油氣田開發工程學科研究生的啟發式教育

李穎 張啟輝 李海濤 陳明君 李曉華 羅紅文

摘? 要：油氣田開發工程作為傳統工科專業，急需大量高素質的創新性、應用型人才，而啟發式教育是培養此類人才的關鍵點。以油氣田開發工程專業為例，從實驗教學、實習基地教學、理論教學和導師示范作用四個方面深入探討如何啟發研究生的科研創新能力，提出充分利用現有實驗設備和設立多種實驗教學模式，充分發揮校內校外實習基地的引導作用，以及結合學生特點強化理論教學的引導作用和導師的示范作用。

關鍵詞：油氣田開發；啟發式教育；研究生；工程類；科研創新能力

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）15-0019-05

Abstract： As a traditional major， the development of oil and gas field requires a large number of highly qualified engineers with innovative and practical skills. Heuristic education is the key point to cultivate such engineers. Taking the major of oil and gas field development engineering as an example， this paper discusses deeply how to stimulate scientific research and innovation ability of postgraduate from aspects of experimental teaching， practice base teaching， theoretical teaching and the teacher's demonstration. It is proposed to make full use of current experimental equipment and to establish various experimental teaching modes. Meanwhile the guiding role of on-and-off campus practice bases should be fully exploited， and the characteristics of students should be considered when theoretical teaching and the demonstration of teachers are conducted.

Keywords： oil and gas field development; heuristic education; postgraduate; engineering teaching; scientific research and innovation ability

習近平總書記在黨的十九大報告中明確指出，加快建設創新型國家[1]。這是建設現代化國家的必然要求，也是貫徹新發展理念、構建新發展格局的重大任務。“十三五”以來，我國創新型國家建設取得決定性成就，其中，最為突出的方面之一即表現為統籌提升科技人才隊伍的規模與質量，形成人才快速發展的新態勢。

研究生教育是我國創新型人才培養的必要階段。目前，我國在校研究生超過260萬人，研究生已經成為眾多研究領域的主力軍[2]，更是建設創新型國家的主力軍。科學史表明，不少科學家的學術奠基性工作通常是從他們的研究生階段就起步了，比如現代最偉大的物理學家之一——斯蒂芬·威廉·霍金在24歲時即完成了他的博士學位論文《宇宙膨脹的性質》。因此，在研究生階段培養他們的創新創造能力，對于提升科技人才隊伍的規模與質量可起到事半功倍的作用。科研高校和研究生導師作為研究生教育的核心角色，更要注重啟發研究生進行科研創新，強化研究生的創新能力和創造性綜合素質，培養具有國際戰略眼觀的全方位科技人才，甚至是領軍人才[3]。

啟發式教育是培養研究生創新能力最重要的途徑之一[4]。“啟發式教育”通常指的是教師在教育教學過程中，根據教學任務和學生學習新知識、掌握新技能的客觀規律，從學生的實際情況出發，采用多種形式，以啟發學生思維為核心，進而充分調動學生學習的積極性和主動性的一種教學指導思想。啟發式教育的基本要求是要充分調動學生的主觀能動性，啟發學生獨立思考的能力，并注重培養學生的邏輯思維能力和動手能力，培養學生獨立解決實際問題的能力，同時發揚教學民主[5]。中國古代著名的教育家孔子曾說“不憤不啟，不悱不發”，這表明啟發式教育也是中國傳統優秀教育方式的組成部分，在中華民族教育事業發展過程中一直發揮著巨大作用[6]。

油氣田開發工程作為我國傳統工科專業，其研究生數量在進十年來不斷上升，隨著我國石油工程上游企業逐步向國際化、信息化方向發展，石油工程上游企業的發展面臨著前所未有的機遇，同時，全球范圍內油氣上游領域的競爭日趨嚴峻，因此我國石油工程上游企業也面臨著嚴峻的挑戰。如何對油氣田開發工程專業的研究生進行啟發式教育，以順應新時代發展形勢，培養石油工程領域急需的高素質人才，是擺在石油類高校教師面前的共同問題。因此，本文以油氣田開發工程專業研究生培養為例，總結啟發式教育在培養研究生創新能力和科研素質中的作用，分別從實驗教學、基地實習、理論教學以及導師示范等方面展開（圖1）。

一? 強化實驗教學的啟發作用

油氣田開發工程專業研究生的實驗教學長期以來沒有得到足夠重視，這導致學生的專業理論水平高，但其實際應用能力通常不夠強，難以解決實際問題。因此，強化研究生實驗教學的方式方法迫在眉睫，研究生的實驗創新能力和創新意識有待加強，這為進一步完善研究生實驗教學培養機制提出了現實要求。近年來，通過充分利用現有實驗設備、設立多種實驗教學模式，石油類高校研究生實驗教學得到不斷加強。

（一）? 充分利用現有實驗設備

首先，石油類高校，尤其具備國家重點實驗室的高校，具有大批高精尖實驗設備，其中多批自研設備通過自主創新和設計，實現了常用設備無法滿足的實驗功能和實驗目的，如西南石油大學“海洋非成巖天然氣水合物固態流化開采實驗室”“支撐劑嵌入深度專用測量裝置和大尺寸可視化支撐劑輸送模擬裝置”“超高壓氣藏流動特征實驗系統、新型高溫高壓動態堵漏模擬裝置”等。通過合理的時間安排和安全管理，讓這些科研利器同時為教學服務，讓學生著重了解設備更替和創新的來龍去脈，在設備的更新、創新故事中尋找靈感，學習創新方法和思路，體悟創新和科學的力量，對科研創新產生更加濃厚的興趣。

其次，充分利用好油氣田開發工程專業的常規設備，如Ｘ射線衍射儀、多功能掃描探針顯微鏡、全自動壓汞儀、界面流變儀等。在石油工程教學實驗室和科研實驗室建設過程中，需要進一步添加一些通用設備、工具和零配件，并且這些設備、工具能夠根據需要被組裝，進而滿足各種實驗流程的需求，用于教師開展創新性實驗流程設計，啟發學生主動思考并組裝實驗設備。

（二）? 設立多種實驗教學模式

首先，增加學生和教師的互動。采取預約制、自主式、多人探討等多種教學模式，學生可以先自行預約，教師再根據學生的預約情況，進一步統籌安排實驗教學。此外，學生還可以根據自己的興趣方向，自主選擇實驗主題和創新課題，并根據自己的研究需求設計實驗內容。學生和教師通過討論交流，可以互通有無、取長補短，并對實驗方案給予反饋與建議。在該過程中，學生的思考能力和創新能力大幅提升。

其次，引進其他領域的先進技術，開啟創新實驗教學模式。如引進虛擬現實技術（VR）或者增強現實技術（AR），建設油氣田開發仿真教學實驗室，讓學生通過虛擬和現實結合的畫面、觸感完全沉浸在超還原、高保真的實驗環境中，切實感受酸化壓裂增產改造、采油采氣、注水增產、修井作業等基本生產工藝和崗位操作要領。比如，體驗修井工具打撈、泵效校對、采油采氣樹的實際操作等，掌握各種現場設備的功能作用、操作要領和原理，掌握基本生產工藝；同時，通過浸入式參觀井身結構、完井管柱、油氣在井筒中的開采流動過程等，掌握油氣田開發工程的動態過程和原理，達到實驗仿真部分替代油氣田開發工程專業實習的作用。基于此，研究生在進行相關專業課程學習時，可以有效避免教師在普通課堂中的講解與自己在虛擬仿真實驗中所受到的指導步調不一致的問題。教師應當根據學生在虛擬仿真技術的實踐中遇到的問題，有針對性地解答，通過這樣的方式來啟迪學生，開發學生的思維能力，增強學生獨立自主學習、思考的能力。

再次，鼓勵學生拆裝、設計和制作動態仿真模型，包括抽油機仿真、井深結構、電潛泵、螺桿泵等井下泵的各種仿真模型，壓裂酸化施工仿真模型以及油藏動態仿真模型。以往油氣田開發工程專業的研究生在生產實習過程中，大部分時間看到的都是各類裝置設備的外表面，但學生并不了解這些裝置設備內部結構，雖然教師可以使用各種多媒體教學的手段作為補充，即以視圖或動畫的形式向學生展示裝置設備的結構特征，但這樣的教學效果也不如讓學生直接觀察并拆裝模型來得更為直觀。西南石油大學長期舉辦研究生仿真模型制作大賽，通過自制拆裝仿真模型，啟發學生探索知識并轉化為實物，更好地了解油藏結構、井網布置、井深結構、完井結構以及壓裂酸化增產的原理及工藝流程。

最后，在實驗教學中注意留白，應該針對學生的個性化學習需求和學習進度，制定有針對性的實驗教學目標。啟發學生自主操作某一流程，或者自主設計某一段操作流程，在操作中發現問題，并鼓勵學生提出改進建議，讓學生開啟想象的翅膀，從而啟發學生思考和創新。

二? 強化實習基地的啟發作用

油氣田開發工程是一門應用性非常強的專業，相關高校就要保證進行該專業學習的學生不僅有過硬的理論知識，還要有十分豐富的實踐經驗。有別于橋梁交通、農業種植等實習基地分布廣、距離近、安全隱患小的優點，油氣田開發工程的實習地點分布集中、距離遠、安全隱患大。我國開設了油氣田開發工程這一研究生專業的高校，在安排學生生產實習方面，通常的做法是校方主動聯系各油田單位，然后為學生指定實習地點，再安排和組織學生去油氣田進行現場實習。但這個過程中，容易產生聯系現場生產實習困難、企業不太愿意接受學生實習的困難局面。同時，這些油氣田分布在偏遠的山區，且油氣生產工藝具有復雜性和不穩定性的特征，在現場生產過程中，各類管線通常都是帶有一定壓力，這就造成了一定的安全隱患，因此在生產實習過程中，防火、防暴和防硫化氫等安全問題是最為重要的。除了少數本身就地處石油石化產業基地的石油類高校外，其他大部分高校的學生去現場實習的距離都較遠。例如西南石油大學位于四川成都，實習基地多在車程4小時以上的磨西氣田、龍崗氣田等地，學生實習需要安排長途出行、食宿等，安全責任大、組織難度大。所以，要采用新的切實可行、安全性高的實習組織方式，鼓勵學生現場學習，啟發學生思考創新和進步。

（一）? 充分發揮校內實習基地的引導作用

校內實習基地通常指的是將現場生產工藝流程建立在校內的以教學為目的的實習基地。目前，我國大部分石油類高校都建設有校內實習實訓基地，如西南石油大學的校內石油工程綜合實習基地（圖2），其對油氣礦場生產實際進行了全尺寸再現，該基地共占地約15畝（1畝約等于667 m2），總共耗資近1億元人民幣，包含了鉆井、錄井、采油采氣、油氣集輸及油氣煉化等一整套油氣勘探、開發、集輸和煉化流程，并且可實現各類設備的單獨運作和全流程的生產聯動，能夠給學生全方位展示油田生產全過程，近年來的實訓效果也表明，其能夠有效解決油氣田開發工程專業研究生擴招后面臨的實踐難、實踐不到位等難題，打破了培養學生創新實踐能力的諸多瓶頸。通過加強校內實習基地建設，學生在學習過程中掌握了企業生產的工藝流程和主要設備的工作原理和內部結構，為企業實習打下堅實基礎。

為引導學生自主創新，校內的實習基地除了可以發揮常規的認知實習外，還充分展現出其在實習教學方面所具備的全面性、整體性、靈活性、獨立性、可操作性和創新性等方面的系列優勢，讓學生能夠從整體上把握油氣田開發專業的具體生產全過程。校內的實習基地還可采用開放實習的方式，進而激發學生的主觀能動性以及實踐創新性，在設計實習方案方面使學生具有更多自主權，讓學生自己確定初步的實習目標，教師在此基礎上與學生討論，最終確定實習的具體目標和內容，這樣學生在開放實習過程中就可以獲得更多更深的見解。此外，校內的實習基地可以避免企業生產現場產生的各類噪音干擾，這也將大大提升學生和教師的交流效果。

（二）? 充分發揮企業實習基地的引導作用

首先，鼓勵學生自主聯系石油企業，組成人數較少的實習小分隊前往實習基地。各小分隊預約實習時間并上報學校，便于學校安排教師帶隊。人數較少的實習小分隊有利于教師和每一位學生都能充分交流，便于教師管理組織，且每位學生能有更多機會和時間與現場指導教師交流，獲得更多的實際操作機會和體驗。同時，這種方式將隊伍龐大的實習學生分散開，減小了實習基地的安全壓力和教學壓力。當前，我國絕大部分的油氣生產單位都實現了較高的自動化程度，但這也使得部分操作程序更新、更復雜，而小分隊實習更有利于讓學生在更短時間內對油氣的生產過程和相關操作有更深入的了解，研究生有機會參與動手操作。校方師生和油氣田基地工作人員良好、充分的互動讓學生對現場生產有更完整更清晰的認知，有利于學生獲取更多信息，從而為推陳出新打下堅實的基礎。

其次，研究生導師根據學生的課業學習和科研方向，基于校企合作科研項目，安排學生到企業進行生產基地考察和跟進。通過對現場問題的實地感受觀察，熟悉完井與投產、采油工藝、采氣工藝、油層增產改造措施、井下工具與作業等環節。研究生導師、企業專家、企業青年員工和研究生共同探討生產問題及解決辦法，啟發學生思考現實問題，根據學生的實踐情況，反饋相應的實習內容給學校和現場指導老師。生產單位的油田開發工程專家將結合企業的人才和設備運轉情況，為高校提供相應的建議，并協調推薦現場指導教師；選擇近幾年剛參加工作的油氣田開發工程專業的青年員工，從自身成長經歷和工作情況出發，還可以給研究生提供更為現實可行的建議。

三? 強化理論教學的啟發作用

相比于歐美教育，我國應試教育往往更加注重理論和應試策略，學生創新意識較為薄弱。啟發式教育是為學生學習而教育，而不是為教師教育而教育，因此啟發式教育的主體為學生而非教師。啟發式教育的重點是在讓學生在掌握核心知識的過程中，學會自主學習和創新的方法及思維模式，進而起到不斷激發和強化學生主體性的效果。啟發式教育的核心在于這個“啟”字，相關的教育教學活動都應當圍繞這個核心來開展。為此，在課堂理論教學時，不僅僅是教師提問啟發學生思考，更應該鼓勵學生“胡思亂想”，激發學生發散性思維，讓學生自己提出問題，并提出解決問題的思路，促使學生進一步思考。

啟發式教學思想基于人的主體性和本質觀，這就需要導師對教育心理學、教育學有深刻的認識和領悟，能夠根據學生的個性化特點，在教學實踐過程中采取相對應的教學組織形式，以及有針對性的教育教學方法，充分發揮指導教師的助學作用。總體而言，油氣田開發工程專業研究生的創新應以工程問題為起點，導師應啟發學生從工程問題中提煉出科學問題。研究生在開始動手前，應該思考并挖掘自己所要開展工作時與他人相比的高明之處，如何體現出創新性。要運用更為豐富、活潑的教育形式和教學方法，充分調動學生參與教學活動的主觀能動性，激發學生的學習潛力和興趣，使其產生學習的內在動力，從“別人要我學”變為“我要學”。這樣一來，就可以通過教師的啟發引導，讓學生主動思考、練習和實踐，最終取得好的學習成果。要充分利用專業知識要點之間的內在聯系，啟發學生深入了解知識的本質，教師要善于分析知識點之間的邏輯性，從系統的角度激發學生的探索心理，以豐富多彩和新穎的內容以及活躍的教學方法來激發學生的好奇心和學習動力。

四? 強化研究生導師的示范作用

教育本身是一種以人影響人和人帶動人的活動，實踐證實，教師只有將自身的創新人格提升起來，才能培養創新能力強的高素質人才。桃李不言、下自成蹊，一名合格的研究生導師應當具備扎實的專業知識、與時俱進的思維方式和強大的奉獻精神。勤奮嚴謹，求實創新，勇做科技創新的探路者。在帶領學生進行科學研究的過程中以身示范，鼓勵學生多查閱文獻，啟發學生探索思考，并開展驗證性實驗和實踐，激發學生的創新潛能。

面對“互聯網＋”、大數據、智能制造、云計算、人工智能以及機器人等新專業的沖擊與融合，也需要導師快速接納新概念、新理論和新方法，并升級傳統工科專業。實踐表明，一些新奇的事物和不斷創新的教育教學方法，更容易啟發學生的學習興趣。研究生導師應當改變過去“一本教材一支筆，一塊黑板一張嘴”的傳統課程教學方式，主動實踐現代化的教學方法，并注重汲取傳統教學方式的優點，使傳統和現代教學方法相結合起來，在了解學生的基礎上，更加個性化地采取相應的教學策略和教學方法。

當前，國內石油高校的很多青年教師大多為博士畢業后就直接到高校工作，缺乏生產實踐經驗，對油氣上游行業工藝流程的了解并不充分。因此，各石油高校應充分利用校外實習基地等資源，注重培養剛入職青年教師的工程實踐能力，培養具有“雙師型”特征的生產實習指導教師。教師在教授過程中，遇到不懂的問題，要勇于向學生展示自我啟發、自主學習的過程，為引導學生勇于探索未知領域起到模范帶頭作用。

西南石油大學設立了班導師制，要求青年教師擔任班級導師，利用教師的專業特長關心和引導學生明確科研目標和發展方向，向學生講解專業培養方案、職業發展規劃和本專業學生的就業前景，激發學生的學習興趣和主觀能動性，使學生愛專業、愛學習。班導師制不僅能夠對學生的科研及職業發展起到正確的引領作用，還有助于培養學生積極向上的學習和生活態度，營造“你追我趕”的科技創新氛圍，提升學生的科技創新和實踐能力。導師通過向學生宣講各項科技競賽，如中國石油工程設計大賽等，有助于鼓勵和引導學生積極參加課外科技活動和學科競賽，進而提升學生專業水平的綜合能力。

五? 結束語

研究生教育是創新型人才培養的必要階段，創新能力培養是油氣田開發工程專業研究生教育的核心內容，而啟發式教育是培養研究生創新能力的關鍵點。在理論教學、實驗教學和實習教學等各個階段，都可根據學生的特點，運用豐富多彩、生動活潑的教學形式和方法，開展研究生啟發式教育，同時發揮研究生導師的示范作用，引導學生勇于探索未知領域，強化學生的創新能力和創造性素質。

參考文獻：

[1] 習近平.決勝全面建成小康社會 奪取新時代中國特色社會主義偉大勝利——在中國共產黨第十九次全國代表大會上的報告[EB/OL].https：//www.gov.cn/zhuanti/2017-10/27/content_5234876.htm.

[2] 張睿，張偉.如何培養研究生的學術思維？[J].學位與研究生教育，2019（5）：41-44.

[3] 劉寶，陳鴻龍.面向新工科的研究生創新能力培養體系構建[J]. 實驗室研究與探索，2021，40（3）：199-202，207.

[4] 王征兵.漫談魏正果教授的啟發式教學[J].學位與研究生教育， 2012（11）：8-12.

[5] 胡海建.中國本土教育學論語中的教育智慧[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2016.

[6] 陳曉強，徐秀兵.《論語》“不憤不啟，不悱不發”解——兼談啟發式教學思想[J].甘肅聯合大學學報（社會科學版），2006（4）：77-79.