“三空間三維度四融合”立體化教學(xué)模式創(chuàng)新

劉廣峰 魏夏銘 楊勝來 王敬

［摘 要］ “油層物理”“油氣藏開發(fā)模擬實驗”是面向石油工程專業(yè)本科二年級學(xué)生和石油與天然氣工程專業(yè)碩士一年級學(xué)生所開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，承上啟下的作用強，課程知識交叉性強。基于教學(xué)“痛點”問題分析，遵循以學(xué)生為中心、問題導(dǎo)向、持續(xù)改進的理念，系統(tǒng)采用線下空間、線上空間和虛擬空間的“三空間”加強學(xué)習(xí)資源的供給，從過程導(dǎo)學(xué)、實驗操作和問題訓(xùn)練的“三維度”夯實學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，從融合思政、融合教改、融合體系和融合科研的“四融合”提升綜合育人水平，創(chuàng)新形成了“三空間三維度四融合”的立體化教學(xué)模式，系統(tǒng)夯實了教學(xué)資源，切實提高了課程建設(shè)水平，全面提升了教育教學(xué)效果。

［關(guān)鍵詞］ 教學(xué)創(chuàng)新；立體化教學(xué)模式；資源供給；學(xué)習(xí)效果；育人水平

［基金項目］ 2021年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目“油氣藏實驗與檢測創(chuàng)新實踐基地”（202102249024）；2021年度中國石油大學(xué)（北京）本科教育教學(xué)改革項目“非石油工程專業(yè)‘油層物理課程教學(xué)改革”；2022年度中國石油大學(xué)（北京）本科教育教學(xué)改革項目“油層物理虛擬仿真實驗平臺建設(shè)”；2021年度中國石油大學(xué)（北京）“研究生教育質(zhì)量與創(chuàng)新工程”重點項目“‘油氣藏開發(fā)模擬實驗研究生核心課程教材建設(shè)”

［作者簡介］ 劉廣峰（1979—），男，山東泰安人，博士，中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事油氣田開發(fā)工程研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）14-0065-04 ［收稿日期］ 2023-01-06

“油層物理”課程是面向石油工程、海洋油氣工程、資源勘查工程、應(yīng)用化學(xué)等本科生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，重點講授油氣藏流體的物化性質(zhì)、儲層巖石物理特性、儲層中多相流體的滲流機理等油氣藏核心基礎(chǔ)知識［1-2］。“油氣藏開發(fā)模擬實驗”是面向油氣工程專業(yè)碩士研究生講解油氣藏開發(fā)的方法、設(shè)備、結(jié)果分析和實驗方案設(shè)計。兩門課程在油氣工程領(lǐng)域?qū)W生的知識目標、能力目標和價值目標達成方面發(fā)揮著重要的作用。

但是，教學(xué)運行與實踐過程存在諸多影響教學(xué)效果的普遍性問題，涉及課程內(nèi)容、授課方式、實驗實踐等教學(xué)環(huán)節(jié)［3］。目前，在專業(yè)課教學(xué)改革與教學(xué)模式形成方面開展了大量有益的探索［4-5］。本文在分析相關(guān)課程存在的教學(xué)問題的基礎(chǔ)上，分析借鑒現(xiàn)有的研究成果，探索形成了“三空間三維度四融合”立體化教學(xué)模式。

一、課程教學(xué)存在的問題

（一）學(xué)用聯(lián)系少，學(xué)習(xí)的內(nèi)生動力待提高

以“油層物理”課程為例，課程內(nèi)容涵蓋儲層巖石、油氣及多相滲流領(lǐng)域的基礎(chǔ)物理原理，知識點多，理論性強，是學(xué)生最先學(xué)習(xí)的專業(yè)課程。因知識鏈條較長，學(xué)生難以建立課程知識與實際研究、應(yīng)用之間的聯(lián)系，影響了學(xué)習(xí)的興趣、熱情和內(nèi)生動力。

（二）涉及專業(yè)多，知識體系的包容性待增強

隨著油氣田開發(fā)領(lǐng)域?qū)W科交叉、技術(shù)融合的快速推進，應(yīng)用化學(xué)、資源勘查工程、海洋油氣工程等專業(yè)的本科生以必修和選修的形式修讀“油層物理”課程，人數(shù)已超過石油工程專業(yè)的學(xué)生。這對原有面向石油工程專業(yè)學(xué)生建立的課程知識體系提出了挑戰(zhàn)。轉(zhuǎn)專業(yè)考入油氣工程專業(yè)的碩士研究生在修讀“油氣藏開發(fā)模擬實驗”課程時也面臨知識體系包容性的問題。

（三）內(nèi)容多，學(xué)時短

“油層物理”“油氣藏開發(fā)模擬實驗”等課程的課時設(shè)置與其內(nèi)容量和重要性不匹配，造成學(xué)生難學(xué)、教師難教的不利狀況，影響了學(xué)習(xí)效果和后續(xù)課程的進行［2，6］。

（四）實驗支撐作用待夯實

實驗教學(xué)中存在實驗設(shè)備老化、數(shù)量不足、實驗場地有限等問題，加之實驗課前預(yù)習(xí)不足、人數(shù)多、組內(nèi)分工不明確等，造成實驗的支撐作用沒有充分發(fā)揮。

（五）知識傳授與思想政治育人功能的協(xié)同性待增強

“油層物理”與“油氣藏開發(fā)模擬實驗”等課程擔(dān)負著引領(lǐng)學(xué)生學(xué)石油、愛石油的重要責(zé)任。因思政元素挖掘不足、思想政治教育切入點較少，沒有充分發(fā)揮與思想政治理論課同向同行、協(xié)同育人的功能。

二、“三空間三維度四融合”立體化教學(xué)模式

（一）“三空間三維度四融合”立體化教學(xué)模式

為全面解決教學(xué)中長期存在的“痛點”問題，經(jīng)過多年的探索與實踐，創(chuàng)新形成了“三空間三維度四融合”立體化教學(xué)模式，模式示意圖見圖1。采用線下空間、線上空間和虛擬空間的“三空間”向?qū)W生強化學(xué)習(xí)資源的供給，從過程導(dǎo)學(xué)、實驗操作和問題訓(xùn)練的“三維度”夯實學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，從融合思政、融合教改、融合體系和融合科研的“四融合”提升綜合育人水平。表1為教學(xué)模式的詳細信息。

（二）“三空間”加強學(xué)習(xí)資源供給

對線下、線上、虛擬三種教學(xué)空間進行相互協(xié)同的差異化功能設(shè)計，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供導(dǎo)學(xué)、講授、復(fù)習(xí)、答疑、實驗實操、虛擬仿真實驗、虛擬現(xiàn)實體驗等豐富的教學(xué)資源，共同確保“油層物理”課程教學(xué)的高效實施。

1.線下空間。以教室、實驗室為主體的線下空間是教學(xué)運行的核心，通過優(yōu)化教學(xué)模式、增強吸引力等途徑加強對大學(xué)生的知識傳導(dǎo)。

2.線上空間。采用線上教學(xué)平臺，實現(xiàn)學(xué)習(xí)資料的推送、線下課程的回放；建立課程微信群，可以實現(xiàn)即時溝通與即時答疑。

3.虛擬空間。虛擬仿真實驗室和課程VR兩種虛擬空間，為學(xué)生提供了高危險、長時間實驗項目的訓(xùn)練機會和抽象理論沉浸式的體驗機會。

（三）“三維度”夯實學(xué)生的學(xué)習(xí)效果

從過程導(dǎo)學(xué)、實驗操作、問題訓(xùn)練三個維度入手，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

1.在過程導(dǎo)學(xué)方面。強化以學(xué)生為中心、以問題為導(dǎo)向的PBL教學(xué)模式，結(jié)合固定時間、地點的面對面答疑和按學(xué)生所需的隨機答疑等途徑進行答疑，扎實做好每一堂課、每一個知識點的教與學(xué)。

2.在實驗操作方面。優(yōu)化實操實驗類型、項目和學(xué)時，安排設(shè)計性、驗證性、演示性與綜合性的實驗類型，囊括儲層巖石、油氣流體、油水流動等課程的主要內(nèi)容；建設(shè)虛擬仿真實驗平臺，設(shè)計油氣PVT、覆壓孔滲、潤濕性、毛管壓力曲線、相對滲透率等油層物理仿真實驗，以及油水、氣水、提高采收率、在線NMR和CT監(jiān)測滲流模擬等開發(fā)模擬實驗，有效彌補了實操類實驗的短板；通過科研實驗室開放共享的形式，為部分學(xué)生提供了科創(chuàng)與競賽支持。

3.在問題訓(xùn)練方面。以“油層物理”課程為例，結(jié)合實際油氣藏問題，持續(xù)優(yōu)化習(xí)題庫，形成“作業(yè)+階段測試+課程研討”的問題訓(xùn)練模式，深化了學(xué)生對課程知識的理解與掌握程度；優(yōu)化了考核方式，加大了過程成績在課程總成績中的占比。

（四）“四融合”提升綜合育人水平

“四融合”是指在教學(xué)過程和教學(xué)內(nèi)容中深度融合思想政治教育、教學(xué)改革成果、知識體系優(yōu)化成果和最新的科研成果。

1.通過學(xué)風(fēng)思政、專題思政、助學(xué)思政等形式實現(xiàn)“融合思政”，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷、科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和辯證思維。在學(xué)風(fēng)思政方面，挖掘設(shè)計與課程內(nèi)容相關(guān)的思政元素和切入點，潛移默化地培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和辯證思維；在專題思政方面，先后以學(xué)習(xí)習(xí)近平總書記給大學(xué)生的回信、傳承石油精神等為主題開展五分鐘專題的思想政治教育，培養(yǎng)大學(xué)生的家國情懷，引導(dǎo)大學(xué)生踐行“厚積薄發(fā)，開物成務(wù)”的校風(fēng)和石油精神，引導(dǎo)大學(xué)生在新時代明確發(fā)展目標、端正學(xué)習(xí)態(tài)度、提高自律能力；在助學(xué)思政方面，依托課程設(shè)立助學(xué)崗位，支撐大學(xué)生科技創(chuàng)新項目，也支持了部分學(xué)生的學(xué)習(xí)生活與學(xué)術(shù)發(fā)展。

2.以教學(xué)研究為途徑加強教學(xué)訓(xùn)練和教材建設(shè)，并將教學(xué)研究成果應(yīng)用于課程教學(xué)過程，實現(xiàn)“融合教研”。近兩年，依托“油層物理”“油氣藏開發(fā)模擬實驗”課程，主持了教育部教改項目與校院級教改項目，編著了課程教材。

3.針對性優(yōu)化不同專業(yè)的教學(xué)知識體系，編制輔導(dǎo)學(xué)習(xí)材料，吸收借鑒國內(nèi)外有益知識體系，實現(xiàn)“融合體系”。首先，深入分析各專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，以增強課程知識銜接、提高教學(xué)效益為目標，優(yōu)化了教學(xué)方案，面向非石油工程專業(yè)的學(xué)生編制了針對性的導(dǎo)學(xué)、續(xù)學(xué)知識模塊，實現(xiàn)了課程間的相互賦能。其次，注重借鑒和吸收國內(nèi)外相關(guān)課程、教材的教學(xué)方案和教學(xué)內(nèi)容。

4.依照學(xué)校“重教學(xué)，強科研”的要求，加強團隊教師研究成果及國內(nèi)外最新研究成果對教學(xué)的“反哺”，實現(xiàn)“融合科研”。通過課程知識在科研與生產(chǎn)中應(yīng)用的介紹、最新研究成果的展示與評析，將課程知識的應(yīng)用及發(fā)展引入課程，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生建立課程知識與科研、應(yīng)用的連接，進一步提升了課程教學(xué)效果。

結(jié)語

創(chuàng)新形成了“三空間三維度四融合”立體化教學(xué)模式，保障了近幾年課程教學(xué)的高水平運行，為課程教學(xué)的持續(xù)改革與創(chuàng)新奠定了堅實的基礎(chǔ)。作為立體化教學(xué)模式的支撐，建設(shè)并充實了教學(xué)資源，包括線上課程回放、線上學(xué)習(xí)資料、油層物理VR、虛擬仿真實驗平臺、開放共享的科研實驗條件、習(xí)題庫、課程相關(guān)的國內(nèi)外研究成果等。

通過主持教育部與校院級教學(xué)改革項目、主編教材、建設(shè)油氣藏物理實驗實踐基地、發(fā)表教研論文等形式，有力提升了教研能力與教學(xué)水平。通過期末卷面成績對比發(fā)現(xiàn)，及格率、平均分連年提高。實驗報告、課堂討論等展現(xiàn)出學(xué)生的實驗?zāi)芰εc課程知識理解程度持續(xù)加強。

在已建立的“三空間三維度四融合”立體化教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，將持續(xù)充實各類教學(xué)資源，為立體化教學(xué)模式的持續(xù)改進奠定堅實的基礎(chǔ)。在教學(xué)實踐中，進一步實現(xiàn)從傳統(tǒng)課堂向立體課堂、從知識傳授向能力提升的轉(zhuǎn)變，進一步調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，促進學(xué)生的全面發(fā)展。

參考文獻

［1］卞小強，郭黎明.新工科+工程教育認證背景下油層物理教學(xué)模式探究［J］.大學(xué)教育，2021（10）：36-39.

［2］黃世軍，趙鳳蘭.石油工程相關(guān)課程銜接關(guān)系分析及其應(yīng)用：以“油層物理”為例［J］.教育教學(xué)論壇，2022（12）：129-132.

［3］魏光升，朱榮，董凱，等.基于產(chǎn)學(xué)研教深度融合的冶金工程專業(yè)課教學(xué)模式［J］.中國冶金教育，2020（6）：15-17.

［4］東曉虎，劉慧卿，黃世軍，等.碳中和背景下高校能源類專業(yè)教學(xué)改革思考：以石油工程專業(yè)為例［J］.教育教學(xué)論壇，2022（10）：51-54.

［5］張鵬，王守宇，呂英波，等.時代背景下的基礎(chǔ)學(xué)科專業(yè)課教學(xué)模式創(chuàng)新：以“材料模擬與計算”為例［J］.高教學(xué)刊，2020（36）：55-58.

［6］卞小強，孫博文.油層物理教學(xué)現(xiàn)狀分析與改革措施探討［J］.石油教育，2016（1）：34-38.

Abstract： Petrophysics and Oil & Gas Reservoir Development Simulation Experiment are important professional basic courses for the second-grade undergraduates and the first-grade of graduate students majoring in petroleum engineering， which play a strong role in connecting courses already studied and to be studied， and include much cross-cutting knowledge. Based on analysis of the teaching “Pain points” and following the concept of student-centered， problem-oriented and continuous improvement， the system adopts the “Three-Spaces” of “offline space， online space and virtual space” to strengthen the supply of learning resource， reinforce the learning effect of students from the “Three-Dimensions” of “process guidance， experimental operation and problem training”， improve the comprehensive education level from the “Four-Integrations” of “integration of ideology and politics， integration of educational reform， integration of system and integration of scientific research”. The Stereoscopic teaching mode of “Three-Space， Three-Dimensions and Four-Integration” proposed in this paper effectively alleviates the problem of “Pain point” in teaching， systematically enriches and consolidates teaching resources， effectively improves the level of curriculum construction， and comprehensively improves the effect of education and teaching.

Key words： teaching innovation; stereoscopic teaching mode; resource supply; learning effect; education level