“石油工程巖石力學”本博一體化課程改革

侯 冰，張其星，李世遠

（中國石油大學〔北京〕 a.石油工程學院；b.石油工程教育部重點實驗室，北京 102249）

一、課程改革背景

中國石油大學（北京）（含克拉瑪依校區）立足國家重大能源戰略與企業發展需求，以培養工學博士、造就高層次工程技術領軍人才為總體目標，提出構建“地質—工程一體化”本碩博一體化培養模式。本碩博一體化培養模式是對原有培養機制的優化和改革，要求學生掌握全面的石油工程專業知識，培養創新能力，提升綜合素養。之前固有的教育背景下，存在課程思政元素單一、缺乏創新性，教學內容重理論而缺乏實踐性，課程體系單一而缺乏綜合性，育人思維固化而缺乏全面性，學生知識出現斷層缺乏連貫性等問題，容易引發石油行業人才供需矛盾。

“石油工程巖石力學基礎”作為專業基礎課，是石油工程專業課程的基礎，并在許多工程技術領域中有著廣泛的應用。課程服務石油與天然氣工程“雙一流”學科建設的需要，建設培養人才。教學團隊由中國石油大學（北京）油氣井工程專業教師組成，授課內容均為石油工程巖石力學的熱點問題與油田現場實例，注重培養學生解決問題的能力。課程目標融入新工科建設的需求，著重培養學生解決工程問題的能力和工程實踐能力，重點體現在學生對具體工程問題的方案制訂、測試、預測、評估、論證及答辯的能力等。國內外相關石油院校均開設巖石力學相關本科和研究生課程，雖然開設的課程名稱不同，但大多包含“力學基礎”“巖土力學”“巖石物理學”或“儲層地質力學”等相關課程。

中國石油大學（北京）巖石力學實驗室是哥廷根力學學派在中國延續和發展的重要分支，分別經錢偉長、陳志達和陳勉等人引入和發展。在黃榮樽的影響下，實驗室在中國巖石力學與工程學會成立分支機構——深層巖石力學專業委員會（2018年更名為深層巖石力學與油氣工程專業委員會）。實驗室立足于國家重大能源戰略，著眼油氣領域發展，以油氣鉆、采、儲過程涉及的深部地層為研究對象，為常規井、復雜結構井、深海井及深井、超深井等復雜油氣井安全、增產提供理論和技術支撐。

二、石油工程專業特色課程思政建設

（一）師生理論與實踐并行

實驗室團隊成員踐行“以本為本、以德立身、以德立學、以德施教”的理念，將引領作用延伸到對指導的博士、碩士研究生及各年級本科生價值塑造、知識傳授和能力培養上。課程團隊還將教書育人的內涵落實到課堂教學主渠道，使重心轉移至常規基礎課堂，注重學生的品德培養，讓立德樹人潤物無聲，促進顯性教育與隱性教育相統一。

（二）以改革創新為動力，構建協同育人體系

實驗室堅持以學生發展為中心，把育人作為根本導向，加強課程的思想化價值引領。課程教師結合“本科生班主任”身份，了解學生所想、所需，運用改革和創新思想政治工作的方式和方法，引導學生自覺弘揚和踐行社會主義核心價值觀。堅持問題導向，把解決本科生成長過程中遇到的困難作為班主任工作的出發點和著力點，這樣能使本科生更加專注于課程和學業。

（三）結合專業特色，發揚石油精神和鐵人精神

實驗室在教書育人全過程中融入德育教育理念，并在教學建設、教學過程和質量反饋等環節中不斷改進。添加的課程思政元素不僅具備高度的思想性、理論性，還具備生活性、針對性，便于提升學生的理解與實踐。參加過1989年塔里木石油會戰的陳勉和金衍，以口述的形式傳達沐浴著改革開放東風的石油人體現出的“三種精神”。學校邀請國內外油田現場專家和工程博士開展講座，講述大慶、長慶、塔里木和克拉瑪依等油田崛起和發展的一點一滴。舉辦《石油魂》系列思想政治課程講座，組織觀看《榜樣》（1—5）專題節目，參觀大慶鐵人紀念館，培養學生的家國情懷、科學與人文精神素養，弘揚社會主義核心價值觀，發揚石油精神和鐵人精神。

三、工程實踐教育培養方式探索

（一）青年教師教學及工程能力培養

實驗室搭建良好的工作平臺，營造良好的工作氛圍，吸納和引進國外人才教師共4人，包括國家級海外高層次青年人才1人。此外，為促進學生學習國內外新理論和文化，鼓勵研究生出國訪問、留學和參加學術會議，實驗室學生累計出國57人次。

團隊積極落實“傳、幫、帶”教師培養模式。陳勉、金衍和張廣清等資深教授指導青年教師，同時共同學習以提升教學水平與科研能力。組織團隊活動，深入研究教學方法和課程內容；開展教學研討，集體備課，研究教學內容與方法以及思政建設等。團隊積極通過科研項目轉化和生產實習指導等方式與油田現場緊密結合，不斷豐富工程實踐經驗。此外，團隊充分有效地利用學校優質思想政治教育資源，積極促使專業課教師與思政課教學名師、示范教師、骨干教師交流學習，鼓勵集體備課，幫助團隊教師提升思想覺悟。

巖石力學實驗室依靠“石油與天然氣工程”國家“雙一流”學科，擁有“油氣資源探測與鉆探”國家重點實驗室、“石油工程教育部重點實驗室”“中國石油天然氣集團公司儲層改造重點實驗室”“中國巖石力學與工程學會深層巖石力學專業委員會”平臺。邀請國內外石油行業巖石力學領域知名專家，針對國內外非常規儲層開發時與巖石力學相關的熱點問題，共同交流實際工程案例，研討解決思路、設計方案和計算方法，提高科研能力促進教學機制。

（二）建設精品教材和教學資料

近15年來，石油工程巖石力學發展突飛猛進，教學團隊緊跟時代步伐，鎖定非常規油氣開發、地質工程一體化、人工智能大數據等，編寫并出版學術專著和教材8部。其中《石油工程巖石力學基礎》被指定為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，《石油工程巖石力學》《井壁穩定力學》成為國內石油相關領域的行業標準。結合國內外非常規油氣勘探與開發新形勢與新難題，撰寫補充教材《石油工程巖石力學實驗基礎》（富媒體），修訂《石油工程巖石力學基礎》第二版和英文版，包括相應的PPT、KEYNOTE電子資源。在中國石油大學（北京）石油工程專業本科生教學中獲得良好效果。針對非常規油氣高效開發，編寫專著《水力壓裂物理模擬理論與方法》和《非常規儲層穿層壓裂理論與關鍵技術》，在傳統常規儲層的石油工程巖石力學地應力、井壁穩定和水力壓裂等基礎知識和解題思路的基礎上，融入深層、超深層領域的高溫高壓巖石力學特點，以及非常規儲層動態應力場、長水平段井壁坍塌和縫網壓裂的前沿知識點。

基于OBE理念編制“石油工程巖石力學基礎”課程中英文教學大綱、教案、日歷、教材和習題集等教學資料和課程質量評價機制［1-2］。補充教材和圍繞專著石油工程巖石力學室內實驗和水力壓裂物理模擬，引入大量科研案例，專業針對性更強，培養學生的工程意識、工程分析和工程創新等能力。將課程思政理念融入人才培養體系中，充分梳理課程中的思政元素，使課程具有更強的專業針對性的同時，提高課程思想政治的質量和水平。此外，還將思政教育貫穿于課程教育教學全過程。優化課程評價機制，將學生的思想健康狀況、成長感受體驗、課程收獲運用、指導幫扶進步等納入教育教學評估范圍。

四、混合式全方位教學模式建設

（一）交叉融合學科自適應課程體系

隨著非常規油氣資源的開發力度不斷加大以及勘探開發環境的不斷復雜化，人們對巖石力學的關注度日益提高。學科細分是學科發展的趨勢，但是油田所遇實際問題往往是綜合性的，這就需要在不同方向學科交叉。當今油氣地質勘探—油氣井工程—油氣田開發—油氣儲運等學科正打破傳統學科壁壘，不斷融合與發展。巖石力學作為連接上述專業學科的樞紐，團隊抓住學科結合點，以培養綜合創新能力為目標，依照“相互滲透，相互融合，繁榮共生”的原則，構建課程體系。依靠學校產學研優勢，抓住行業的前沿性，將學科交叉、學科滲透、實踐教學等措施落實到教學全過程，優化實踐教學環節。針對前期本科、博士研究生教材和課程體系的設置存在年級性與階段性過強的問題，凝練石油工程巖石力學課程主體技術難題、發展趨勢，構建與石油工程巖石力學相關的現場典型實例的分析課程體系，形成石油工程巖石力學本博一體化課程體系。

（二）工程案例—實驗演示—生產實習“三位一體”

課程團隊將非常規儲層巖石力學典型工程問題和科研成果引入教學，教學內容補充現有教材尚缺乏的內容，頁巖、煤巖、碳酸鹽巖、儲氣庫、水合物等的科學研究引入教學內容，適應行業發展趨勢，提升教學質量，打造科教融合。不局限于課本上的傳統知識，結合在中石油、中石化和中海油課題合作中的典型工程案例和熱點問題，充分融入現場前沿知識點［3］。構建新的知識體系、訓練新的邏輯思維和解決問題能力。

課程團隊增加演示實驗課時，開展本博“共享式”水力壓裂、三軸實驗教學，本、碩、博共享實驗室能讓儀器設備能獲得最大化的利用。此外，積極建設VR實驗場景，拓展虛擬可視化仿真實驗［4-5］。

協調校企聯系，確定長慶油田采油三廠為中國學生和留學生實習教學基地；依托校企合作科研項目，深入油田一線開展應用性基礎研究，形成“廠內廠外相互融合，課內課外共同發展”的實習模式。此外，鼓勵石油工程專業畢業生到西部和油田基層工作，促進西部現代化建設。

（三）線上線下混合式全方位教學模式探索

授課內容故事化，使學生身臨其境，思路追隨故事情節；將抽象知識形象化，動畫輔助教學，形象地還原知識原理；注重科教融合，增強學生的認識和理解；注重素材選取，線上素材圖文并茂、線下素材通俗易懂。課程教學素材的選擇注重圖文并茂，內容布局包含50%文字、20%圖片、30%空白，整體顏色不超過3種［6］。

課堂教學可采用多種教學形式與學習形式，其特點朝著個性化和自主化的方向發展。巖石力學團隊將互聯網平臺應用到大學教育環節，構建課程“智慧樹”“學堂在線”（中英文）慕課，開通“課程群”、微信公眾號、石油云智慧平臺等學習交流平臺，其中石油云智慧平臺包括石油地質、地球物理、鉆完井、油藏工程和采油工程等多個模塊。此外，還建設了基于CDF（Computed Document Files）的互動式課件群，促進國內、國際慕課建設。這些學習平臺能實現課程要求、授課教案、習題集、試題集等線上傳輸，網上答疑，網上討論等師生和生生互動，多渠道對學生進行課堂外教學和輔導。同時在研究生或從事科研、工程技術的一線人員中也進行推介。

探索智慧教室授課+案例教學+視頻+討論+競賽多手段教學方式，結合線上線下混合式全方位教學模式探索，根據不同的培養目標，因材施教，靈活多樣地培養，構建基礎、工程和特色相結合的本博一體化課程教學體系。此外，教學團隊定期發放在線調查問卷，實時掌握學生的學習動態和意見反饋，調整、優化授課方式，已形成成熟的教學模式。

五、改革實踐效果

巖石力學實驗室長期致力于石油工程巖石力學領域的科學研究與技術開發，發揮領航帶頭作用，對石油工程巖石力學課程進行系列改革，成果頗豐。

相關研究成果獲得了國家級教學成果獎兩項，中國學位與研究生教育學會研究生教育成果獎兩項，北京市教學成果獎1項，申報北京市級教改項目1項，學校優秀教學成果獎1項，校級教學改革項目11項。培養本博一體化學生12人，發表教改論文18篇。

課程“學堂在線”（中英文）慕課上線，完成三輪教學，選課人數1.5萬；“智慧樹”平臺上線，運行完成兩學年；“石油云”平臺在2017—2022年間瀏覽量超過244 700次，運行效果良好。覆蓋范圍達到全國各個石油院校和各大油田現場。

任侯冰主講的北京市優質本科課程“石油工程巖石力學基礎”，教學效果良好，獲得師生一致好評的同時，教學專家也給予了高度評價。學生課后反饋通過該課程學習掌握了石油工程巖石力學基礎知識，為研究生學習和現場服務奠定了基礎。據中國石油大學（北京）教務處統計，2018、2019和2020年學生評教在校893門課程中排名分別為100、231和27（石油工程學院排名第1）。

自2019年提出本博一體化培養模式以來，涌現出大批優秀學生代表，榮獲各類獎學金，在國家級數學建模、國家級數學競賽、挑戰杯等學科競賽和中國石油工程設計大賽等專業競賽中多次獲獎，并獲中國石油大學（北京）十佳大學生、優秀研究生和先進個人等多項榮譽。