彭巖 李世遠(yuǎn) 張廣清

［摘 要］ 課程思政是教學(xué)新理念和教學(xué)改革的重要方向。結(jié)合石油工程專業(yè)背景，梳理了“巖石力學(xué)”的教學(xué)難點(diǎn)，提出利用課堂思政優(yōu)勢克服教學(xué)難點(diǎn)的思路，達(dá)到融合課堂思政與課堂知識(shí)點(diǎn)的目標(biāo)。闡明了“巖石力學(xué)”教學(xué)的3個(gè)難點(diǎn)，從5個(gè)課堂思政角度建立了巖石力學(xué)思想政治案例庫，并介紹了部分實(shí)例。教學(xué)效果表明，課程思政加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，豐富了學(xué)生對(duì)巖石力學(xué)理論應(yīng)用的認(rèn)知，克服了學(xué)生對(duì)巖石力學(xué)理論的畏難情緒，顯著提高了“巖石力學(xué)”教學(xué)效果。

［關(guān)鍵詞］ 課程思政；教學(xué)難點(diǎn)；思想政治路徑；教學(xué)案例

［基金項(xiàng)目］ 2021年度中國石油大學(xué)（北京）校級(jí)教改項(xiàng)目“石油與天然氣工程學(xué)科研究生課程思政示范課程群建設(shè)與實(shí)踐”（YJS2021003）

［作者簡介］ 彭 巖（1987—），男，江蘇徐州人，工學(xué)博士，中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院副教授，主要從事石油工程巖石力學(xué)理論和水力壓裂增產(chǎn)機(jī)理研究。

［中圖分類號(hào)］ G641 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1674-9324（2023）18-0081-04 ［收稿日期］ 2022-08-01

引言

習(xí)近平總書記出席全國高校思想政治工作會(huì)議并發(fā)表重要講話，強(qiáng)調(diào)：“要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，思想政治理論課要堅(jiān)持在改進(jìn)中加強(qiáng)，提升思想政治教育親和力和針對(duì)性，滿足學(xué)生成長發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)?！保?］

教育部發(fā)布多個(gè)文件，詳細(xì)指導(dǎo)了高校落實(shí)習(xí)近平總書記關(guān)于高校思想政治理論課的重要講話精神。2017年12月，中共教育部黨組關(guān)于印發(fā)《高校思想政治工作質(zhì)量提升工程實(shí)施綱要》的通知指出，課程育人就是要“深入推動(dòng)習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想進(jìn)教材、進(jìn)課堂、進(jìn)頭腦”，大力推動(dòng)以課程思政為目標(biāo)的課堂教學(xué)改革［2］。2018年10月，教育部發(fā)布《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提升人才培養(yǎng)能力的意見》，提出在構(gòu)建全員、全過程、全方位“三全育人”大格局過程中，著力推動(dòng)高校全面加強(qiáng)課程思政建設(shè)，做好整體設(shè)計(jì)，根據(jù)不同專業(yè)人才培養(yǎng)特點(diǎn)和專業(yè)能力素質(zhì)要求，科學(xué)合理設(shè)計(jì)思想政治教育內(nèi)容［3］。2020年6月，教育部關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》的通知，為高校推進(jìn)課程思政建設(shè)提供了指導(dǎo)［4］。

巖石力學(xué)發(fā)展于20世紀(jì)初，是一門認(rèn)識(shí)和控制巖石系統(tǒng)力學(xué)行為與工程功能的學(xué)科，因此在土木工程、采礦工程、石油工程等涉及巖石材料的行業(yè)中廣泛應(yīng)用［5］。巖石力學(xué)理論離不開具體工程背景，導(dǎo)致其理論體系龐雜，學(xué)生因理解困難而產(chǎn)生畏難、厭學(xué)情緒。思想政治教育與專業(yè)教育融合能達(dá)到單純的專業(yè)教育達(dá)不到的教學(xué)效果，是“三全育人”的重要切入口，可增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力，豐富學(xué)生的知識(shí)廣度，進(jìn)而提高教學(xué)效果。石油工程專業(yè)的“巖石力學(xué)”課程思政探索為工科專業(yè)的課程思政提供了有益參考。

一、石油工程專業(yè)“巖石力學(xué)”課程教學(xué)難點(diǎn)

石油工程需在儲(chǔ)層中鉆井、壓裂、注水/氣等，對(duì)地層產(chǎn)生擾動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致井壁失穩(wěn)、儲(chǔ)層出砂、激活地下斷層等問題。石油工程需要對(duì)儲(chǔ)層巖石力學(xué)行為進(jìn)行準(zhǔn)確分析，以減少工程事故并提高儲(chǔ)層產(chǎn)量。巖石力學(xué)理論建立時(shí)間早、應(yīng)用背景復(fù)雜、應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展迅速，導(dǎo)致“巖石力學(xué)”課程教學(xué)難度大。筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，影響“巖石力學(xué)”課程教學(xué)的主要難點(diǎn)如下。

（一）理論體系雜

巖石力學(xué)是固體力學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，理論至少涉及了理論力學(xué)、材料力學(xué)和彈性力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，要求學(xué)生能融會(huì)貫通各類基礎(chǔ)知識(shí)，否則難以跟上課堂節(jié)奏。此外，不同學(xué)科對(duì)巖石力學(xué)知識(shí)的側(cè)重點(diǎn)有顯著差異，要求學(xué)生對(duì)本專業(yè)工程背景具有一定的了解。例如，石油工程側(cè)重于巖石破壞與裂縫擴(kuò)展，需要著重學(xué)習(xí)巖石破壞準(zhǔn)則、裂縫擴(kuò)展準(zhǔn)則等知識(shí)。目前巖石力學(xué)教材同質(zhì)化嚴(yán)重，專業(yè)學(xué)科背景不突出，不利于各專業(yè)針對(duì)性學(xué)習(xí)。

（二）教學(xué)內(nèi)容舊

巖石力學(xué)伴隨著工業(yè)化進(jìn)展不斷進(jìn)步，理論體系日新月異。傳統(tǒng)巖石力學(xué)知識(shí)立足于20世紀(jì)工程背景，已不滿足現(xiàn)代工程需求。近20年來，我國科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，在巖石力學(xué)領(lǐng)域中涌現(xiàn)眾多原創(chuàng)性科研成果。我國石油開發(fā)深度已近萬米，其巖石應(yīng)力狀態(tài)、巖石力學(xué)性質(zhì)、裂縫擴(kuò)展特征都與傳統(tǒng)淺部儲(chǔ)層不同。我國儲(chǔ)層巖性比國外復(fù)雜，儲(chǔ)層薄互層發(fā)育、非均質(zhì)性強(qiáng)烈，導(dǎo)致其裂縫擴(kuò)展特征和國外不同。教學(xué)中應(yīng)當(dāng)介紹我國科研工作者為提高我國油氣開發(fā)及采礦效率所提出的巖石力學(xué)新理論。

（三）應(yīng)用門檻高

巖石力學(xué)理論表明：邊界條件、巖石材料特征、載荷加載路徑、多物理場耦合作用等因素都對(duì)巖石變形特征、裂縫擴(kuò)展規(guī)律有顯著影響。應(yīng)用巖石力學(xué)解決實(shí)際問題必須對(duì)理論知識(shí)、實(shí)際巖石材料、具體工程背景有深刻理解，還要運(yùn)用數(shù)值求解的方法。因此，應(yīng)用巖石力學(xué)解決實(shí)際問題是系統(tǒng)工程，若采用簡化模型，則無法體現(xiàn)巖石力學(xué)的特點(diǎn)和應(yīng)用技巧；若采用工程實(shí)例，則分析過程煩瑣且課堂時(shí)間有限，使學(xué)生不易理解而產(chǎn)生畏難情緒。

二、石油工程專業(yè)“巖石力學(xué)”課程思政案例

2021年2月，習(xí)近平總書記在黨史學(xué)習(xí)教育動(dòng)員大會(huì)上發(fā)表重要講話，提出了中國共產(chǎn)黨人的精神譜系：“在一百年的非凡奮斗歷程中，一代又一代中國共產(chǎn)黨人頑強(qiáng)拼搏、不懈奮斗，涌現(xiàn)了一大批視死如歸的革命烈士、一大批頑強(qiáng)奮斗的英雄人物、一大批忘我奉獻(xiàn)的先進(jìn)模范，形成了井岡山精神、長征精神、遵義會(huì)議精神、延安精神、西柏坡精神、紅巖精神、抗美援朝精神、‘兩彈一星精神、特區(qū)精神、抗洪精神、抗震救災(zāi)精神、抗疫精神等偉大精神，構(gòu)筑起了中國共產(chǎn)黨人的精神譜系?！保?］“兩彈一星”精神、抗疫精神等都與科學(xué)家密不可分，體現(xiàn)了一批批科學(xué)家為祖國奮斗的愛國精神。

我國石油行業(yè)從無到有、從弱到強(qiáng)的發(fā)展過程中，涌現(xiàn)出了“鐵人”王進(jìn)喜、“新鐵人”王啟民等一大批先進(jìn)人物，他們的事跡既體現(xiàn)了我國石油科技進(jìn)展，又體現(xiàn)了中國共產(chǎn)黨人的精神，為石油工程專業(yè)課程思政提供了優(yōu)質(zhì)鮮活的素材。此外，與思想政治專業(yè)課程不同，專業(yè)課的思想政治教育從新角度闡述先進(jìn)人物的事跡，給學(xué)生帶來不一樣的感受，以引導(dǎo)學(xué)生克服畏難情緒，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和成效。結(jié)合石油工程專業(yè)特點(diǎn)，筆者在“巖石力學(xué)”課程思政實(shí)踐中，總結(jié)了五方面的思想政治案例。

（一）家國情懷

石油工程中的“鐵人”精神蘊(yùn)含愛國主義和中國共產(chǎn)黨人精神，同時(shí)，“鐵人”王進(jìn)喜從事鉆井工作，其中包含了很多巖石力學(xué)的工程問題。在“巖石力學(xué)”課程中講好“鐵人”故事，既能達(dá)到思想政治教育的目的，也為石油工程專業(yè)“巖石力學(xué)”的教學(xué)服務(wù)。為了避免井噴事故，“鐵人”王進(jìn)喜跳進(jìn)泥漿池中，利用身體攪動(dòng)泥漿。井噴事故的力學(xué)機(jī)理為鉆井液壓力不足以抵抗地層壓力。鉆井液壓力不當(dāng)還會(huì)引起井壁失穩(wěn)，造成鉆井失敗。

隨著我國油氣開發(fā)深度不斷加大，國家提出了“四深”（深空、深海、深地和深藍(lán)）領(lǐng)域的戰(zhàn)略技術(shù)部署。“深地”的探索是當(dāng)前國際競爭的制高點(diǎn)，其成果離不開鉆井技術(shù)的進(jìn)步。中國工程院孫金聲院士30余年來深耕鉆井技術(shù)研究，探明了復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井壁失穩(wěn)及減阻機(jī)理，研發(fā)出復(fù)雜結(jié)構(gòu)井高性能鉆井液，為高效開發(fā)我國深部復(fù)雜地層油氣資源和獲取海外油氣資源提供了重要技術(shù)支撐。以孫金聲院士的事跡，說明井壁穩(wěn)定問題將制約我國“深地”領(lǐng)域探索，教育學(xué)生為我國“深地”探索領(lǐng)域及能源安全做出自己的貢獻(xiàn)，同時(shí)激發(fā)學(xué)生對(duì)井壁穩(wěn)定知識(shí)的興趣。

（二）科技創(chuàng)新

“新鐵人”王啟民的事跡則體現(xiàn)了石油科技工作者孜孜不倦勇攀高峰的勇氣。王啟民堅(jiān)持獨(dú)立自主的科研道路，不盲從權(quán)威理論，打破了國外“溫和注水”的開發(fā)方式，提出了高效注水開采方法、大慶油田高含水期穩(wěn)油控水系統(tǒng)工程結(jié)構(gòu)調(diào)整技術(shù)等多個(gè)創(chuàng)新技術(shù)，使得大慶油田穩(wěn)產(chǎn)5 000萬噸長達(dá)27年。

相較于國外，我國儲(chǔ)層條件差，為了提高產(chǎn)量，通常使用水驅(qū)甚至化學(xué)驅(qū)等技術(shù)提高原油動(dòng)用程度，進(jìn)而提高產(chǎn)量。在儲(chǔ)層生產(chǎn)過程中，應(yīng)力不斷變化，導(dǎo)致巖石孔隙變形，影響了儲(chǔ)層滲透性質(zhì)。我國石油工程科學(xué)家在滲透率分析方法和預(yù)測模型等方面已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。超低滲儲(chǔ)層，提高波及體積還需在水驅(qū)過程中產(chǎn)生裂縫，但其不能像水力壓裂那樣快速產(chǎn)生裂縫，對(duì)裂縫擴(kuò)展的控制決定了超低滲儲(chǔ)層水驅(qū)的效果。此外，非常規(guī)油氣開發(fā)依賴于水力壓裂技術(shù)，其核心科學(xué)問題為裂縫擴(kuò)展機(jī)理。由于我國具有扎實(shí)的巖石力學(xué)研究基礎(chǔ)，頁巖氣等非常規(guī)油氣的水力壓裂技術(shù)得到了飛速發(fā)展。得益于此，5年時(shí)間，我國頁巖氣產(chǎn)量擴(kuò)大了315倍，體現(xiàn)了中國速度。以王啟民的事跡為案例，引出裂縫擴(kuò)展機(jī)理對(duì)油氣開發(fā)的重要性，以激發(fā)學(xué)生對(duì)裂縫擴(kuò)展知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生不盲從權(quán)威，勇于質(zhì)疑，敢于創(chuàng)新。

（三）學(xué)科交叉

盡管新能源發(fā)展如火如荼，但風(fēng)能、太陽能的穩(wěn)定性差，核能的安全標(biāo)準(zhǔn)極高而難以大規(guī)模應(yīng)用，水能取決于地理因素而分布不均，故石油、天然氣和煤炭依然是未來不可取代的資源。利用化石能源不代表就要多排放二氧化碳，以中國科學(xué)院高德利院士為代表的科學(xué)家提出了“地下井工廠”的構(gòu)想［7-8］。該構(gòu)想采用石油開發(fā)工藝開采千米以上的煤炭資源。由于煤地下氣化將產(chǎn)生高溫并伴有劇烈化學(xué)反應(yīng)，其巖石力學(xué)問題涉及多物理場耦合，是巖石力學(xué)的前沿研究方向。此外，巖石力學(xué)的流固耦合作用還可用于地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)領(lǐng)域。地下儲(chǔ)氣庫通常在巖鹽層建設(shè)，利用鹵水與巖鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生空穴以構(gòu)建地下儲(chǔ)氣庫。我國已建成亞洲第一座地下鹽巖儲(chǔ)氣庫——江蘇省金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫，可解決我國華東地區(qū)冬季供氣不足的問題［9］。地下儲(chǔ)氣庫不僅涉及巖石穩(wěn)定分析的知識(shí)，還涉及巖石蠕變特性的知識(shí)。上述實(shí)例可引出巖石力學(xué)的前沿科學(xué)問題，以開闊學(xué)生視野，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)科交叉以解決復(fù)雜的工程難題和巖石力學(xué)流固耦合科學(xué)問題。

（四）工程倫理

巖石力學(xué)理論在土木工程等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，對(duì)于大工程，不單單考慮技術(shù)的應(yīng)用，還涉及人文、道德、社會(huì)和生態(tài)等諸多問題［10］。根據(jù)“巖石力學(xué)”課程特點(diǎn)，可列舉石油工程、土木工程等工程事故。典型案例為加拿大特朗康斯谷倉傾倒事件，該谷倉自重2萬噸，儲(chǔ)存谷物達(dá)3萬余噸后，發(fā)生大幅沉降，導(dǎo)致谷倉傾倒。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：設(shè)計(jì)方未對(duì)谷倉地基進(jìn)行勘察和實(shí)驗(yàn)，而采用臨近地基結(jié)果計(jì)算該谷倉地基承載力，使得所得結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。上述實(shí)例可引出巖石的材料應(yīng)力應(yīng)變特征及變形計(jì)算方法，并提醒學(xué)生要堅(jiān)守職業(yè)道德。

（五）科學(xué)思維

自然科學(xué)理論建立過程體現(xiàn)了很多科學(xué)思維方法，如極限思想、歸類法、矛盾分析法和辯證法。眾多自然科學(xué)理論的建立都遵循相同的科學(xué)思維。因此，在“巖石力學(xué)”課堂上講授科學(xué)思維，有利于學(xué)生今后自主開展科學(xué)研究。應(yīng)力的定義與壓強(qiáng)類似，但是多了取極限的步驟，其中包含了極限思想，也體現(xiàn)了應(yīng)力與壓強(qiáng)概念的本質(zhì)區(qū)別。壓強(qiáng)是平面平均受到的壓力概念，而應(yīng)力是指無限小區(qū)域內(nèi)（趨近于一點(diǎn)）的壓力。若掌握了任意形狀上每點(diǎn)的壓力（即應(yīng)力），就知道了該面的應(yīng)力分布特征，進(jìn)而可得該面的內(nèi)力（利用積分）及每處的變形分布特征（結(jié)合物理方程和幾何方程），因此應(yīng)力的概念比壓強(qiáng)的概念豐富且有用得多。此外，通過實(shí)驗(yàn)可獲知材料的破壞特征，而材料破壞與載荷形式、材料形狀等眾多因素有關(guān)，不可能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)窮舉所用的破壞工況，因此，需要利用歸類法，將不同材料破壞工況歸類為若干破壞機(jī)理，并針對(duì)有限的幾種破壞機(jī)理建立破壞準(zhǔn)則。巖石力學(xué)理論推導(dǎo)通常需要建立力學(xué)模型，而真實(shí)工況異常復(fù)雜，加大了力學(xué)模型的復(fù)雜度和理論模型建立的難度，需要引入假設(shè)條件以凸顯主要矛盾（簡化力學(xué)模型）而實(shí)現(xiàn)理論模型的建立。通常工況變化后，主要矛盾也發(fā)生相應(yīng)變化，造成了假設(shè)條件和力學(xué)模型的變化，進(jìn)而最終公式發(fā)生變化，因此，學(xué)生需理解巖石力學(xué)理論的適用范圍，該變化體現(xiàn)了辯證法思想。

結(jié)語

“巖石力學(xué)”是石油工程等專業(yè)的核心課程，其理論建立體現(xiàn)了自然科學(xué)思維，也造成了巖石力學(xué)理論的晦澀難懂。此外，巖石力學(xué)服務(wù)于我國很多重大工程，關(guān)乎我國基礎(chǔ)建設(shè)和前沿科技，需要從業(yè)者甘于奉獻(xiàn)、勇于創(chuàng)新；該領(lǐng)域眾多科技成果也體現(xiàn)了我國日益強(qiáng)盛的科技實(shí)力，體現(xiàn)了民族自信。因此，通過我國重大工程實(shí)例、先進(jìn)模范事跡等生動(dòng)案例開展“巖石力學(xué)”課程思政，既可增強(qiáng)學(xué)生的愛國情懷和民族自信，激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情，更可加深對(duì)理論知識(shí)的理解，超越了單純理論知識(shí)講解的效果，值得在全部自然科學(xué)課堂中推廣。教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合課程特點(diǎn)和學(xué)生專業(yè)背景，認(rèn)真選取思想政治案例。

參考文獻(xiàn)

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Practical Research on Methods of Curriculum Ideology and Politics for the Course of Rock Mechanics

PENG Yan， LI Shi-yuan， ZHANG Guang-qing

（School of Petroleum Engineering， China University of Petroleum〔Beijing〕， Beijing 102249， China）

Abstract： Curriculum ideology and politics is a new education concept and an important direction for teaching reform. Combining the background of petroleum engineering， the authors summarize the teaching difficulties， propose the idea to overcome those teaching difficulties by advantages of ideological and political education. This method achieves the goal of integrating ideological and political education with knowledge points. The authors point out 3 teaching difficult points， built the case library based on five aspects and introduced some cases. The teaching effects show that the ideological and political education can help students understand the rock mechanics theory， widen their knowledge of application overcome their fear to learn this course and finally improve teaching efficiency.

Key words： curriculum ideology and politics; teaching difficulty; teaching approach of ideological and political education; teaching case