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［摘要］“石油地質(zhì)學(xué)”作為資源勘查工程專(zhuān)業(yè)的核心課程，在能源地質(zhì)類(lèi)高校廣泛開(kāi)設(shè)。該課程理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，但各高校該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)均嚴(yán)重缺乏。針對(duì)這一不足，中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油地質(zhì)教學(xué)團(tuán)隊(duì)在資源勘查工程專(zhuān)業(yè)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證和油氣勘探與開(kāi)發(fā)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的共同推動(dòng)和促進(jìn)下，通過(guò)新建石油地質(zhì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，完善了課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系；利用自主設(shè)計(jì)研制的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，開(kāi)創(chuàng)性地新增油氣成藏模擬特色實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；針對(duì)不同類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐提高了課程的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)了大學(xué)生的綜合實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力。

［關(guān)鍵詞］實(shí)驗(yàn)教學(xué)；建設(shè)與改革；創(chuàng)新能力；石油地質(zhì)學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)體系的重要組成部分，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才不可或缺的途徑，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、分析解決實(shí)際問(wèn)題能力以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度方面，具有其他教學(xué)環(huán)節(jié)無(wú)法替代的作用[1-4]?！笆偷刭|(zhì)學(xué)”是中國(guó)石油大學(xué)（北京）資源勘查工程專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)課，也是國(guó)家級(jí)精品課程，具有理論性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)[5，6]。但長(zhǎng)期以來(lái)，由于實(shí)驗(yàn)室面積較小及實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏，只能開(kāi)設(shè)2個(gè)觀察和演示實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)嚴(yán)重不足。國(guó)內(nèi)其他高校“石油地質(zhì)學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)也存在類(lèi)似的問(wèn)題[6，7]。中國(guó)石油大學(xué)（北京）資源勘查工程專(zhuān)業(yè)2014年雖通過(guò)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證，但突出石油地質(zhì)特色的實(shí)驗(yàn)欠缺，成為認(rèn)證中的一個(gè)弱項(xiàng)。認(rèn)證報(bào)告指出：“中國(guó)石油大學(xué)（北京）本科資源勘查工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要進(jìn)一步提升，迫切需要加強(qiáng)油氣地質(zhì)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)”。工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證是一種在國(guó)際上被廣泛采納的保障高等工程教育質(zhì)量的重要手段[8]，受到各高校的普遍重視。為確保學(xué)校資源勘查工程專(zhuān)業(yè)2017年工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證復(fù)核認(rèn)證順利達(dá)標(biāo)，進(jìn)一步完善學(xué)校油氣勘探與開(kāi)發(fā)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)，學(xué)校批復(fù)了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)面積，并向教育部申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，新建石油地質(zhì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。學(xué)校石油地質(zhì)學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)以該實(shí)驗(yàn)室建設(shè)為契機(jī)，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，研制實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。通過(guò)四年的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)校形成了較完備的課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，提高了課程的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，有效地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，從而取得了很好的教學(xué)效果。本教學(xué)改革對(duì)國(guó)內(nèi)兄弟院校“石油地質(zhì)學(xué)”課程的教學(xué)具有一定的借鑒指導(dǎo)作用。

一、制定實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案，完善課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

新建一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，整體方案的設(shè)計(jì)和制定尤為關(guān)鍵。石油地質(zhì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)有北京市優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)———石油地質(zhì)學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的支撐，團(tuán)隊(duì)有10多位教師，大家群策群力。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的調(diào)研[6]，以及對(duì)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、成都理工大學(xué)、西南石油大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)（華東）等相關(guān)院校實(shí)驗(yàn)室的實(shí)地調(diào)研，針對(duì)“石油地質(zhì)學(xué)”教學(xué)內(nèi)容和特點(diǎn)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多次研討，設(shè)計(jì)了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并安排熟悉該課程的主講教師具體負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，購(gòu)買(mǎi)及研制一系列相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，完成實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)裝修及水電改造，編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐。實(shí)驗(yàn)室建成前，我們只能開(kāi)設(shè)原油、烴源巖、儲(chǔ)集巖樣品觀察與描述實(shí)驗(yàn)和烴源巖部分有機(jī)地化指標(biāo)萃取過(guò)程演示實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室建成后，增加到10個(gè)實(shí)驗(yàn)，整體涵蓋石油地質(zhì)學(xué)的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)包括：（1）原油樣品的觀察及原油主要物理性質(zhì)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)；（2）烴源巖樣品觀察及有機(jī)組分的顯微鏡下觀察與鑒定實(shí)驗(yàn)；（3）烴源巖可溶有機(jī)質(zhì)提取及有機(jī)地化指標(biāo)求取演示實(shí)驗(yàn)；（4）儲(chǔ)集巖樣品觀察及儲(chǔ)集巖孔隙度、滲透率測(cè)定實(shí)驗(yàn)；（5）儲(chǔ)層流體包裹體的觀察與鑒定實(shí)驗(yàn)；（6）達(dá)西定律演示實(shí)驗(yàn)；（7）測(cè)壓面觀測(cè)實(shí)驗(yàn)；（8）系列背斜圈閉聚氣過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)；（9）石油運(yùn)移過(guò)程中動(dòng)力、阻力分析實(shí)驗(yàn)；（10）油氣運(yùn)聚二維物理模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)類(lèi)型也更為多樣化，原先僅有觀察、演示型實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)增設(shè)分析測(cè)試型、驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)研究型實(shí)驗(yàn)。每種實(shí)驗(yàn)設(shè)備有6～10臺(tái)，每次實(shí)驗(yàn)一個(gè)自然班，3～5人組成一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，從而保證每位學(xué)生都能夠親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。新編的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中除了明確每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作步驟、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)外，還設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)分析思考題。如比較不同溫度下同一原油樣品密度、黏度值的差異，討論溫度對(duì)原油樣品密度、黏度的影響；觀察和鑒別烴源巖樣本中干酪根的顯微組分特征，分析其生物來(lái)源，判斷其生烴潛力；分析水動(dòng)力強(qiáng)弱對(duì)背斜圈閉聚氣特征的影響；觀察石油在不同粗細(xì)粒徑石英砂中的運(yùn)移特點(diǎn)，分析浮力、毛細(xì)管力在石油二次運(yùn)移過(guò)程中的作用。由此促使學(xué)生帶著問(wèn)題、帶著思考完成實(shí)驗(yàn)，深化學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)理論的理解，提高學(xué)生分析問(wèn)題的能力，從而達(dá)到課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相互促進(jìn)的目的。

二、自主研制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，新增特色實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

油氣運(yùn)移、聚集成藏的動(dòng)態(tài)過(guò)程發(fā)生在地下深處，看不見(jiàn)、摸不著，內(nèi)容非常抽象，但又是石油地質(zhì)學(xué)的核心內(nèi)容。如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生形象、直觀地觀察到這些過(guò)程，加深對(duì)理論的理解非常關(guān)鍵。但相關(guān)實(shí)驗(yàn)鮮有開(kāi)設(shè)，也沒(méi)有現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)設(shè)備可借鑒。為此，我們自主設(shè)計(jì)研制了三種實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其中兩種已獲得實(shí)用新型專(zhuān)利的授權(quán)，兩項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利的申請(qǐng)均已進(jìn)入發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公布及進(jìn)入實(shí)質(zhì)審查階段。研制的設(shè)備及創(chuàng)新性增加的油氣成藏物理模擬特色實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在2017年工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證復(fù)核認(rèn)證、教育部對(duì)我校的本科教學(xué)評(píng)估，以及與中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、吉林大學(xué)、東北石油大學(xué)等同行教師的交流中，贏得了專(zhuān)家的高度評(píng)價(jià)和認(rèn)可。利用測(cè)壓面及系列背斜圈閉觀測(cè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備（圖1）可以開(kāi)展兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：一是測(cè)壓面觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，分別在靜水條件、動(dòng)水條件下開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，通過(guò)不同位置處水壓頭的觀測(cè)，對(duì)比兩種條件測(cè)壓面的差異，加深對(duì)油氣二次運(yùn)移的重要?jiǎng)恿Α畡?dòng)力的理解，理解水動(dòng)力產(chǎn)生的原因以及對(duì)油氣二次運(yùn)移的作用；二是靜水條件、動(dòng)水條件下系列背斜圈閉中天然氣運(yùn)移和聚集過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)圈閉基本概念及圈閉度量要素（溢出點(diǎn)、閉合高度）的直觀認(rèn)識(shí)，以及對(duì)系列背斜圈閉聚氣過(guò)程的理解，通過(guò)直觀觀察水動(dòng)力強(qiáng)弱對(duì)背斜圈閉聚氣特征的影響，幫助學(xué)生理解水動(dòng)力強(qiáng)弱對(duì)圈閉有效性的影響及氣藏的保存與破壞等教學(xué)難點(diǎn)。利用石油運(yùn)移動(dòng)力-阻力觀察實(shí)驗(yàn)設(shè)備（圖2），在不同玻璃管中填充不同粗細(xì)粒徑的石英砂，以模擬不同孔隙度、滲透率的砂巖儲(chǔ)層，并用蠕動(dòng)泵緩慢注入等量的油，然后觀察油在粗沙、細(xì)沙中運(yùn)移的難易程度。粗沙中，油受到的毛細(xì)管阻力小，在浮力的作用下可以上浮，而且由于沙體的非均質(zhì)性，會(huì)形成石油運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)路徑。細(xì)沙中，油受到的毛細(xì)管阻力很大，浮力不足以克服阻力，因此會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定的油水倒置現(xiàn)象。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以加深學(xué)生對(duì)浮力、毛細(xì)管力等在石油二次運(yùn)移過(guò)程中所起作用以及常規(guī)油氣藏與非常規(guī)致密砂巖油氣藏成藏機(jī)理的理解和認(rèn)識(shí)。利用油氣運(yùn)聚二維物理模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備（圖3），可以根據(jù)教學(xué)或科研需求構(gòu)筑任意地質(zhì)模型，如背斜圈閉、斷層圈閉、地層圈閉、巖性圈閉等，進(jìn)行石油運(yùn)移聚集過(guò)程動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可從裝置的透明表面直觀地觀察石油在砂體、斷層、不整合等輸導(dǎo)通道中的運(yùn)移過(guò)程及難易程度，觀察石油在不同類(lèi)型圈閉中的聚集過(guò)程，從而深化對(duì)油氣運(yùn)移聚集成藏的認(rèn)識(shí)。

三、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式通常是先由教師講解，學(xué)生再按規(guī)定的步驟操作，進(jìn)而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果[4，9]。觀察演示型、分析測(cè)試型及驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)仍采用這種教學(xué)模式，但要求“教師講解為輔，學(xué)生動(dòng)手操作為主”，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能及對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察、描述、分析的能力。然而，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式難以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，因此我們?cè)黾娱_(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)是針對(duì)設(shè)計(jì)研究型實(shí)驗(yàn)[10]。開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，要求教師首先依據(jù)石油地質(zhì)學(xué)中的一些熱點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題，確立一些探索性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)題目。例如，斷層封閉性差異對(duì)斷層圈閉中石油聚集高度的影響、油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道對(duì)油氣輸導(dǎo)效率的影響、砂巖透鏡體油藏成藏實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察及成藏影響因素分析、深盆氣成藏實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察及成藏機(jī)理分析等，讓學(xué)生自由組成實(shí)驗(yàn)小組，自主選題，根據(jù)課程所學(xué)理論知識(shí)，小組內(nèi)的學(xué)生充分討論交流，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)地質(zhì)模型，制定具體的實(shí)驗(yàn)方案，并共同協(xié)作組織實(shí)驗(yàn)實(shí)施，對(duì)實(shí)驗(yàn)中觀察到的一些現(xiàn)象或存在的問(wèn)題，獨(dú)立分析、判斷和解決。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生遇到問(wèn)題可以與教師請(qǐng)教，教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)和引導(dǎo)，真正貫徹“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念。我們研制的油氣運(yùn)聚二維物理模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備、石油運(yùn)移動(dòng)力-阻力觀察實(shí)驗(yàn)設(shè)備也為這類(lèi)設(shè)計(jì)研究型實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展提供了設(shè)備保障。這類(lèi)實(shí)驗(yàn)花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，學(xué)生可以向?qū)嶒?yàn)室管理人員預(yù)約開(kāi)放時(shí)間，利用課外時(shí)間開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的改革，有效地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)習(xí)成果的探究性，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)石油地質(zhì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐改革，學(xué)校進(jìn)一步完善了油氣勘探與開(kāi)發(fā)國(guó)家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)，有效地支撐了資源勘查工程專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)的審核評(píng)估及工程教育認(rèn)證復(fù)審工作，既滿(mǎn)足了教學(xué)的需求，同時(shí)又為大學(xué)生科技創(chuàng)新、學(xué)科競(jìng)賽、全國(guó)油氣地質(zhì)大賽等提供了優(yōu)質(zhì)的實(shí)踐平臺(tái)。

作者:李濰蓮 李平平 孫明亮 柳廣弟 陳冬霞 單位:中國(guó)石油大學(xué)〔北京〕地球科學(xué)學(xué)院 中國(guó)石油大學(xué)〔北京〕油氣勘探與開(kāi)發(fā)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心