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      “石油地質(zhì)學(xué)”課程研究性教學(xué)探索與實踐

      2013-01-31 13:38:03柳廣弟孫明亮
      中國地質(zhì)教育 2013年1期
      關(guān)鍵詞:油氣藏研究性過程

      柳廣弟,孫明亮

      中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249

      2005年1月,教育部《關(guān)于進一步加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》(教高[2005]1號)明確要求:“積極推動研究性教學(xué),提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力。”這說明研究性教學(xué)在本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的重要作用。提高大學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力是時代對高等教育的要求,也是當(dāng)前提高教學(xué)質(zhì)量的重點和難點。在建設(shè)創(chuàng)新型國家的新形勢下,高等教育肩負的重要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、創(chuàng)業(yè)精神,促進學(xué)生知識、文化、素質(zhì)、責(zé)任的全面發(fā)展。在高水平研究型大學(xué)的建設(shè)中,研究性教學(xué)模式的建立和實施是適應(yīng)時代要求,培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的必然,也是深化教育改革的關(guān)鍵。

      “石油地質(zhì)學(xué)”課程是中國石油大學(xué)(北京)地質(zhì)工程專業(yè)一門主要的專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課,是學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)了礦物巖石學(xué)、地層古生物學(xué)、沉積巖石學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等地質(zhì)基礎(chǔ)課后,開始接觸石油勘探開發(fā)知識的第一門課。通過該課程的學(xué)習(xí),將奠定地質(zhì)工程專業(yè)學(xué)生的石油勘探開發(fā)理論基礎(chǔ),在本專業(yè)課程體系中具有舉足輕重的地位,是實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標的“看家課”,同時該課程又是油氣勘探系列課程的骨干課。該課程先后于2007年和2009年被評為北京市精品課程和國家級精品課程。

      在這一形勢下,如何進一步加強石油地質(zhì)學(xué)課程建設(shè),進一步提高課程質(zhì)量是擺在我們面前的新課題。近年來,盡管我們在教材建設(shè)、課程教學(xué)內(nèi)容、多媒體教學(xué)、實踐環(huán)節(jié)等方面下了很大功夫,取得了顯著的成果,但在教學(xué)方法上仍以課堂講授的傳統(tǒng)教學(xué)方法為主,還不能完全滿足建設(shè)研究型大學(xué)對本科教育的要求,也不能完全滿足培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的要求。為此,根據(jù)學(xué)校統(tǒng)一部署,在地質(zhì)工程專業(yè)進行了研究性教學(xué)的探索和實踐。通過3年的教學(xué)實踐,初步探索了適合“石油地質(zhì)學(xué)”課程的研究性教學(xué)模式,貫徹“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)”教學(xué)理念,使授課方式從傳統(tǒng)的填鴨式授課方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詥栴}為導(dǎo)向的研究性授課方式,促進了學(xué)生自主學(xué)習(xí),培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力,基本達到了提高基本素質(zhì)、夯實基本知識、培養(yǎng)基本能力、加強基本技能的目的。

      一、研究性教學(xué)的特征與模式

      1.研究性教學(xué)的內(nèi)涵

      研究性教學(xué)是以人本主義和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ),倡導(dǎo)以學(xué)生為主體,由學(xué)生通過主動發(fā)現(xiàn)問題和解決問題而獲得知識、形成能力、發(fā)展個性的教學(xué)方式[1-3]。

      人本主義學(xué)習(xí)理論認為[3],人類具有天生的學(xué)習(xí)愿望和潛能,這是一種值得信賴的心理傾向,教師的任務(wù)不是教學(xué)生知識,也不是教學(xué)生如何學(xué)習(xí)知識,而是要為學(xué)生提供學(xué)習(xí)的手段,至于應(yīng)當(dāng)如何學(xué)習(xí)則應(yīng)當(dāng)由學(xué)生自己決定。教師的角色應(yīng)當(dāng)是學(xué)生學(xué)習(xí)的“促進者”。

      建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認為,學(xué)習(xí)活動不是由教師單純向?qū)W生傳遞知識,也不是學(xué)生被動地接受信息的過程,而是學(xué)生憑借原有的知識和經(jīng)驗,通過與外界的互動,主動地生成信息的過程。因此,構(gòu)建主義主張的學(xué)習(xí)是“以學(xué)生為中心,在整個教學(xué)過程中由教師起組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進者的作用,利用情境、協(xié)作、會話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動性、積極性和首創(chuàng)精神,最終達到使學(xué)生有效地實現(xiàn)對當(dāng)前所學(xué)知識的意義建構(gòu)的目的。”

      研究性教學(xué)主要是指學(xué)生在教師指導(dǎo)下的研究性學(xué)習(xí),針對課程內(nèi)容確定一系列研究課題,以類似科學(xué)研究的方式,主動地獲取知識、應(yīng)用知識、解決問題的學(xué)習(xí)活動。教師在其中的主要任務(wù)是,根據(jù)課程的教學(xué)目標和教學(xué)要求,針對課程的教學(xué)內(nèi)容確定一系列的研究課題或問題,理清解決這一問題的研究思路,指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí),通過引導(dǎo)學(xué)生與學(xué)生之間或?qū)W生與教師之間的討論、交流,通過不同觀點的交鋒,補充、修正、加深每個學(xué)生對當(dāng)前問題的理解[2-6]。

      2.研究性教學(xué)的特征與模式

      研究性教學(xué)的實質(zhì)就是讓學(xué)生在教學(xué)過程中體驗科學(xué)原理的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用科學(xué)原理解決實際問題等不同類型的研究過程,通過主動研究問題來獲取知識,發(fā)展科學(xué)研究能力。研究性教學(xué)的基本特征是:(1)強調(diào)以學(xué)生為中心;(2)強調(diào)以問題為導(dǎo)向的教學(xué)內(nèi)容;(3)強調(diào)探究性、協(xié)作性和主動性學(xué)習(xí);(4)強調(diào)學(xué)習(xí)資源利用的多元性;(5)在整個教學(xué)過程中教師起組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進者的作用。研究性教學(xué)包括三種形式:課堂講授中的研究性教學(xué);針對某一問題學(xué)生自主進行的研究性學(xué)習(xí);單獨設(shè)置的研究性、實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。不同形式的研究性教學(xué)的具體方式可以根據(jù)課程的不同性質(zhì)具體確定。

      課堂講授是目前我校絕大多數(shù)課程的主要教學(xué)方式,由于課程內(nèi)容和學(xué)時等原因,限制了學(xué)生自主進行的研究性學(xué)習(xí)以及單獨設(shè)置的實踐性研究環(huán)節(jié)等其他教學(xué)形式的使用,課堂講授在以后很長一段時間內(nèi),仍然會是主要的教學(xué)方式。如何在課堂教學(xué)中實現(xiàn)研究性教學(xué),是我們面臨的一個挑戰(zhàn)。課堂講授中的研究性教學(xué)與其他兩種方式相比較,也是最難實現(xiàn)研究性教學(xué)的一種形式。

      課堂講授中的研究性教學(xué)應(yīng)體現(xiàn)在針對課程內(nèi)容中的科學(xué)原理設(shè)定相應(yīng)的問題(如已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)原理或科學(xué)原理的實際應(yīng)用問題),教師在課堂教學(xué)中應(yīng)重點講授原理的發(fā)現(xiàn)過程、科學(xué)研究的思路、研究內(nèi)容和研究方法;在講授過程中教師應(yīng)引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題,通過觀察、想象和思維活動分析問題,發(fā)現(xiàn)科學(xué)定理。也可以是教師通過一些實例引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題,提出問題,然后指導(dǎo)學(xué)生在課外開展文獻收集、科學(xué)實驗等活動,在此基礎(chǔ)上進行課堂研討,解決問題。課堂講授中的研究性教學(xué)要在教學(xué)中實實在在地體現(xiàn)出知識的獲得過程,體現(xiàn)發(fā)現(xiàn)科學(xué)真理的認識過程,使教學(xué)過程體現(xiàn)出探索性,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神,培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

      當(dāng)然,這種研究性教學(xué)對學(xué)生來講,應(yīng)該是一種被動的研究性學(xué)習(xí),其主導(dǎo)權(quán)在教師,其效果好壞主要取決于教師。因此,這種研究性教學(xué)難度最大,對教師的要求最高。教師不僅要對教學(xué)內(nèi)容十分熟悉,還要掌握教學(xué)內(nèi)容中涉及的基本原理的發(fā)現(xiàn)過程以及這一過程中涉及的研究方法、研究實例、研究過程中遇到的問題和解決的途徑等等。

      學(xué)生自主進行的研究性學(xué)習(xí)是教師根據(jù)課程的內(nèi)容確定學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容,確定自主學(xué)習(xí)的題目(問題)。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進行文獻調(diào)研,學(xué)生通過獨立研讀文獻,寫出小論文,分組進行研討,做出PPT;最后,各組在課堂上進行PPT展示,相互討論,教師進行點評,學(xué)生和教師對每一組同學(xué)的研究性學(xué)習(xí)成績進行綜合評定[7-8]。

      研究性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是根據(jù)課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)定課題,給定學(xué)生實際資料,讓學(xué)生根據(jù)課程學(xué)習(xí)的基本原理和基本方法,進行實例研究,得出結(jié)論,寫出研究報告。這些課題的研究可以使學(xué)生進一步加深對課程學(xué)習(xí)的基本原理的理解,通過研究方法的實際應(yīng)用,學(xué)會解決問題的思路、方法。

      二、石油地質(zhì)學(xué)研究性教學(xué)實踐

      本次在“石油地質(zhì)學(xué)”研究性教學(xué)改革中,采用了上述三種研究性教學(xué)形式,對課堂講授過程中適宜進行研究性教學(xué)的部分進行了分析和選擇;建立了初步的自主學(xué)習(xí)主題及相應(yīng)的文獻庫;完善了實踐性研究教學(xué)環(huán)節(jié)的案例庫。我校本科生“石油地質(zhì)學(xué)”課程共72學(xué)時,安排講課46學(xué)時,自主學(xué)習(xí)研討課10學(xué)時,實踐性研究教環(huán)節(jié)課10學(xué)時,實驗課6學(xué)時。

      1.課堂講授中研究性教學(xué)主題的選擇

      “石油地質(zhì)學(xué)”課程內(nèi)容繁多,并不是所有內(nèi)容都適合開展研究性教學(xué);同時學(xué)時的限制也不允許所有內(nèi)容都開展以問題為導(dǎo)向的研究性教學(xué)。為了充分利用課堂學(xué)時,更好地、有重點地開展課堂講授中的研究性教學(xué),有必要通過對教學(xué)內(nèi)容的深入分析和研究,選擇適當(dāng)?shù)膯栴}開展研究性教學(xué)。根據(jù)“石油地質(zhì)學(xué)”課程的內(nèi)容及其性質(zhì),我們選擇了以下幾個問題,在課堂講授中進行了研究性教學(xué)的嘗試。

      (1)油氣生成過程中時間和溫度的作用。在講課中,通過考察不同時代盆地有機質(zhì)生烴門限的差異,引導(dǎo)學(xué)生注意時間在烴源巖成熟過程中的作用,介紹康南如何通過考察、分析、統(tǒng)計這些現(xiàn)象,推導(dǎo)出康南公式,得到時間和溫度在油氣生成中的作用的認識;另一方面,告訴學(xué)生科學(xué)家又是如何通過化學(xué)動力學(xué)理論推導(dǎo)得到相同的結(jié)論。通過這一原理的發(fā)現(xiàn)過程的講解,使學(xué)生了解科學(xué)家是如何從理論與地質(zhì)實例兩個方面發(fā)現(xiàn)并論證一個科學(xué)原理,使學(xué)生學(xué)會科學(xué)研究的過程。

      (2)圈閉理論的形成和發(fā)展。圈閉理論是石油地質(zhì)學(xué)一個十分重要的理論,但對圈閉的認識有一個漫長的發(fā)展和完善過程。從最初只認識構(gòu)造圈閉,到發(fā)現(xiàn)地層圈閉和巖性圈閉,直到目前非常規(guī)油氣聚集的發(fā)現(xiàn),圈閉的概念在不斷發(fā)展,圈閉的類型仍在不斷豐富。通過這一理論形成與發(fā)展過程的講授,使學(xué)生了解石油地質(zhì)學(xué)的許多理論是隨著油氣勘探的發(fā)現(xiàn)過程在不斷發(fā)展和完善的,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

      (3)陸相盆地油氣聚集源控論思想的形成。源控論是中國石油地質(zhì)學(xué)的重要理論,我國地質(zhì)學(xué)家在油氣勘探實踐中發(fā)現(xiàn),松遼盆地、渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地等許多盆地的主要油氣田都圍繞盆地生烴中心分布;地質(zhì)學(xué)家進而對我國陸相盆地石油地質(zhì)條件和油氣運聚機理進行了深入研究,從實踐與理論兩個方面論證了生烴中心對油氣分布的控制作用,形成了在中國石油地質(zhì)學(xué)中占有十分重要地位的源控論。通過這一實例,使學(xué)生了解一個理論的形成不僅要有地質(zhì)規(guī)律的總結(jié),同時也要有理論的論證。

      (4)天然氣運聚散動平衡原理。天然氣和石油形成過程與分布規(guī)律有相似性,也有其自身的特殊性。如何觀察事物的特殊性并從中總結(jié)出規(guī)律是學(xué)生應(yīng)掌握的科學(xué)研究的方法之一。天然氣聚散動平衡理論的形成過程很好地體現(xiàn)了這一研究方法。很多已知典型天然氣藏形成歷史的研究表明,天然氣藏的形成事件都很晚,即屬晚期成藏,這一現(xiàn)象如何從理論上得到合理的解釋呢?地質(zhì)學(xué)家通過大量的實驗室試驗和理論計算表明,天然氣在地下具有很強的擴散性,擴散作用造成了天然氣藏中天然氣的持續(xù)散失,證明了目前的氣藏是天然氣的補給與散失的動態(tài)平衡過程。這一實例表明了地質(zhì)現(xiàn)象的觀察、實驗室驗證和理論計算在科學(xué)研究中的重要性。

      在課堂講授過程中,講解基本概念、科學(xué)原理、科學(xué)規(guī)律的形成與發(fā)現(xiàn)過程可以使學(xué)生學(xué)到科學(xué)的研究思路和方法,學(xué)會從現(xiàn)象中總結(jié)地質(zhì)規(guī)律,并通過理論和實驗研究上升到理論高度。

      2.學(xué)生自主進行的研究性學(xué)習(xí)

      學(xué)生自主進行的研究性學(xué)習(xí)分5個步驟實施:(1)教師根據(jù)課程的教學(xué)內(nèi)容選定學(xué)習(xí)題目;(2)學(xué)生在課后通過文獻調(diào)研和閱讀,就相關(guān)題目自主完成小論文;(3)將學(xué)生分組,每一組同學(xué)內(nèi)部進行討論,并就相關(guān)題目做出PPT演示;(4)各組在課上進行PPT演講,相互提問和討論;(5)教師點評,教師與各組同學(xué)共同評定成績。

      在本次教學(xué)中,我們共選定了5個學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研討的主題,主題的選擇側(cè)重以下方面:(1)近年來的重要進展,而在教材中反映不夠充分的;(2)目前仍存在一些爭論或在一部分人中存在模糊認識的問題;(3)在應(yīng)用和認識中容易出偏差的問題。選定的5個主題為:

      (1)我國碳酸鹽巖儲集層的特征與形成機理。近年來,我國碳酸鹽巖層系的油氣勘探取得重要進展,促進了碳酸鹽巖儲集層的研究和對碳酸鹽巖儲集層的認識,出現(xiàn)了許多新的觀點和新的認識,這些新的進展在教材中反映不夠充分。通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)不僅可以補充這部分新的進展,還可以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、綜合分析的能力。

      (2)有機生油與無機生油。有機生油與無機生油一直是石油地質(zhì)界甚至是自然科學(xué)界爭論的一個課題。盡管絕大多數(shù)學(xué)者承認石油是有機成因的,并且有機生油理論在指導(dǎo)全世界油氣勘探中取得了巨大成功,但目前仍有一部分學(xué)者主張石油是無機成因的,或與無機成因有關(guān)。應(yīng)該承認,盡管油氣有機成因已經(jīng)形成了比較完善的理論體系,但目前仍存在一些沒有完全解決或不能完滿解釋的問題。無機成因?qū)W說的研究從另一個方面促進了有機學(xué)說的發(fā)展和完善。我們把這個主題交給學(xué)生自學(xué)和討論,能夠使學(xué)生開闊思路和視野,進一步加深對油氣成因?qū)W說的理解,了解其中存在的問題和有待進一步完善的地方,學(xué)會從不同的側(cè)面分析問題,提高創(chuàng)新意識。

      (3)油氣藏分類。油氣藏分類問題是石油地質(zhì)學(xué)中的老問題。不同人根據(jù)不同的分類原則、不同的目的,對油氣藏進行了不同的分類。目前石油地質(zhì)學(xué)教科書上的油氣藏分類是以圈閉成因為主導(dǎo)的油氣藏分類,將油氣藏劃分為構(gòu)造油氣藏、地層油氣藏、巖性油氣藏和復(fù)合油氣藏四大類。這一分類很好地反映了常規(guī)油氣藏的形成機理和分布規(guī)律。但是隨著近年來非常規(guī)油氣藏類型的不斷發(fā)現(xiàn),這一圈閉成因分類已經(jīng)無法涵蓋主要的非常規(guī)油氣藏類型,因此有必要以一種新的思路對油氣藏進行重新的分類。這一問題的討論可以開闊學(xué)生的思路,使學(xué)生學(xué)會從不同類型油氣藏中抽象出其共性與聯(lián)系,學(xué)會科學(xué)的分類方法。

      (4)泥巖壓實、欠壓實與異常高壓的形成。近年來一直有人在懷疑欠壓實現(xiàn)象的存在[10],并認為“欠壓實是地質(zhì)學(xué)中最荒謬的概念之一”。這一觀點在網(wǎng)上已有一定的流傳,在一部分學(xué)生中產(chǎn)生一定影響。這一問題的討論有助于澄清概念,加深對欠壓實和異常高壓成因的理解。

      (5)流體勢的意義與應(yīng)用。流體勢是石油地質(zhì)學(xué)中的一個重要概念,在油氣運移研究中有廣泛應(yīng)用。部分學(xué)者對流體勢的概念及其應(yīng)用提出了不同的見解,在近年來的應(yīng)用中也不斷發(fā)現(xiàn)流體勢概念中存在的問題。但是,流體勢的現(xiàn)有定義是否需要進一步修正,應(yīng)如何正確運用流體勢的概念研究油氣運移等問題,需要進一步研究和澄清。

      上述問題的研討有助于學(xué)生加深對基本概念、基本原理的理解和掌握,使學(xué)生從中學(xué)會如何發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題,有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

      3.研究性實踐環(huán)節(jié)

      根據(jù)課程內(nèi)容,設(shè)計了6個研究性實踐教學(xué)課題,主要是應(yīng)用課程的知識和原理解決一些比較簡單的實踐問題,相當(dāng)于課程設(shè)計。這些題目要求學(xué)生自主完成,并寫出報告。這6個題目是:(1)烴源巖演化特征與生油區(qū)評價;(2)時間-溫度指數(shù)(TTI)值的計算與烴源巖成熟度評價;(3)天然氣成因類型綜合判別;(4)圈閉及油氣藏類型的識別;(5)流體勢計算和油氣運移方向分析;(6)油氣藏形成條件綜合分析。

      4.研究性教學(xué)的考核

      采用過程評價的方法對學(xué)生的學(xué)習(xí)進行評價,參與評價的要素包括考勤、課上發(fā)言情況、論文成績、研討成績(按小組評定)、實踐環(huán)節(jié)成績、期末考試成績。全過程評價改變了過去以期末考試為主的評價方式,提高了學(xué)生在各個教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)積極性。

      三、結(jié)束語

      我校在“石油地質(zhì)學(xué)”教學(xué)中進行研究性教學(xué)的探索,初步建立了“石油地質(zhì)學(xué)”研究性教學(xué)課程體系,探索了“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)”的研究性教學(xué)模式,這種模式是一種既重視發(fā)揮教師在教學(xué)過程中的主導(dǎo)作用,又充分體現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位的教學(xué)模式。

      教師的主導(dǎo)作用體現(xiàn)在:研究性教學(xué)和研究性學(xué)習(xí)的對象由教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標確定;教師提供學(xué)生自主學(xué)習(xí)的核心參考文獻和研究性實踐環(huán)節(jié)的實際資料和其他教學(xué)資源;在學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)中教師提供指導(dǎo)和幫助,對學(xué)生進行啟發(fā)和引導(dǎo);自主學(xué)習(xí)和研討之后的點評、總結(jié)與提高。

      在研究性教學(xué)和研究性學(xué)習(xí)中要充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位,充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動性,這一過程如果沒有學(xué)生主動參與和積極投入,研究性教學(xué)和研究性學(xué)習(xí)將不能實現(xiàn)。在教學(xué)過程中既要每一個學(xué)生主動參與、積極投入,還要發(fā)揮學(xué)生之間相互交流、研討、相互啟發(fā)的合作精神。對于研究性教學(xué),學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位能否充分體現(xiàn)是成敗的關(guān)鍵。

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