不是完全依靠網(wǎng)絡課堂，而應該在原有授課的基礎上，利用網(wǎng)絡教學資源進行合理補充和相關知識拓展。如在講授煤的化學組成時，可以讓學生從網(wǎng)絡資源上了解更多有關煤的化學加工利用的相關知識;在講授煤層氣開發(fā)壓裂過程時，學生可以在網(wǎng)絡課堂上找到具體的壓裂過程及其動畫模擬。最終形成一套行之有效的線下線上混合式教學模式。

(四)改善考核評估體系

該課程不僅包括理論知識，還包括較多的實驗和實踐內(nèi)容，考核方式應由原有的期末考試試題方式向課堂測試、文獻閱讀、知識點討論、課后作業(yè)和綜合考核等過程性考核評估轉變。期末閉卷方式考核僅僅能夠考查學生對基本知識點和基本技能的掌握程度，增加過程性考查后，可以有效考查學生的創(chuàng)新能力、實踐能力和綜合分析能力。如在進行顯微煤巖組分鑒定實驗時，每個學生需獨立鑒定一塊煤磚，最終根據(jù)記錄分析結果給予相應的成績;野外實踐時，可以讓分組學生對煤層氣勘探開發(fā)過程進行口述，根據(jù)熟悉程度進行相應的成績評定。為了提高學生的綜合素質(zhì)，改善課程考核評估體系，需要從考核內(nèi)容、考核方式、評價指標和權重上對現(xiàn)有考核方法進行改革，建立過程性考核評估體系。

五、教學效果

1.為了夯實本科生專業(yè)課理論基礎，開展了授課師資隊伍建設和理論教學改革，引進了外校高水平教學名師和校內(nèi)其他相關學科(專業(yè))教師參與課程改革全過程，建立了“課內(nèi)講授—課外拓展—學生討論—實驗實踐檢驗”系統(tǒng)化、一體化的專業(yè)基礎課程教學思路，構建了“煤油氣地質(zhì)學試題庫”隨機抽檢數(shù)據(jù)庫，切實提高了理論教學水平和學生學習的積極性。

2.提出了以學生為中心、旨在調(diào)動學生和教師共同興趣的“雙主授課模式”以“雙主教學模式”理論為指導，結合資源勘查工程專業(yè)實驗和實踐性較強的特點，使得該授課模式獲得進一步發(fā)展與應用。在課前提問和課末總結的基礎上，教師不但在課堂上傳授知識，答疑解惑，還鼓勵學生積極發(fā)言，對授課內(nèi)容進行質(zhì)疑和討論。同時，將教學內(nèi)容劃分為課堂老師講授內(nèi)容和課下學生自學內(nèi)容，在課堂增加學生自學和應用知識的機會，適當減少聽課時間，調(diào)動學生自主學習積極性。從而實現(xiàn)學生由被動學習到主動學習、從學習知識到應用知識和創(chuàng)造知識的意識轉變。

3.為了增加本科生課外專業(yè)知識，在結束一個知識體系學習后，增設一個或多個課堂綜合訓練內(nèi)容，即通過布置相關課外專業(yè)知識論文閱讀量，以課堂提問(討論)、翻轉課堂、課后作業(yè)和課內(nèi)(后)匯報等多種形式進行抽檢，切實增加本科生課外閱讀量和知識儲備。為了拓展本科生國際化學術視野，一方面，開展了與課程體系相關的專業(yè)英語講授，探索性地進行了雙語授課模式;另一方面，學生分組分配與課程有關熱點和前沿知識的英文論文，課下翻譯閱讀，課堂講解匯報，授課老師現(xiàn)場指導并就有關問題進行討論。通過上述方式，使學生在專業(yè)知識上從“國內(nèi)”走向“國際”，緊隨國內(nèi)外知識前沿，有效拓展本科生的國際化學術視野。

4.進一步完善過程性評價體制，學生綜合素質(zhì)得到了明顯的提升。過程性評價是完善閉卷考試重要的舉措之一，通過資料調(diào)研和近幾年的教學積累，目前所形成的過程性評價資料包括：課堂作業(yè)、英文翻譯、匯報PPT、實驗報告、野外實踐報告和綜合訓練報告等，建立以上過程性評價資料的評分標準，對每個學生的過程性成績打分，結合期末測試成績，最終完成每個學生該課程的綜合評價。通過近3 年的實施，學生對知識能力掌握程度、應用能力運用程度和綜合素質(zhì)拓展程度明顯有所提升，歷屆學生對該課程目標達成度和各級知識點掌握達成度逐步升高。