基于CDIO-OBE理念的完井工程課程教學方法改革探究

畢剛　李蒙蒙　劉志坤　竇亮彬　王瑞　韓強

摘? 要：完井工程是石油工程本科專業的主干課程之一，針對傳統教學方式在石油人才培養中的現狀及教學中存在的問題，提出基于CDIO-OBE理念的完井工程課程教學設計與實踐，以提高學生自主學習、創新實踐和團隊合作的能力。該文通過對課前-課堂-課后三個教學活動階段的方案設計，從理論教學、實踐教學、考評模式等方面對完井工程課程教學模式進行創新，初步形成“課前線上預習、課堂理論學習、課后拓展實踐和以賽促教”的教學模式。在CDIO-OBE特定理念背景下的教育過程，幫助學生樹立職業道德、團隊精神和分享意識，為應用型人才培養模式創新提供參考和啟示。

關鍵詞：CDIO-OBE理念；完井工程；教學方法；教學改革；石油工程人才培養

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）16-0142-04

Abstract： Completion engineering is one of the main courses of petroleum engineering undergraduate program. Aiming at the status quo of traditional teaching methods in petroleum personnel training and the problems in teaching， we put forward the design and practice of completions engineering course teaching based on the concept of CDIO-OBE， in order to improve the students' ability of independent learning， innovation and practice， and teamwork. In this paper， through the program design of three teaching activity phases： pre-course， classroom and post-course， the teaching mode of Well Completion Engineering Course is innovated in terms of theoretical teaching， practical teaching and assessment mode， and the teaching mode of "pre-course online pre-study， classroom theoretical learning， post-course practice and competition for teaching" is initially formed. The educational process under the specific concept of CDIO-OBE helps students to establish professional ethics， team spirit and sharing consciousness， which provides reference and inspiration for the innovation of applied talent cultivation mode.

Keywords： CDIO-OBE concept; well completion engineering; teaching methods; teaching reform; petroleum engineering talent cultivation

在全球信息化高速發展的大背景下，技術和理念的創新使得知識獲取和傳授方式正在發生深刻變革，當今教育教學模式和方法的改革正在如火如荼地開展。許多高校在實踐類課程中探索基于CDIO工程教學模式的實踐，在理論教學中采用OBE教學理念和方法，這些教學創新都為一流本科課程建設做出了可學習、可引導的教學改革實踐經驗。CDIO由麻省理工學院建立，是世界廣泛使用的先進現代工程教育理念。在實踐教學方面，CDIO教育教學模式代表工業產品從研發到運行的整個生命周期所經歷構思、設計、實施和運作的過程。OBE理念是以學生為中心、教師為主導組織、以問題為導向、任務為驅動，持續改進的教學模式。不同于傳統課程，其重點關注學生學習課程結束后具備什么樣的能力，能為社會發展做些什么樣的貢獻。CDIO和OBE理念都貫穿了教育理念的轉變，就是在教學過程中以教師為中心轉變為以學生為中心，教育教學改革的重點已經是學生參與式學習、學生在實踐中學習[1]。

傳統教育中教師主要采取灌輸方式教授知識，即學生被動地接受知識，這種教學方式重傳授而輕參與、重理論而輕實踐。針對普通高校石油工程專業教育質量問題，提出以CDIO-OBE教育理念為導向的完井工程課程教學改革方法，設置課程設計，激發學生學習興趣，使學生在學中做，在做中學。完井工程課程教學改革將理論教學、實驗教學和考評模式進行整合，一方面使學生學習理論知識和專業技術，培養學生解決實際問題、創新協作的能力；另一方面，提高高校石油工程專業教育質量，實現高質量培養應用和創新石油工程人才的目標。

一? 傳統完井工程課程教學實踐中存在的問題

（一）? 傳統課堂教學授課時間有限

完井工程是石油工程類本科生必修的一門重要專業課程，課程主講內容包括完整的完井工程方法設計以及油氣井測試與投產等，共計2個學分，32個學時。在課程中涉及較為復雜的完井工藝、特殊井下工具和具體工藝流程，需要實際操作和實物演示，學生通過課本有時難以理解。然而課堂時間有限，教師無法利用充足的時間講解課程內容和開展實踐，因此，需要構建系統和完善的課程教學體系，促進課程教學改革研究[2]。本文結合CDIO-OBE教育理念，通過進一步構建系統的線上線下融合式教學模式，保障這門課程的教學質量，取得更好的教學效果，培養學生的工程思維和創新能力，激發學生提高自主學習能力、創新思維和工程素質。

（二）? 理論教學內容需要完善和更新以適應社會發展

完井工程是一門實踐性非常強的專業課程，教師授課同樣需要結合石油工程實踐不斷完善。隨著社會的發展和技術的創新，石油工程中一些新工藝、新技術、新方案不斷完善，鉆井工程方面，斜井、水平井也得到較廣的應用，課程設計也應適當地增加或補充油田生產中的實際信息和數據。此外，在教學過程中，由于教學內容中的實際數據信息種類繁多，數據量巨大，難以及時、精確地為學生提供數據，同時也存在著大學課程參數管理數據庫不完善等問題。在高校課堂中，要開設鉆完井的專題，利用油田的真實資料及數據庫，讓該課程的設計能更好地反映出工程的實際情況。

（三）? 課程實踐教學環節落實不到位

完井工程課程非常強調理論和實踐的統一，傳統教學模式在教學方案設計時，雖然考慮了實踐教學課時，但是由于實驗設備和授課時間的限制，往往達不到理想的教學效果。完井工程課程尤其是工藝設計理念部分，必須與鉆、完井工程的實際狀況相結合，若缺少實習環節則會造成學生對知識的理解與掌握程度不一致。課程實踐教學環節是理論教學的延伸，是促進學生深化理解知識和實踐統一的重要手段，高效課堂上更應該重視學生學習過程中理實統一、理實一體，培養具備實踐能力的合格石工專業人才。

二? 基于CDIO-OBE教育理念的課程設計框架

（一）? 以課前和課中為重點的理論教學

有機整合線上和線下模式，探索線上線下相融合的教學方法。互聯網時代的來臨，改變了師生獲取信息的方法與途徑，如何將信息技術更好地融入教育是當前教育活動中的一個重大命題。此外，隨著新冠感染疫情的暴發，在線教育也迎來了空前的發展，在后疫情時代，線上與線下結合的教學方式被提升到了一個新的高度。因為面授的成本有限、時間也有限，所以要把面授的時間用來達到更高的認知水平。線上學習時間有彈性的基本認知目標，把課前視頻學習、課前自我測試和課堂教學有機地結合在一起，把線上和線下的教學方式與精品共享資源課程真正地結合在一起，設計出最適合的教學情景，從而建立起一種融合式的教學模式[3]。與傳統的“教師講課-布置作業-學生回家練習”的方式相區別，采用翻轉課堂的教學方式，實現“學生在線學習-課堂探討-課后鞏固”，學生們在進行知識的學習，同時課堂也成為了教師與學生、學生與學生進行互動的地方，在師生間建立密切的關系，以實現更好的教學效果。另外，在學校已有的教育教學資源基礎上，開發、整理大量的完井工程教學信息資源，構建課程教育資源庫，創造數字教學環境，從而助力教學改革的發展。

（二）? 理論聯系實際創新教學內容進行實踐教學

延伸課程教學，加強實踐教學環節。完井工程是一門實踐性非常強的課程，教學過程中不可避免地要涉及完井的機械和井下工具，通過鉆井與完井機械和井下工具能夠更好體現出相關理論。課程設計要真正做到與現場實際工程設計內容相符合，設置鉆井與完井工程專題，采用油田生產實際數據進行教學研究分析。在教學方案設計時，將32學時的純課堂教學改為28+4模式，其中教學內容特別包括現代完井工程新方法（4學時），增加4學時課堂實踐，實踐設置在學校建設的石油工程技術訓練中心，以實物展示、操作、動畫等工具輔助教學，促進學生基礎學習的不斷深層次延伸。通過實踐教學突出學生主體作用，激發學生自主學習動力。探索以學生為主體的教學模式，采用多樣化的教學手段，盡可能讓學生參與課堂，充分發揮教師的引導、幫扶和激勵作用，提高學生學習的主觀能動性。

（三）? 課后考評形式多樣化，開展賽教結合

課程采用多樣化的考評方式，引領學校教學內容和教學方法的改革。完井工程課程在教學過程中需采用實際資料進行課程設計，通過鉆井與完井機械和井下工具為學生授課，理實一體化的教學模式使學生能夠更好地理解書本內容，提高學習效率。在考評模式方面，從傳統的單純考卷成績為主導轉變為考卷、課堂、實踐、作業等多方面考察相結合。另外，課程設計要真正做到理論和實踐相結合，在教學內容上與現場實際工程設計相符合，還可以在考評模式上設置鉆井與完井工程專題相關專業技能大賽，鼓勵所有學生參加專業技能比賽，在比賽過程中，學生既可以學習完井工程系統理論和其他相關專業知識，并且能夠將理論內容付諸實踐。課程專業比賽是學生提高專業技能的重要途徑，通過賽教結合的形式變被動學習為主動學習，進一步提高學生學習興趣，增強學習效果。

三? 基于CDIO-OBE教育理念的完井工程課程教學改革探究

（一）? 基于現代化信息技術優化課程理論教學

基于CDIO-OBE教育理念的完井工程課程在教學過程中，應該特別強調理論與實踐相結合、基本概念與學科新技術、新工藝相結合。首先，教師在多媒體教學課件中需配有大量來自我國油田現場的圖片，結合實際工程應用，與油田生產實際情況緊密聯系，播放教學內容相關的視頻，使學生有更加直觀的感受。其次，應用現代化信息技術，使學生能夠把大數據統計方法、智能方法與課程內容相融合。除在課堂上學到的知識之外，還要在課下學習與課程內容有關的相關軟件，尤其是要能生成有關完井工藝的動畫演示視頻，理解有關的工藝過程、設備的工作原理，比如通過 Flash動畫來演示射孔工藝、沖砂工藝以及封隔器的工作原理。針對常用的完井工具（篩管）、常用的作業工具（如封隔器）、典型的作業裝備（如壓裂小車），通過實物或模型演示，讓學生對每種工具的特殊外形以及裝備的特殊構造有一個直觀的認識。再次，利用信息化技術，開發出包括井筒結構設計參數、尾管下入深度等有關參數設計的軟件，在此基礎上，教師要根據信息化、大數據、智能化等知識，開發相應的設計計算軟件，讓學生對各參數的計算有一個更清楚的認識。在教學中運用多媒體和信息技術，把動畫、圖片和課堂板書相結合，使學生們的學習興趣大增，提高了課堂的信息量，提高了課堂的效率。

隨著網絡教學工具的不斷發展，結合線上教學平臺的混合式授課模式，體現著以學生為主體的教學理念。完井工程課程教學活動設計方面，緊密圍繞線上教學平臺開展課程理論教學活動是改革的重要內容，通過進行線上教學課程設計，學生在課前主動開展線上學習，充分尊重學生作為學習中心的主體地位，教師發揮引導作用。線上教學平臺包括課程通知、簽到、課程討論、作業、考試和成績管理等模塊，可以準確且及時記錄學生自主學習情況，充分激發學生學習主觀能動性。另外，在線下教學活動中，強調時間留給學生展示和討論，教師引導學生學習課程內容。在課堂上把主動權留給學生，課前學生通過線上視頻提前學習教學內容，課堂上向老師和同學做重點匯報以及實踐分析，老師進行完善和指導。和過去傳統授課模式不同，線上線下融合式教學模式中教師重視對學生的輔導和交流，學生學習互動性強，教學和學習時間重新構建，提高課堂教學效率。

（二）? 以CDIO-OBE理念優化實踐教學過程

CDIO和OBE理念都貫穿了教育理念的轉變，就是在教學過程中以教師為中心轉變為以學生為中心，教育教學改革的重點已經是學生參與式學習、學生在實踐中學習。完井工程課程以互聯網信息技術教學為基礎，將傳統的教學模型與工程實際應用、鉆完井與開發一體化相結合，以現代先進的鉆探技術及完井體系為載體，以學生為中心，提高學生的學習興趣，開闊學生的眼界[4]。按照新課程改革的要求，強化課程的建設，改進課堂教學方法，建成數學模型實驗室，把一些實踐性比較強的章節與教學模型結合起來，在一些章節上可以進行實地教學。在實踐環節中，可以布置課外作業，鼓勵學生閱讀有關的文獻，進行歸納和分析。同時，為學生提供一種開放式的教學環境，讓學生們在課余時間也能進行參觀實驗室、研究實踐操作，從而提高學生的分析與解決問題的能力。通過將課堂教學與實驗教學相結合，將間接經驗與直接經驗相結合，將知識與技能相結合，以學生實際操作為基礎，使學生能夠更好地了解完井工程的理論知識，并將其運用到實際工作中去。

（三）? 多樣化教學模式與教學質量評價改進

近年來，隨著信息技術在教育界的普及，翻轉課堂也逐漸成為大學課堂教學的主流。基于CDIO和OBE教育理念改革，翻轉課堂就是對課內和課外的時間進行重新調整，把學習的主動權交給了學生，就是在教學過程中以教師為中心轉變為以學生為中心，強調學生參與式學習、學生在實踐中學習。與傳統的“教師講課-布置作業-學生回家練習”的方式相區別，在翻轉課堂的教學方式中，“學生在線學習-課堂探討-課后鞏固”，學生們在進行知識的學習，同時課堂也成為了教師與學生、學生與學生進行互動的地方，包括答疑解惑、知識應用等，以實現更好的教學效果[5]。在完井工程課堂上，鼓勵學生開展分組展示，以小組參加課題的研究，同時還可以利用實驗室的資源，讓學生走進實驗室，幫助老師做好實驗準備、數據觀察和整理，讓學生對實驗的流程、原理有一個全面的理解和掌握，能夠增強學生在實驗中的分析合作能力。另外，基于CDIO和OBE理念下的教學質量評價應該更加注重綜合性，結合考卷、課堂、實踐和作業等多方面內容進行考查，并舉行專業相關的技能大賽，通過賽教結合的教學方式進一步促進學生學以致用的能力，提升學習效果。

四? 課程教學模式改革的主要特色

（一）? 教學模式創新

基于CDIO-OBE理念為核心的教學模式，對教師提出了更高的要求。按照課程設計目標，完井工程課程設計流程主要涵蓋課前學生自主學習、課中學生課堂討論學習、課后學生鞏固學習三個關鍵環節。對以“記憶”“理解”為目的的理論知識，通過信息技術手段，將其置于課堂前的線上視頻學習中，并由學生自行完成；將“應用”“分析”等更高層次的認知對象，放入課堂教學，通過翻轉課堂形式，在老師的引導下循序漸進地進行學習，提高學生的學習主動性和探究合作能力；課后通過個人和小組作業練習鞏固所學內容[6]。另外，課程改革將完井工程32學時的純課堂教學變為28+4模式，28學時課堂教學和4學時實踐教學，納入教學大綱，編寫實踐課指導書和實踐課教學大綱。

（二）? 課程教學理念和教學資料平臺化創新

基于CDIO-OBE理念的教學模式轉變了對學生進行灌輸教學的思想，通過理論和實踐相結合的教學模式提高學生學習的主動性，體現石油工業特色和工程思維的教學理念。另外，學校投入資源建設教學資源課程庫，利用精品資源課程共享，使得學生有更多自主學習的機會[7]。完井工程課程建立并系統完善統一的課程教學資料，包括大綱、教材、多媒體課件、教案、授課計劃和復習練習題。每位教師上課時，都能以此平臺資料為藍本進行個性化的微調，即充分發揮個人的講課和與所帶專業結合特點，同時也保證了授課內容的完整性及授課內容和教學進度的一致性。通過教學資料平臺化創新，使得教師有更多的時間投入課程設計，能夠有效促進教育教學改革實施效果[8]。

（三）? 考評模式創新

基于CDIO-OBE理念的教學模式轉變對課程考評模式提出了新的要求，更加強調以學生為中心的綜合性考評模式。完井工程課程充分考慮不同專業的特點，對課堂作業和課堂實踐環節加入各專業的特色內容，建立個性化授課內容。課程在考核機制上，通過學校試題庫建設項目，建成課程基礎試題庫，考試題以該試題庫為基礎；其次，優化課程考核機制，由原來的單純考卷成績為主導轉變為考卷、課堂、實踐和作業等多方面考察相結合，充分調動學生參與到課程中來的積極性；另外，組織石油工程相關的專業技能比賽，以多樣化的考評模式強化理實一體的教學方式，提高學生專業能力[9]。

五? 結束語

本文基于CDIO-OBE理念對完井工程課程教學模式進行改革，以提高學生自主學習、創新實踐和團隊合作的能力。通過結合現代信息化手段進行授課，開展線上線下相結合的理論教學、理論聯系實際創新實踐教學、多樣化考評模式提高授課效率，實現以學生為中心的理論與實踐結合的教學模式[10]。完井工程課程改革將工程教育的CDIO理念應用于實踐教學中，讓學生參與實踐，培養學生的工程設計能力、實踐能力和團隊精神；按照教學大綱要求，其中重點難點部分按照OBE中“產出為導向、以學生為中心”設計教育理念開展教學，讓學生參與課堂、融入課堂。通過融合式教學模式創新改革，能夠激發學生學習興趣，使學生在理論知識、設備原理和實踐能力方面得到較大的提高，學生能夠將知識和實踐結合起來，主動學習、思考和解決問題，在專業課程學習中培養學生的創新實踐意識和能力，從而提高高校石油工程專業教育質量，實現高質量培養應用型和創新型石油工程人才的目標。

參考文獻：

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[9] 張忠華.基于Blackboard平臺的混合教學探索——以《計算機基礎》為例[J].教育科學論壇，2017（12）：57-60.

[10] 裴曉林，陳麗，楊飛龍，等.新工科背景下化學師范專業化工基礎課程教學改革探索[J].化工高等教育，2023，40（6）：98-103.

基金項目：陜西省研究生教育綜合改革研究與實踐項目“行業特色學科高水平科研項目支撐學術學位研究生培養的創新與實踐——以石油與天然氣工程學科為例”（YJSZG2023101）；西安石油大學2023年校級教育教學改革研究項目“基于CDIO-OBE理念的《完井工程》教學方法改革與實踐”（JGYB202311）

第一作者簡介：畢剛（1984-），男，漢族，陜西靖邊人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為石油與天然氣工程。