油藏?cái)?shù)值模擬全英文課程改革的探討

朱舟元，馬雨寧

（中國(guó)石油大學(xué)〔北京〕 安全與海洋工程學(xué)院，北京 102249）

為了研究油藏中滲流機(jī)理，通常使用數(shù)值方法求解和描述油藏中的三維、多相、多組分的流動(dòng)，以科學(xué)高效地開(kāi)發(fā)油藏。在這個(gè)過(guò)程中，油藏?cái)?shù)模軟件的熟練使用則顯得尤為重要。油藏?cái)?shù)值模擬課程是石油與天然氣工程及相關(guān)專業(yè)的一門重要的理論結(jié)合軟件的課程，旨在讓學(xué)生對(duì)油藏?cái)?shù)值模擬相關(guān)的理論基礎(chǔ)和常用軟件進(jìn)行全面了解和自主運(yùn)用，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。隨著中國(guó)開(kāi)放政策的不斷推進(jìn)，近年來(lái)，中國(guó)石油大學(xué)（北京）響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，積極推進(jìn)國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流，校內(nèi)在讀留學(xué)生的數(shù)量逐年增加。為進(jìn)一步提高學(xué)校的國(guó)際化交流水平，增強(qiáng)留學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，油藏?cái)?shù)值模擬課程的全英文授課教學(xué)改革勢(shì)在必行。下面將針對(duì)目前油藏?cái)?shù)模教學(xué)現(xiàn)狀和改革成果進(jìn)行詳細(xì)探討。

一、現(xiàn)階段課程存在的問(wèn)題

（一）教學(xué)內(nèi)容相對(duì)滯后

由于我國(guó)留學(xué)生教育發(fā)展時(shí)間尚短，在專業(yè)課全英文課程體系建設(shè)方面還存在著較大的不足。

1.教學(xué)材料。在教學(xué)的具體內(nèi)容方面，由于全英文教學(xué)的難度較高，許多高校尚未開(kāi)設(shè)全英文專業(yè)課程，許多高校還在使用較早的中文教材，教材和學(xué)習(xí)內(nèi)容更新較慢，教學(xué)內(nèi)容較國(guó)際發(fā)展水平有著較為嚴(yán)重的滯后，學(xué)生對(duì)于本專業(yè)領(lǐng)域的最新進(jìn)步和發(fā)展不能得到很好地認(rèn)識(shí)，課程不能做到與時(shí)俱進(jìn)，創(chuàng)新性不足。

2.教學(xué)大綱。很多高校由于經(jīng)驗(yàn)欠缺或硬件條件不足等種種因素，還在使用國(guó)內(nèi)本科生中文課程的教學(xué)大綱，且全英文教學(xué)程度不高。由于中外學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備和學(xué)習(xí)能力不同，使用中文課程的培養(yǎng)計(jì)劃和大綱設(shè)置不夠合理，不具有針對(duì)性。這直接導(dǎo)致部分留學(xué)生在上課時(shí)對(duì)課程內(nèi)容理解困難，學(xué)習(xí)質(zhì)量較低，教學(xué)效果較差。

另外，目前由于油藏?cái)?shù)模軟件的更新和發(fā)展速度較快，全英文油藏?cái)?shù)模課程有著較強(qiáng)的時(shí)效性，如在教學(xué)過(guò)程中不能緊跟實(shí)際工業(yè)軟件的發(fā)展現(xiàn)狀，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，將會(huì)出現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際運(yùn)用脫節(jié)的現(xiàn)象，應(yīng)用效果不佳。

（二）教學(xué)體系不完善

對(duì)于國(guó)內(nèi)很多已開(kāi)設(shè)的全英文課程，由于開(kāi)設(shè)時(shí)間較短，經(jīng)驗(yàn)欠缺，還存在著較為普遍的教學(xué)體系發(fā)展不完善的問(wèn)題。

1.教學(xué)難度大。全英文課程教學(xué)內(nèi)容難度較大，以油藏?cái)?shù)值模擬課程為例，需要學(xué)生對(duì)油藏滲流的基本方程、滲流問(wèn)題的數(shù)值求解等基礎(chǔ)知識(shí)有所掌握的同時(shí)，也要對(duì)油藏?cái)?shù)模軟件的操作有著較好的理解和運(yùn)用，因此對(duì)于教師的專業(yè)能力要求較高。部分高校在全英文授課過(guò)程中不免出現(xiàn)照本宣科的現(xiàn)象，無(wú)法有效結(jié)合理論與實(shí)踐，學(xué)生對(duì)知識(shí)的運(yùn)用較為平面化、理論化，且教師與學(xué)生間并不能形成有效的溝通和互動(dòng)，使得教師并不能及時(shí)了解學(xué)生的問(wèn)題和訴求。

2.課程質(zhì)量一般。很多國(guó)內(nèi)的全英文專業(yè)課對(duì)于課程內(nèi)容采用灌輸式教學(xué)，在課程大綱的設(shè)計(jì)上不成體系、不夠合理，教學(xué)目標(biāo)不夠明確，并未根據(jù)學(xué)生的具體情況調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和節(jié)奏，且授課方式過(guò)于單一，缺乏自主研討和實(shí)踐性環(huán)節(jié)，教學(xué)質(zhì)量不佳。全英文油藏?cái)?shù)模課程由于兼具較強(qiáng)的理論性與實(shí)踐性，需要進(jìn)行大量的理論教學(xué)與實(shí)際操作，單一的理論灌輸如果不能運(yùn)用有效的教學(xué)手段調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，后續(xù)的實(shí)踐教學(xué)效果也將隨之下降。在課程的答疑和考核等方面，也還存在著諸多問(wèn)題，課程質(zhì)量一般。

（三）教學(xué)效果不佳

全英文專業(yè)課授課對(duì)于任課教師的英語(yǔ)教學(xué)要求較高，需要教師同時(shí)具備較強(qiáng)的專業(yè)能力和英語(yǔ)水平。因此，許多學(xué)校由于師資力量薄弱，難以滿足全英文專業(yè)課授課需求，對(duì)于已開(kāi)設(shè)的全英文課程存在著全英文專業(yè)課形如專業(yè)英語(yǔ)課的傾向，很難達(dá)到較好的教學(xué)效果。同時(shí)，由于留學(xué)生同學(xué)大多來(lái)自不同國(guó)家，接受不同教育體系的培養(yǎng)，其基礎(chǔ)知識(shí)水平和能力參差不齊，在學(xué)習(xí)中難以達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果。此外，油藏?cái)?shù)模軟件和機(jī)房等軟硬件條件的不足，也使得油藏?cái)?shù)模課的實(shí)踐環(huán)節(jié)難以取得較好的效果。

二、改革的必要性和可行性

（一）教學(xué)資源的增加

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于石油工程學(xué)科的研究進(jìn)程從未停止，隨著時(shí)間的推移，各學(xué)科理論基礎(chǔ)建設(shè)正不斷完善，尖端技術(shù)不斷進(jìn)步，先進(jìn)成果層出不窮，大大豐富了各學(xué)科的知識(shí)資源儲(chǔ)備。隨著我國(guó)對(duì)外開(kāi)放進(jìn)程的不斷推進(jìn)，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流也在不斷加深，諸多國(guó)外前沿科技知識(shí)的引進(jìn)也使得國(guó)內(nèi)高校的教學(xué)資源獲得了極大地豐富。此外，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的實(shí)際實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也是高校課程教學(xué)的寶貴資源。而油藏?cái)?shù)模軟件的不斷研發(fā)、完善和工業(yè)界運(yùn)用，也為油藏?cái)?shù)模課程的教學(xué)提供了源源不斷的前沿教學(xué)資源。

（二）教學(xué)手段的多樣化

時(shí)代的發(fā)展首先帶來(lái)的是科技的進(jìn)步，近年來(lái)各高校對(duì)于多媒體及多功能教室的運(yùn)用逐漸普及，極大便利了如油藏?cái)?shù)模等實(shí)踐性課程的講授和演示，且留學(xué)生對(duì)于圖片信息有著較高的接受度和處理能力，多媒體技術(shù)的進(jìn)步使得教師能夠靈活運(yùn)用圖片與文字相結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)較好的教學(xué)效果。其次，針對(duì)高等教育的教學(xué)新方式層出不窮，高校教學(xué)愈發(fā)重視培養(yǎng)學(xué)生自主思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力，設(shè)置了大量的學(xué)生自主實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓同學(xué)們?cè)趯?shí)踐中獲得知識(shí)的增長(zhǎng)?？蓪?duì)相關(guān)知識(shí)形成較深的記憶和認(rèn)識(shí)，同時(shí)增加師生間的開(kāi)放式互動(dòng)環(huán)節(jié)，大大促進(jìn)了師生間的交流。最后，各種線上平臺(tái)的使用使得在疫情等特殊時(shí)期的教學(xué)工作能夠順利推進(jìn)，并能達(dá)到較好的教學(xué)效果。

（三）教師團(tuán)隊(duì)整體水平的上升

高等教育發(fā)展水平是一個(gè)國(guó)家發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦?biāo)志。21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)始終重視高等教育的發(fā)展，大力推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科的建設(shè)。一方面，中國(guó)各高校近年來(lái)吸引了來(lái)自不同領(lǐng)域的大批優(yōu)秀人才，高校教師中具有海外留學(xué)經(jīng)歷者正逐年增加。因此，在高校師資力量不斷壯大提升的過(guò)程中，全英文專業(yè)課程授課的可行性也得到了保障。另一方面，中國(guó)各高校積極參與國(guó)內(nèi)外合作辦學(xué)、聯(lián)合培養(yǎng)，推進(jìn)國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，近年來(lái)邀請(qǐng)國(guó)外教授或知名學(xué)者前來(lái)訪問(wèn)或短期任教逐漸上升，這也大大促進(jìn)了教師團(tuán)隊(duì)的發(fā)展，提高了全英文授課的可行性。

（四）國(guó)際化需求增加

中國(guó)石油大學(xué)（北京）走在了國(guó)內(nèi)高校國(guó)際化建設(shè)的前列，近年來(lái)努力建設(shè)優(yōu)質(zhì)的國(guó)內(nèi)外高校聯(lián)合培養(yǎng)項(xiàng)目，增進(jìn)國(guó)內(nèi)外技術(shù)文化交流，并大力吸收世界各地海外的留學(xué)生和建立留學(xué)生班，重視留學(xué)生教育，形成了獨(dú)特的教育體系。同時(shí)，本校每年還向世界各國(guó)優(yōu)秀的大學(xué)派出大量留學(xué)生繼續(xù)攻讀學(xué)位，相當(dāng)多的留學(xué)生完成學(xué)業(yè)后以優(yōu)異的成績(jī)歸國(guó)繼續(xù)發(fā)展。因此，開(kāi)設(shè)全英文的油藏?cái)?shù)值模擬課程，對(duì)于本校國(guó)際化的需求而言，已經(jīng)迫在眉睫。

（五）學(xué)生綜合素質(zhì)水平增加

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)及科技的發(fā)展，越來(lái)越多的留學(xué)生選擇來(lái)中國(guó)進(jìn)行深造學(xué)習(xí)。在這個(gè)過(guò)程中，來(lái)華留學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力也有了極大的提升，以中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程專業(yè)為例，來(lái)自中亞、南美和非洲的研究生大多數(shù)有著較好的學(xué)習(xí)能力，英文表達(dá)和閱讀能力強(qiáng)，在專業(yè)能力方面具有不遜于本土學(xué)生的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)和實(shí)踐能力，且對(duì)于全球領(lǐng)域石油工程知識(shí)儲(chǔ)備有著更深、更全面的認(rèn)知。同時(shí)，近年來(lái)許多有留學(xué)需求的本土學(xué)生也開(kāi)始選擇全英文課程，本土學(xué)生通?；A(chǔ)知識(shí)扎實(shí)，有著較好的英文閱讀和寫作能力，通過(guò)全英文課程的訓(xùn)練，使得本土學(xué)生的聽(tīng)力和交流能力也能獲得較大提升。

三、改革的內(nèi)容及結(jié)果

（一）教學(xué)內(nèi)容的改革

1.教學(xué)材料的改革。本課程使用全英文教學(xué)材料，采用歐美國(guó)家經(jīng)典的1979年Aziz院士所撰寫的《油藏?cái)?shù)值模擬基礎(chǔ)》課本，同時(shí)在授課過(guò)程中加入了近年來(lái)油藏?cái)?shù)模軟件發(fā)展最新成果的介紹。本課程全程采用全英文教學(xué)講解，為了輔助中國(guó)學(xué)生的學(xué)習(xí)，還設(shè)立了油藏?cái)?shù)值模擬中英文對(duì)照專業(yè)詞庫(kù)，供學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)和參考。

2.教學(xué)大綱的改革。本課程大綱針對(duì)學(xué)生具體情況進(jìn)行設(shè)置，本課程的大綱包括以下幾個(gè)部分組成：課程前沿、油藏滲流的基本方程、單組分一維滲流問(wèn)題的數(shù)值求解、多組分一維滲流問(wèn)題的數(shù)值求解、多組分三維問(wèn)題的數(shù)值求解、油藏?cái)?shù)值模擬教學(xué)軟件代碼的分析、商業(yè)油藏?cái)?shù)值模擬工業(yè)軟件的應(yīng)用及上機(jī)操作、課程總結(jié)歸納等。本課程大綱設(shè)計(jì)合理，涵蓋了包括油藏?cái)?shù)值模擬理論，偏微分方程數(shù)值求解的理論、教學(xué)用數(shù)模軟件的源代碼分析、商用工業(yè)軟件的操作和應(yīng)用等多方面的內(nèi)容。最終教學(xué)效果優(yōu)異，學(xué)生反映良好。

（二）教學(xué)體系的改革

1.教學(xué)手段的調(diào)整。產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，既培養(yǎng)了學(xué)生使用商業(yè)軟件的能力，也通過(guò)Matlab教學(xué)程序的運(yùn)用讓學(xué)生理解了數(shù)模軟件的編寫原理，從而更透徹地理解軟件的工作模式，對(duì)油藏?cái)?shù)值模擬能產(chǎn)生更好的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，廣泛采用圖片視頻結(jié)合文字的多媒體教學(xué)，使得教學(xué)過(guò)程更加生動(dòng)豐富，便于理解，使學(xué)生更好地接受課程知識(shí)。善于利用翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)，留出思考實(shí)踐問(wèn)題，給予學(xué)生較大的自主思考空間，鼓勵(lì)學(xué)生自主探究和研討，學(xué)生通過(guò)親自動(dòng)手編寫程序以及相互之間的討論學(xué)習(xí)，能夠?qū)χR(shí)有更深的理解和記憶。

2.授課模式的調(diào)整。在疫情期間，本課程采取了線上線下相結(jié)合的授課方式，以確保每一位學(xué)生都能積極參與到課堂中來(lái)，并取得了較好的效果。對(duì)于線上的同學(xué)，我們采用了“雨課堂”與騰訊會(huì)議雙平臺(tái)相結(jié)合的方式展開(kāi)，供同學(xué)們選擇適合自己的線上學(xué)習(xí)方式。同時(shí)在授課過(guò)程中采用開(kāi)放提問(wèn)式的授課方式，在授課過(guò)程中如遇問(wèn)題可隨時(shí)向老師提問(wèn)，且老師在授課過(guò)程中隨時(shí)關(guān)注線上同學(xué)的在線學(xué)習(xí)情況，以保證線上同學(xué)的問(wèn)題能得到及時(shí)解決。對(duì)于傳統(tǒng)的線下授課同學(xué)，同樣支持多媒體教室的使用，在授課過(guò)程中老師與學(xué)生間進(jìn)行積極互動(dòng)，并設(shè)置了課前課后的答疑環(huán)節(jié)。

（三）考核方式的改革

本課程采用合理的考核方式，具體內(nèi)容包括平時(shí)考勤（10%）、平時(shí)作業(yè)（20%）、課程大作業(yè)（20%）和期末開(kāi)卷考試（50%）?？己丝紤]平時(shí)、大作業(yè)和考試等諸多因素，引導(dǎo)學(xué)生在課程中積極參與各個(gè)環(huán)節(jié)，獲得相應(yīng)的知識(shí)。大作業(yè)一般為油藏?cái)?shù)值模擬軟件的實(shí)際操作，同時(shí)也包含了一部分基于Matlab的油藏?cái)?shù)值模擬教學(xué)程序的程序編寫工作，其為學(xué)生未來(lái)諸如本科畢業(yè)論文等科研工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。期末考試設(shè)計(jì)合理，理論與應(yīng)用相結(jié)合，充分考查學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握和應(yīng)用情況。

（四）成績(jī)

本課程通過(guò)平時(shí)成績(jī)結(jié)合大作業(yè)和期末考試來(lái)進(jìn)行成績(jī)認(rèn)定，同時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行一次問(wèn)卷調(diào)查以明確課程建設(shè)的效果。其中考試成績(jī)?nèi)绫?所示，可見(jiàn)經(jīng)綜合成績(jī)?cè)u(píng)定，大部分學(xué)生的成績(jī)集中在90～80分段，且無(wú)成績(jī)不及格的情況，總體教學(xué)效果良好，學(xué)生實(shí)際知識(shí)掌握的情況較好。

表1 考試成績(jī)分布

課程問(wèn)卷調(diào)查涵蓋了知識(shí)掌握情況、課程內(nèi)容設(shè)置的合理性、教師授課水平、課堂授課氛圍、課后答疑情況等四個(gè)方面，調(diào)查結(jié)果分為優(yōu)、良、中、差四個(gè)等級(jí)，其中學(xué)生選擇“優(yōu)”選項(xiàng)的比例如表2所示，可見(jiàn)大部分同學(xué)對(duì)此課程綜合授課情況呈較為滿意的狀態(tài)，大多數(shù)同學(xué)認(rèn)為通過(guò)本課程的設(shè)置掌握了完善且合理的知識(shí)內(nèi)容，課程設(shè)置合理，同時(shí)課上課后均有較好的教學(xué)體驗(yàn)。

表2 考試成績(jī)分布

綜上所述，本次“油藏?cái)?shù)值模擬”課程的全英文教學(xué)改革取得了較為優(yōu)異的成績(jī)，也是中國(guó)石油大學(xué)（北京）國(guó)際化教學(xué)改革的必然成果。此次改革促進(jìn)了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流，為有全英文授課需求的同學(xué)們提供了極大便利，得到了較好的教學(xué)效果和同學(xué)們的普遍認(rèn)同。由此可見(jiàn)，此次改革對(duì)國(guó)家、學(xué)校和個(gè)人都具有積極正面的作用，順應(yīng)國(guó)際化發(fā)展趨勢(shì)的全英文教學(xué)改革勢(shì)在必行。