石油工程实验教学的改革

石油工程实验教学的改革

一、中心实验教学体系和平台

按照人才培养和实践教学的需要,本着有利于资源高效利用,有利于促进学生知识的转化和实践能力的提高,以及有利于培养学生的大工程意识和创新意识等原则,在统筹建设与石油天然气工程紧密相关的专业实验室基础上,进一步把与中石油合作共建的校内“石油与天然气工程综合实践教学基地”,以及“中石化河南油田分公司部级大学生校外实践教育基地”“中石油川东钻探公司部级工程实践教育中心”“中石油重庆气矿部级工程实践教育中心”等8个稳定的校外实习基地有机整合,并以大学生创新实验室和大型设备共享中心为纽带,搭建了一个重点面向石油工程、资源勘查工程、油气储运工程、地质学等专业,同时兼顾辐射石油机械设计制造及其自动化、测控技术与仪表、电气工程及其自动化、油田化学、安全工程、自动化等专业的全流程训练的大石油工程高水平实践教学平台。

二、中心实验教学内容改革

中心根据所建立的实验教学体系,探索了分层次、分模块的实验教学内容建设,形成了“多模块、分层次、重实践”的实验教学内容。按照因材施教和符合学生认知规律的要求,充分考虑学科间的交叉渗透,根据人才培养的总体要求,全面、系统改革了实验教学内容。在每个模块的教学内容设置上注重基础实验、综合实验、工程实践和创新实践四者之间的有机衔接和推进;注重传统教学内容和现代教学内容的合理分布,加强科研、工程和企业应用实践的密切联系,及时融入科技创新和实验教学改革的成果,更新、补充相关实验项目;加大模拟仿真与工程训练的教学内容,注重提高学生的工程实践能力和研究创新能力。石油工程相关专业学生以能力培养为主线,分层次、分方向培养学生的工程实践和创新能力,体现了石油行业对高素质应用型人才培养的要求。

(一)不断整合、开发实验项目,优化课程实验体系

中心主要专业课程实验分为课带实验和独立开课实验两种形式,同时又分为基本型、综合设计型和研究创新型三个层次。目前面向全校10余个专业开设课程实验31门、综合性实践教学环节类课程37门,覆盖了大部分石油工程类专业基础课和专业平台课程,同时面向全校学生及社会开放,每年完成实验教学学时约27万人/时。在内容设置上由简单到综合,由课程训练到专业训练,最后再开展大工程综合性实践训练,逐级推进。在实验项目建设过程中,不断整合课程资源,逐步淘汰了一些陈旧的、与工程实际有所脱节的实验项目,降低了基本型实验比例,增加了综合性、设计性实验项目的比例,并不断进行了完善。

(1)按照资源有效利用的原则进行实验项目整合。主要是对部分基础性实验项目进行整合改造,使之满足资源充分利用的要求。例如:把资源勘查工程、石油工程、油气储运工程、地质学等石油天然气大类中的基础实验课程(如渗流力学、油层物理等)进行整合。又如化学化工实验教学中心的油品分析实验室和石油天然气化工实验室,承担了油田应用化学、钻井液工艺原理、石油化工工艺学等主要专业基础课程以及专业课程的实验,与石油与天然气工程实验教学中心的钻井液性能测定等类似实验室进行了整合。

(2)将课程实验中与实际应用密切的内容进行重新设计。为了促使学生在实验过程中探索和发现问题,锻炼和增强学生的专业技术应用能力,将部分与工程结合紧密的实验内容进行了重新设计。例如,将钻井工程中的钻井液性能测定这个基本型实验,重新增加内容设计成与油田现场所采用的钻井液性能实时评价一致的内实验容。同时,增设了部分专业课程的综合设计性项目,完善该课程实验教学内容,为下一步大学生的科研创新计划奠定基础。

(3)注重研究创新型实验内容的教学科研互补。紧密结合油气生产实际,将知识点、基本能力培养,有机地整合融入了油气特色的实验项目中,侧重于培养学生的科研创新能力,激发学生的兴趣。例如,将油田酸化压裂工艺研究中的酸蚀导流能力分析引入了采油工程课程教学中,形成“酸蚀剂效果评价”“粘土稳定剂效果评价”等5个实验项目;将深水钻井关键技术的部分研究成果引入钻井工程课程教学课外补充内容,形成了“泥浆密度动态调节实验分析”等实验项目。

(4)加强油田服务实验项目开发。根据大石油专业人才培养的需要,开发了大量石油机械、油田化学、石油安全、石油自动化等专业方向的实验项目,增强中心辐射能力;并开发了相关工程实践的研究创新型实验项目,侧重于培养学生的科研创新能力,激发学生的兴趣。

(二)校内外并重,强化综合性实践教学环节

从目前开设的实践教学内容看,包含了以课程设计、综合训练、认知实习、生产实习和毕业设计(论文)为主的校内外实践环节。这些实践环节的设置锻炼了学生的工程设计能力和工程操作能力。

(1)利用校内实践教学基地,使综合实训环节与现场实践结合更紧密。中心拥有的校内石油与天然气工程实践教学基地目前是国内石油高校唯一的一个具有真实工程环境、并可进行“故障模拟”,既贴近现实又高于生产一线功能的实践教学基地。该基地主要具备油气井工程训练、原油采输工程训练、天然气采输工程训练、室内仿真模拟训练、工具拆装训练、自动化控制模拟训练等6大模块的实训功能。在实践教学过程中,一方面增设了各类与现场工程实际相结合的课程设计,学生针对油田中的几个关键问题进行设计,锻炼其工程设计能力;另一方面,增设了一批综合性、特色训练项目,锻炼学生的工程操作能力。例如,钻井起下钻操作实训、油水井采油机械设备维护保养和故障处理、燃气管输作业训练、阀与管线维护作业实训等内容均在基地采用与油田现场一致的设备进行操作,可使学生的动手能力得到大大提高,也使学生毕业后可快速与现场工程技术对接,提升应用能力。同时,加大了校内工程仿真环境建设,强化学生实际操作能力。在石油与天然气生产现场,由于生产管理及安全风险等因素,导致工艺流程的现场操作极大受限,也无法看到井下动态。这就需要与仿真模拟实训结合,再现工程真实环境,才能收到更好的教学效果。例如,钻井过程中遇到的钻头破岩过程、钻柱运动状态、固井作业的井下工艺等在地面不可见的内容,和油田中经常遇到但又不可复制的“井喷”事故等,都需要通过仿真模拟实现。中心正在建设的石油科技馆完工后即可完善包括钻井工程装备仿真模拟实训、固井作业仿真模拟实训、修井作业仿真模拟实训、录井工程装置仿真模拟实训、酸化压裂作业仿真模拟实训等石油工程流程化的仿真实验教学内容,强化学生的实际操作和工程故障判别及处理能力。

(2)完善校外实践教育基地建设,与校内实践基地形成优势互补。校外实践教育基地可进行认知实习、生产实习和毕业实践3个层次的实践,同时可进行部分课程设计和科技创新项目的训练,与校内实践教学基地形成优势互补,为学生的工程实践能力提升提供良好的实践教育条件。目前有中石化河南油田分公司部级大学生校外实践教育基地、中石油川东钻探公司部级工程实践教育中心、中石油重庆气矿部级工程实践教育中心、重庆万盛关坝基础地质实习基地等8个稳定的校外基地,可以实现基于地质—钻井—采油—储运—油田服务全流程的、面向多个专业的认知实习、生产实习和专题设计等实践教学内容。中心在校外基地的建设过程中,着重强化了现场工程实践与课程实验和实训教学内容的结合。因为,随着油气田开发难度的增大,油田面临的开发难题越来越多,一方面学生在油田实践中发现的问题可以回到校内室内实验来加以研究和验证;另一方面,学生可以将校内室内实验内容移植到油田现场,在实践中加以检验,对于发现的问题又可以反馈到室内实验中加以探索和研究,实现校内和校外的结合,从而提高学生的科学研究和科技创新能力。

(三)以科研项目为主体,开发创新实践教学项目

依托中心专兼职教师承担的部级、省部级及油田企业合作项目,设立了大量来源于工程实际的课程设计、毕业设计和科技创新项目,开发开放了部分实验项目,使学生的创新实践教育始终与现场工程技术发展同步。

(1)对部分科研实验进行改造,使之满足于教学需要。主要是将中心承担的部分科研项目成果转化为实验教学内容,逐步提高综合设计型和研究创新实验类型所占的比例。例如,在岩石力学课程中,利用新增的大型精密设备MTS岩石力学实验系统,将原来的验证性的单轴岩石力学实验改造成综合性的三轴岩石力学实验,通过改变并测量多个参数,提高学生的自主和合作学习能力。

(2)开发基于科技项目的课程设计和毕业设计,突出工程设计创新意识的培养。结合油田工程类的科技项目,对课程设计和毕业设计进行系统规划,开发部分针对工程现场的技术问题作为设计题目。并且结合每年的“全国石油工程设计大赛”,不断改进相关教学内容。这样就使毕业设计中来源于“工程实际”的题目数量得到增加,在学生根据兴趣和特长进行自主选题后进行训练,使其课程设计、毕业设计与工程结合,突出工程设计、科技训练的培养。

(3)开发基于科研项目的科技创新题目,促进科技创新能力的培养。为了将更多的科研成果向实验教学内容转化,中心充分利用学校的“万千百十”育人工程计划,借助复杂油气田勘探开发重点实验室、重庆市石油天然气工程中心和校级页岩气开发研究中心等科研平台开发针对性强的科技创新项目,用于大学生实验和科技创新训练等创新实践教育活动。逐层次培养学生的实践能力和创新意识,锻炼学生自我学习能力、创新能力和团队协作能力。努力促进本科生从事科学研究、工程实践活动的常态化。

(四)坚持工程实践、科研成果进教材,逐步完善实验教材体系

实验教材既反映了课程内容与体系改革的研究成果,又体现了基础性和先进性要求。中心从专业实际出发,坚持工程实践进教材、科研成果进教材,配合实验教学平台建设,逐步完善石油特色鲜明的教材体系。以“重视基础、跟踪前沿、反映现代、强化应用”为实验教材建设原则,将最新科研成果融入实验教材和实验项目中,加强学生创新能力培养和自主训练。同时,根据实验中心教学改革和研究的最新成果,对实验指导书进行了及时更新和补充,力求体现出现代手段以及石油天然气特色,目前已出版教材20部。此外,中心还根据人才培养目标的要求,依托实验教学改革与重点实验室建设,结合仪器设备条件和学科发展现状,及时修订了实验课程教学大纲,编写了独具特色的实验指导书26本,已在校内公开印刷并较好地应用在本科生的实践教学之中。

三、结语

通过中心实验教学内容改革,学生的大石油工程综合素质、实践和创新能力得到了一定程度的提高。近三年,中心学生主持的来源于工程实际的各级大学生科技创新性项目55项,申请专利25项,获得授权6项,学生以第一作者11篇。参加全国石油工程设计大赛、全国地质技能大赛等各类大学生专业技能竞赛获得部级奖励54项、省部级奖励28项。通过学校委托第三方公司对部分用人单位进行的毕业生质量调查结果显示,石油企业对我校石油类毕业生的总体满意度高,其中认为“很满意”的占33%,认为“满意”的占67%。毕业生的工程能力在校期间得到充分训练,到生产单位后“上手很快”,很快就能“独挡一面”,得到了用人单位的认可和好评。

作者:苏堪华 龙学渊 官正强 曾顺鹏 张其敏 王建华 单位:重庆科技学院 石油与天然气工程学院