問題式教學(xué)方法在石油工程專業(yè)課中應(yīng)用

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【摘要】石油工程專業(yè)基礎(chǔ)課程往往理論性很強，復(fù)雜的機理認(rèn)識和數(shù)學(xué)模型的建立是其難點，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中最為懼怕的就是大量的理論模型，課堂授課也就容易單一和枯燥，甚至成為教師的獨角戲表演，授課效果大打折扣，針對這一問題，引入了問題式教學(xué)方法，用以提高學(xué)生的思辨意識，調(diào)動其主動思考，提高課堂的活躍氛圍。以石油工程中的核心專業(yè)基礎(chǔ)課《滲流力學(xué)》為例，進(jìn)行了課程特點的剖析；分類設(shè)計了問題式內(nèi)容，包括13個重要知識點問題和5個代表性分析方法問題，同時提出了分層次問題設(shè)計的方法，即逐層分為主問題、子問題、引導(dǎo)問題、即時問題、研討問題；以保證課程連續(xù)性和完整性為原則，進(jìn)行了問題式教學(xué)應(yīng)用的過程設(shè)計。該教學(xué)模式的設(shè)計為同類專業(yè)課程的問題式教學(xué)提供了參考。

【關(guān)鍵詞】問題式；專業(yè)課；教學(xué)模式；石油工程；PBL

0引言

石油工程專業(yè)性很強，技術(shù)理論知識復(fù)雜，專業(yè)基礎(chǔ)課程難度大，單一的講授法教學(xué)模式容易使學(xué)生在聽教過程中思維疲憊，注意力渙散，教學(xué)效果往往一般。隨著教育教學(xué)的改革與創(chuàng)新，多種教學(xué)模式的綜合應(yīng)用大大提高了教學(xué)效果，具有代表性的主要有研討式、互動式、實踐式、啟發(fā)式、探究式、易位式、案例式、混合式、情景式、問題式，等等[1-3]，其中的問題式教學(xué)兼具了各種模式特點[4]。問題式教學(xué)（PBL：Problem-BasedLearning）是以增強問題意識和發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題能力為目的的教學(xué)模式，它不同于目的在于傳授和掌握已有知識、并把其當(dāng)成無可懷疑和不再發(fā)展的絕對真理的直線式教學(xué)[5]。以石油工程核心專業(yè)基礎(chǔ)課程滲流力學(xué)為例，進(jìn)行問題式教學(xué)方法的應(yīng)用探討。

1滲流力學(xué)的內(nèi)容特點

滲流力學(xué)中，熟悉基本概念、清楚物理現(xiàn)象、理解滲流規(guī)律、掌握數(shù)學(xué)模型是4個難度逐級遞增的基本要求，其中數(shù)學(xué)模型的建立過程、求解過程及應(yīng)用過程是最難的部分，也是學(xué)生害怕學(xué)習(xí)的部分。但是，滲流力學(xué)整體性很強，連續(xù)性很好，把握住基本的理論套路后很容易上手去理解數(shù)學(xué)模型的建立過程，最難的部分被攻陷，其他內(nèi)容也就水到渠成。例如，在對某一油藏進(jìn)行滲流理論分析時，其模型的建立過程為：（1）理想物理模型建立；（2）基本數(shù)學(xué)模型的建立（包括微分方程、內(nèi)外邊界條件、初始條件及輔助方程等）；（3）對數(shù)學(xué)模型求解，可得到壓力分布或者飽和度分布；（4）對求得的解進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)律分析（包括壓力、產(chǎn)量、壓力梯度、滲流速度、滲流場圖等），可理解為滲流規(guī)律；（5）進(jìn)一步把有價值的結(jié)論應(yīng)用于現(xiàn)場實踐中去，即應(yīng)用。理解這一過程可以先精通最簡單的穩(wěn)定滲流中的平面單向流的理論分析方法，然后由此及彼地擴展到其他模型中去，這樣就把整個滲流力學(xué)內(nèi)容貫穿起來。

2滲流力學(xué)問題式教學(xué)設(shè)計

問題式教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)生的主動思考能力，也能夠活躍課堂氛圍，但許多事情需要有個限度，如果問題太多學(xué)生的積極性也會被削弱，因此，問題式設(shè)計突出重要知識點，引導(dǎo)代表性是分析方法，并進(jìn)行分層問題設(shè)計。

2.1重要知識點問題設(shè)計

以滲流力學(xué)教學(xué)大綱所要求內(nèi)容為原則，力爭為通俗易懂的語言對重要知識點進(jìn)行問題設(shè)計，共13項。（1）地下儲層流體受哪些力的作用？（2）流體運動時如何建立壓力的連續(xù)性方程？（3）描述實際油藏的完整數(shù)學(xué)模型是由哪些部分組成的？（4）一維單向穩(wěn)定滲流的數(shù)學(xué)分析過程是什么？（5）一口直井生產(chǎn)時附近的流動要素有什么特征？（6）穩(wěn)定滲流的數(shù)學(xué)分析結(jié)果在實際油田中怎么應(yīng)用？（7）多口井同時生產(chǎn)時地層壓力是怎么再平衡的？（8）應(yīng)用什么方法去計算多井同時生產(chǎn)時的流量和地層壓力分布？（9）當(dāng)一口井剛打開時井底壓力隨著時間是怎么變化的？（10）當(dāng)一口井生產(chǎn)一段時間關(guān)井時井底壓力是怎么恢復(fù)的？（11）不穩(wěn)定滲流的數(shù)學(xué)分析結(jié)果在實際油田中怎么應(yīng)用？（12）水驅(qū)油時如何計算地層中含水飽和度的分布？（13）特殊流體、復(fù)雜地層、非常規(guī)儲層的滲流過程有哪些標(biāo)志性差異？

2.2代表性分析方法的問題設(shè)計

對通用的定律、原理、數(shù)學(xué)分析方法、應(yīng)用等，在問題設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入的分解和引導(dǎo)，例如，達(dá)西定律是描述產(chǎn)量和壓力的線性關(guān)系的普遍共識，其形式可以進(jìn)一步分解為動力與阻力的關(guān)系、能量損耗的關(guān)系、運動速度的評價、運動的微分描述等，是非達(dá)西定律或現(xiàn)象的基礎(chǔ)，在數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用中是核心和紐帶，在滲流力學(xué)中是相當(dāng)重要的知識點。對該定律的問題式設(shè)計為：達(dá)西定律在《滲流力學(xué)》中的戰(zhàn)略重要地位是什么？與此類似的問題式設(shè)計還有：（1）油藏問題的數(shù)學(xué)分析過程是怎么樣的？（2）多井同時生產(chǎn)時應(yīng)用勢的疊加原理是怎么進(jìn)行生產(chǎn)計算的？（3）不穩(wěn)定滲流中的多井干擾問題與穩(wěn)定滲流的一樣嗎？（4）水驅(qū)油時前緣含水飽和度和平均含水飽和度是怎么應(yīng)用的？

2.3分層問題設(shè)計

以重要知識點問題和代表性分析方法問題為主問題，其下可以分層設(shè)計子問題、引導(dǎo)問題、即時問題、研討問題等。舉例如下：主問題：地下儲層流體受哪些力的作用？答案：水頭壓力、重力、黏滯力、慣性力、彈性力、毛細(xì)管力。子問題：巖石的彈性力是怎么表現(xiàn)的？答案：孔隙壓力降低，巖石骨架體積膨脹，孔隙體積縮小，擠壓流體流出巖石。引導(dǎo)問題：液體的彈性力又是怎么表現(xiàn)的？答案：孔隙壓力降低，液體體積膨脹，孔隙空間不夠被擠出巖石。即時問題：巖石和液體的彈性能量哪個更強？答案：液體的彈性能量更強，因為其相對于巖石的微可壓縮性要大，儲層的彈性能量更多。研討問題：油藏壓力降低時，油藏中都有哪些彈性力的釋放？答案：巖石、油、溶解氣、自由氣、共生水、邊底水。

3滲流力學(xué)問題式教學(xué)應(yīng)用

問題式教學(xué)是激發(fā)學(xué)生的思辨精神活動和調(diào)動其主動思考的手段，不能完全代替講授的教學(xué)過程。因此，在問題式教學(xué)應(yīng)用中按如下設(shè)計方案進(jìn)行：直敘的課程章節(jié)內(nèi)容在課堂授課時不做變動，知識點的簡介也采用平鋪直敘。當(dāng)涉及重要知識點問題（13個）和代表性分析方法問題（5個）時，啟用問題式教學(xué)模式。問題式知識或者方法講解結(jié)束，仍回到直敘的授課過程。以滲流力學(xué)第2次課的內(nèi)容為例說明這一過程。課程標(biāo)題為：第一章滲流力學(xué)的基本定律和數(shù)學(xué)模型的建立，第一節(jié)流體的受力分析及油藏驅(qū)動類型知識點：（1）流體所處的地下環(huán)境；（2）幾種壓力的概念；（3）流體的受力分析；（4）驅(qū)油的能量；（5）油藏的驅(qū)動方式。知識點的前兩點采用普通的直敘教學(xué)方式，（3）、（4）、（5）遇到了重要知識點問題，由此可轉(zhuǎn)入主問題：地下儲層流體受哪些力的作用？由此展開問題式教學(xué)，第2次課則形成以此問題為主導(dǎo)的教學(xué)模式。當(dāng)然，在問題式內(nèi)容的設(shè)計上共有13+5=18個問題，滲流力學(xué)課堂授課共24次課，問題式教學(xué)占到了75%比例，體現(xiàn)了問題式教學(xué)模式的應(yīng)用，同時也保證了課程的完整性。

4結(jié)語

（1）問題式教學(xué)模式融入了許多其他能夠把較為枯燥的滿堂灌給帶活的教學(xué)模式，對以理論和數(shù)學(xué)模型建立為主的專業(yè)基礎(chǔ)課很適用。（2）問題式教學(xué)不同于簡單的課堂一問一答，它更需要結(jié)合知識點精心地設(shè)計問題層次及教學(xué)實踐，只有更巧妙和生動地引入問題式設(shè)計才能充分發(fā)揮其效果。（3）問題式教學(xué)要避免失去課程體系的完整性和連續(xù)性，課程的章節(jié)直敘講授需要和問題式教學(xué)有機地結(jié)合起來。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]許文學(xué).“角色易位式”教學(xué)模式的探索與實踐[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010（9）：253.

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[5]郝文武.問題式教學(xué)的價值和方式[J].課程.教材.教法，2009，29（9）：27-30.

作者:郭小哲 單位:中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院