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儲(chǔ)層地球物理學(xué)課程教學(xué)改革研究

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儲(chǔ)層地球物理學(xué)課程教學(xué)改革研究

儲(chǔ)層地球物理學(xué)的主旨是利用地球物理學(xué)的理論與方法,對(duì)油藏工程、地質(zhì)和地球物理等觀測(cè)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析,精細(xì)描述油氣藏儲(chǔ)層的巖性、物性和含油氣性。儲(chǔ)層地球物理學(xué)是評(píng)價(jià)油氣資源儲(chǔ)量和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)油氣開采的重要手段,為油氣藏勘探開發(fā)提供了重要的理論與技術(shù)支撐。隨著油藏工程技術(shù)和地球物理采集、處理與解釋方法的迅猛發(fā)展,儲(chǔ)層地球物理在巖石物理分析、巖性識(shí)別、流體檢測(cè)和物性預(yù)測(cè)等方面發(fā)揮了重要指導(dǎo)作用,已逐步成為“地質(zhì)—工程”一體化勘探開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。儲(chǔ)層地球物理學(xué)理論與方法的不斷完善,使得油氣儲(chǔ)層描述和評(píng)價(jià)的精度提高,降低了油氣勘探與開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。儲(chǔ)層地球物理學(xué)課程具有涉及基礎(chǔ)知識(shí)面廣、理論方法多、內(nèi)容跨度大、應(yīng)用繁而雜等特點(diǎn)。該課程教學(xué)不僅要讓學(xué)生掌握如何利用地球物理學(xué)理論與方法解決實(shí)際油氣藏勘探開發(fā)中面臨的復(fù)雜地質(zhì)工程難題,還要讓學(xué)生樹立正確的現(xiàn)代地學(xué)思維和地球科學(xué)發(fā)展觀。對(duì)于大三或大四學(xué)生來(lái)說(shuō),儲(chǔ)層地球物理學(xué)課程是對(duì)前面所學(xué)專業(yè)課程的梳理和總結(jié),對(duì)學(xué)生搭建完備的專業(yè)知識(shí)框架和提升解決實(shí)際問(wèn)題的能力具有重要意義,為提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力做出貢獻(xiàn)。然而,隨著授課對(duì)象特點(diǎn)和課堂教學(xué)氛圍的變化,如何改進(jìn)教學(xué)方法和手段、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高課堂教學(xué)效率,成為授課教師在教學(xué)過(guò)程中需要不斷探索和思考的問(wèn)題[1]。本文梳理了當(dāng)前課程教學(xué)面臨的各種挑戰(zhàn),結(jié)合地球物理專業(yè)的特點(diǎn),探討從教學(xué)理念、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)和考核方式等方面進(jìn)行教學(xué)改革,以期對(duì)后續(xù)的課程教學(xué)有所啟示與幫助。

1儲(chǔ)層地球物理學(xué)課程的基本特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

儲(chǔ)層地球物理學(xué)是地球物理學(xué)相關(guān)專業(yè)課程的歸納總結(jié)和應(yīng)用實(shí)踐,主要研究如何利用多學(xué)科的觀測(cè)數(shù)據(jù)定量預(yù)測(cè)油氣儲(chǔ)層礦物組分和含量、孔隙度、滲透率、含水飽和度及微觀結(jié)構(gòu)特征等。本課程的教學(xué)目的是,讓學(xué)生理解儲(chǔ)層地球物理學(xué)的基本概念、方法原理和應(yīng)用流程,使學(xué)生能夠針對(duì)油氣藏勘探開發(fā)中遇到的地質(zhì)工程問(wèn)題,提出最優(yōu)的研究思路和解決方案。

1.1課程基本特點(diǎn)

儲(chǔ)層地球物理學(xué)是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程,能為學(xué)生將來(lái)從事儲(chǔ)層地球物理研究和工作打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)。該課程作為應(yīng)用地球物理專業(yè)的核心課程,具有以下幾個(gè)特點(diǎn):

1.1.1數(shù)理基礎(chǔ)要求高

儲(chǔ)層地球物理學(xué)課程對(duì)數(shù)學(xué)物理理論知識(shí)的要求比較高,學(xué)生應(yīng)在學(xué)習(xí)完高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、復(fù)變函數(shù)與積分變換、數(shù)值計(jì)算方法、數(shù)學(xué)物理方程、彈性波動(dòng)力學(xué)、信號(hào)分析與處理等基礎(chǔ)課程之后選修本課程。授課時(shí),教師要以數(shù)學(xué)物理方法為基礎(chǔ),進(jìn)行地球物理原理與公式的推導(dǎo)與求解。

1.1.2應(yīng)用實(shí)踐性強(qiáng)

實(shí)踐性強(qiáng)是勘探地球物理課程的共同特點(diǎn),本課程也不例外。在專業(yè)知識(shí)課程教學(xué)的基礎(chǔ)上,逐步引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。實(shí)踐教學(xué)課程主要包含兩個(gè)部分:一是理論教學(xué),二是實(shí)踐教學(xué)。通過(guò)兩部分的學(xué)習(xí),學(xué)生可以將理論知識(shí)與生產(chǎn)應(yīng)用相結(jié)合,深化對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解、掌握和吸收,培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和實(shí)際操作能力。

1.1.3多學(xué)科交叉融合

儲(chǔ)層地球物理學(xué)不僅涉及計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)分析與處理等學(xué)科相關(guān)知識(shí),也離不開地質(zhì)學(xué)理論的指導(dǎo)和油藏開發(fā)技術(shù)的支持。以構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、沉積巖石學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)和普通地質(zhì)學(xué)等地質(zhì)理論為基礎(chǔ),完善目標(biāo)靶區(qū)地質(zhì)認(rèn)識(shí)并建立合理的儲(chǔ)層地質(zhì)模型,結(jié)合油藏開發(fā)工程技術(shù),實(shí)現(xiàn)油氣藏井位準(zhǔn)確部署和剩余油氣分布動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

1.1.4理論與應(yīng)用并重

理論是指導(dǎo)應(yīng)用的依據(jù),應(yīng)用是檢驗(yàn)理論的標(biāo)準(zhǔn)。在教學(xué)過(guò)程中,應(yīng)堅(jiān)持方法理論與實(shí)際應(yīng)用并重,在介紹基本原理的同時(shí),穿插講解應(yīng)用實(shí)例,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的感性認(rèn)識(shí),加深對(duì)基本理論的理解與記憶。

1.2課程教學(xué)現(xiàn)狀

針對(duì)儲(chǔ)層地球物理學(xué)課程的基本特點(diǎn),反思課程教學(xué)現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:

1.2.1教學(xué)模式比較固化

長(zhǎng)期以來(lái),以教師為中心的教學(xué)模式是課堂教學(xué)的主要方式。然而,這種教學(xué)方式往往會(huì)造成學(xué)生嚴(yán)重依賴教材和課堂教學(xué),缺少學(xué)習(xí)的積極性和內(nèi)動(dòng)力,自學(xué)能力、獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力難以得到有效提高,教學(xué)效果不明顯[2]。

1.2.2教學(xué)手段比較單一

傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式效率比較低下,不夠生動(dòng)直觀。多媒體教學(xué)提供的信息量大,但單純采用PPT演示容易讓學(xué)生感到枯燥乏味,課堂氛圍比較沉悶,學(xué)生學(xué)習(xí)效率低,教學(xué)效果不理想[3]。

1.2.3授課內(nèi)容比較陳舊

由于學(xué)時(shí)限制,課程講授的內(nèi)容大多是比較經(jīng)典的理論與方法,涉及的新技術(shù)、新方法很少[4]。隨著地球物理理論與方法的不斷改進(jìn)與完善,傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)難以滿足當(dāng)代學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。如何將前沿?zé)狳c(diǎn)課題、科學(xué)研究成果融入課程教學(xué),是需要授課教師不斷思考的問(wèn)題。

1.2.4理論與實(shí)踐不統(tǒng)一

理論教學(xué)和實(shí)踐課程通常分別由不同教學(xué)風(fēng)格的教師講授,導(dǎo)致學(xué)生不能很好地將理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái),影響了對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。實(shí)踐教學(xué)由于課時(shí)比較少、軟硬件設(shè)備配置不足,難以保證每個(gè)學(xué)生都親自動(dòng)手調(diào)試與分析,降低了學(xué)生的參與積極性,很難達(dá)到實(shí)踐教學(xué)的預(yù)期。

1.2.5考核方式過(guò)于單一

傳統(tǒng)的課程考核采取“平時(shí)考勤+期末考試”的終結(jié)性評(píng)價(jià)模式,考核方式比較單一。學(xué)生在期末考試前死記硬背就能通過(guò)考試,沒(méi)有真正理解相關(guān)的概念和原理,對(duì)知識(shí)框架體系比較模糊。

2儲(chǔ)層地球物理學(xué)課程教學(xué)改革

對(duì)儲(chǔ)層地球物理學(xué)課程中存在的問(wèn)題,本文嘗試從教學(xué)理念、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)和考核方式等方面探討教學(xué)改革并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施,力求切實(shí)提高課程教學(xué)質(zhì)量。

2.1創(chuàng)新教學(xué)理念,改變教學(xué)模式

課堂教學(xué)是教師教授知識(shí)的主要方式。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是“填鴨式”的,學(xué)生缺乏獨(dú)立思考的時(shí)間,往往只能被動(dòng)接受既有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。顯然,這種傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)模式已經(jīng)難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。應(yīng)樹立“以生為本”的教學(xué)理念,突出學(xué)生的主體地位,讓學(xué)生更加積極主動(dòng)地參與課堂教學(xué),在理解理論與方法的基礎(chǔ)上,善質(zhì)疑、多分析、勤思考。教師在課堂上要積極引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,課后讓學(xué)生帶著問(wèn)題查閱資料,通過(guò)小組討論提出合理的解決方案,為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)、自由討論、互動(dòng)交流的平臺(tái)。比如,教師在講授巖石物理理論時(shí),讓學(xué)生預(yù)習(xí)巖石物理手冊(cè)中的內(nèi)容并推薦相關(guān)文獻(xiàn),引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比幾種常見(jiàn)巖石物理模型的公式推導(dǎo)過(guò)程、物理假設(shè)和適用條件等,通過(guò)分析不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性,促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與吸收。還可以結(jié)合當(dāng)前國(guó)家重大發(fā)展戰(zhàn)略方針設(shè)置一些開放性問(wèn)題,讓學(xué)生獨(dú)立思考、自由發(fā)揮,以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,給學(xué)生留下深刻印象。比如,讓學(xué)生探討儲(chǔ)層地球物理學(xué)如何在“碳達(dá)峰”“碳中和”戰(zhàn)略中發(fā)揮作用,以及儲(chǔ)層地球物理學(xué)在深部油氣資源勘探與開發(fā)中面臨哪些挑戰(zhàn)。實(shí)施以學(xué)生為主體的教學(xué)模式,適當(dāng)進(jìn)行引導(dǎo)性教學(xué),可以使學(xué)生變被動(dòng)接受為主動(dòng)探索,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和好奇心,拓展學(xué)生的發(fā)散性思維,提高學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效率,進(jìn)而提升教學(xué)效果。

2.2豐富教學(xué)手段,活躍課堂氛圍

當(dāng)前的教學(xué)手段以多媒體教學(xué)和板書講授相結(jié)合的方式為主,然而形式僵化的多媒體展示和板書容易讓學(xué)生覺(jué)得枯燥,導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣減退、學(xué)習(xí)效率低下。為了達(dá)到良好的教學(xué)效果,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,應(yīng)針對(duì)不同章節(jié)內(nèi)容采用多種教學(xué)手段相結(jié)合的方式。例如,在講解地震正演時(shí),可以利用三維動(dòng)畫模擬地震波的傳播過(guò)程,力求加深學(xué)生對(duì)基本理論和概念的理解;在介紹巖石物理理論和AVO公式時(shí),用板書和口頭講授的方式推演方程,同時(shí)要求學(xué)生進(jìn)行同步推導(dǎo),以加深其對(duì)公式的理解和掌握;在講解開發(fā)地震基礎(chǔ)時(shí),利用短視頻展示如何將地質(zhì)、地球物理和油藏工程信息結(jié)合起來(lái)指導(dǎo)井位部署和預(yù)測(cè)剩余油氣分布,讓學(xué)生直觀了解地質(zhì)學(xué)家、地球物理學(xué)家和石油工程專家是如何協(xié)同工作的,增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。另外,還要充分利用現(xiàn)代教學(xué)手段營(yíng)造熱烈的課堂氛圍。比如借用中國(guó)大學(xué)MOOC(慕課)優(yōu)質(zhì)專業(yè)課平臺(tái),采取線上線下相結(jié)合的授課方式,讓學(xué)生體驗(yàn)教學(xué)名師的風(fēng)采;利用雨課堂智慧教學(xué)工具進(jìn)行課中隨機(jī)提問(wèn),不僅能讓教師及時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況,也能促進(jìn)學(xué)生持續(xù)保持課堂專注力[5]。

2.3優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,完善課程體系

儲(chǔ)層地球物理學(xué)內(nèi)容繁多,章節(jié)之間聯(lián)系緊密。因此,科學(xué)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,合理搭建教學(xué)體系,能夠讓課程結(jié)構(gòu)分明、章節(jié)脈絡(luò)清晰。一方面,根據(jù)教學(xué)大綱要求和專業(yè)方向需求,對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化和調(diào)整。通過(guò)尋找基本概念、基礎(chǔ)原理和技術(shù)方法之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),再與相應(yīng)的生產(chǎn)應(yīng)用進(jìn)行串聯(lián),明確教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo),使學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)掌握更多知識(shí)。另一方面,將課程教學(xué)與科研前沿和生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合,在授課過(guò)程中及時(shí)更新知識(shí)體系,引入新理論、新方法以及前沿?zé)狳c(diǎn),開闊學(xué)生視野,深化學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的了解[6]。傳統(tǒng)的儲(chǔ)層地球物理學(xué)課程以經(jīng)典方法理論為主,知識(shí)體系比較分散,涉及的學(xué)科前沿知識(shí)較少。結(jié)合教學(xué)大綱和專業(yè)特點(diǎn),筆者詳細(xì)梳理了本門課程的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn),重新整合和擴(kuò)充了教學(xué)內(nèi)容。優(yōu)化后的課程體系主要分為巖石物理基礎(chǔ)、油氣定量檢測(cè)、地震反演技術(shù)、儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測(cè)、地震屬性分析和開發(fā)地震解釋六個(gè)部分。在這一套教學(xué)體系中,巖石物理基礎(chǔ)為油氣定量檢測(cè)、地震反演技術(shù)、儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測(cè)、地震屬性分析等地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的核心技術(shù)提供理論基礎(chǔ),而地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法又服務(wù)于開發(fā)地震綜合解釋。這種課程編排解決了傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容與應(yīng)用實(shí)踐脫節(jié)、知識(shí)體系相互孤立的弊端,使教學(xué)內(nèi)容具有一定的深度和廣度,內(nèi)在邏輯性更強(qiáng)、層次感更突出,能夠讓學(xué)生比較容易地把握課程的框架體系。

2.4加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué),引導(dǎo)主動(dòng)探索

儲(chǔ)層地球物理學(xué)是理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的核心專業(yè)課,目的是培養(yǎng)學(xué)生利用地球物理理論與方法解決實(shí)際地質(zhì)或油藏工程問(wèn)題的能力。實(shí)踐教學(xué)階段可以設(shè)置具有一定綜合性和探索性的研究題目,著力培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。本課程的實(shí)踐課總計(jì)40學(xué)時(shí),筆者根據(jù)理論教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)了個(gè)人獨(dú)立編程實(shí)踐和團(tuán)隊(duì)配合操作反演軟件兩部分。個(gè)人實(shí)踐部分主要是編寫與理論方法相關(guān)的Matlab程序,比如建立巖石物理模型、預(yù)測(cè)橫波速度、同步預(yù)測(cè)物性參數(shù)、巖石物理模版制作、合成地震記錄生成、地震波場(chǎng)模擬等,目的是確保每個(gè)學(xué)生的動(dòng)手能力都得到增強(qiáng);團(tuán)隊(duì)協(xié)作部分是將學(xué)生每4~6人分為一組,每組學(xué)生相互配合操作地震反演軟件,分別開展地震和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)加載、地震層位拾取、井震數(shù)據(jù)標(biāo)定、地震子波提取、初始模型建立和地震反演分析等上機(jī)操作,最終提交疊后、疊前地震反演的彈性參數(shù)剖面,并撰寫完整的課程設(shè)計(jì)報(bào)告,目的是培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決實(shí)際難題的能力。設(shè)置個(gè)人實(shí)踐和團(tuán)隊(duì)協(xié)作環(huán)節(jié),不僅加深了學(xué)生對(duì)儲(chǔ)層地球物理學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解,也提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2.5健全考核方式,保障教學(xué)效果

考核是檢驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的重要一環(huán),建立合理的考評(píng)機(jī)制是提升教學(xué)質(zhì)量和激發(fā)學(xué)生潛能的重要手段。應(yīng)改變傳統(tǒng)“一考定全局”的評(píng)價(jià)方式,采用過(guò)程性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法,在教學(xué)的全過(guò)程中對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)與指導(dǎo),促進(jìn)學(xué)生綜合能力的提高[7]。過(guò)程性考核主要包括考勤、課堂討論和平時(shí)作業(yè)完成情況等;總結(jié)性評(píng)價(jià)則設(shè)置了多個(gè)與課程教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的開放性研究課題,將班級(jí)學(xué)生分成多個(gè)小組,每個(gè)小組通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料,協(xié)同合作完成課程結(jié)題報(bào)告撰寫和PPT制作與匯報(bào)。聯(lián)合多種考評(píng)機(jī)制不僅激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí),也很好地實(shí)現(xiàn)了教學(xué)考核目標(biāo),提高了教學(xué)質(zhì)量。

3結(jié)論

培養(yǎng)具備扎實(shí)的地質(zhì)、地球物理和石油工程等多學(xué)科交叉背景的復(fù)合應(yīng)用型人才是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,需要不斷深化和完善課程教學(xué)改革。本文在充分調(diào)研儲(chǔ)層地球物理學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)例探討了從教學(xué)理念、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)和考核方式等方面進(jìn)行教學(xué)改革的可行性。以人才培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)大綱為指南,轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)理念,突出學(xué)生主體地位,采用多樣化教學(xué)手段,及時(shí)更新與專業(yè)需求和科學(xué)前沿相符的教學(xué)內(nèi)容,強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué),完善考核制度,以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性地學(xué)思維和地球科學(xué)發(fā)展觀,提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力,為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)和科研打下良好的基礎(chǔ)。

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作者:潘豪杰 王鵬 陳雪菲 單位:長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院