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[摘 要] 新工科是以产业需求为导向、技术发展改内容、学校主体推改革、学生志趣变方法，是以培养创新型、跨学科、具有综合能力的卓越人才为目标。结合新工科建设背景，分析石油工程传统工科课程石油钻采机械概论教学过程中存在的问题，提出了改进课程内容结构;课堂教学与现场实践教学相结合;跨学科领域知识运用到课堂;提高实践教学考核比例，以问题为导向，取得了较好的教学效果。
[关 键 词] 新工科;石油钻采机械;实践教学;跨学科;教学改革
[中图分类号] G642 [文獻标志码] A [文章编号] 2096-0603（2021）36-0220-02
新一轮的科技革命和产业革命对工科教育也提出了新的要求。为主动应对新的时代需求，并支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略，2017年2月以来教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”[1]。
新工科理念要求高校工科教育中，拓展原有对工科的界定，冲破传统工科的专业束缚，要根据新时代油田企业的新需求，广泛接纳其他学科的新知识，积极拓展现有学科的知识面，跨学科交叉，以适应油田企业日益增长的对高科技人才的需求。
在新工科背景下，石油钻采机械作为石油与天然气工程专业的专业课程应抓住机遇，积极进行教学方法和方式的改革，以满足油田企业日益增长的对创新人才的需求。
一、石油钻采机械课程现状分析
钻井和采油是石油工业中十分重要的两个工艺过程。
目前国内外油（气）田广泛使用转盘钻钻机。主要设备有井架、操作平台、柴油机、钻机和钻具等。
目前国内外石油工业中，机械采油设备主要分为有杆泵和无杆泵两大类。有杆泵是动力设备在地面，其带动抽油机的曲柄连杆旋转，曲柄连杆的旋转运动通过驴头带动抽油杆及其柱塞上下运动，进而实现抽油机的抽油工作。无杆泵是在井下将电能转化为泵的机械能，然后泵的机械能再转化为流体的动能，流出井口，不需要借助抽油杆来进行能力传递。无杆泵主要为射流泵等。
通过该课程的学习，学生应该掌握从事石油开采过程所涉及到的石油钻采机械的结构、工作原理和维保等的基本知识，能够解决现场钻采机械复杂工程问题。但是其作为石油与天然气工程类专业课，教学实施过程中存在不少困难。主要有以下几点困难：（1）学生对钻采机械没有感性认识;（2）教学过程手段单一，仅以多媒体形式进行教学，学生对设备的运行动态缺乏深刻认识;（3）现在的钻采设备自动化程度高，学生缺乏相关专业知识;（4）现场见习时间短，学生缺乏对现场设备动态认识;（5）学生缺少工程思想，不能认识到钻采机械在石油工程专业中的重要性。体现如下。
（一）钻采机械接触较少，特性抽象
在日常生活中，学生几乎没有机会接触石油钻采机械。日常生活中只能接触到如洗衣机、自行车和汽车等。对于井架、操作平台、柴油机、钻机、钻具、泥浆泵等钻井机械，以及游梁式抽油机、有杆泵、水力活塞泵、电动潜油离心泵、射流泵、振动泵、螺杆泵等采油机械，很多学生没有听说过，更不用说有感性认识。即使在油田一线现场也只能看到设备的外观，看不到设备内部结构，因此这门课十分抽象。
（二）教学手段单一
目前国内各石油院校教授石油钻采机械这门课，基础理论教学时长短，普遍采用课堂多媒体教学，学生仅仅能了解到石油钻采机械内部的平面结构，无法深入了解石油钻采机械内部立体结构，导致教学效果差。课堂上仅仅用文字和图片描述设备外观、内部结构和工作原理，跨学科群的知识点涉及很少。另外，在讲授过程中工程应用的知识点少，缺乏生产一线的实际可操作性。
（三）钻采设备自动化程度高
目前国内外石油钻采设备自动化程度日趋提高，随着AI人工智能运用到钻采机械中，石油钻采机械中“机械”仅仅是骨架，还有许多“肌肉”（相关软件）来支撑，学生需要学习数据结构、数据库、物联网以及自动控制等相关课程来丰富自己的知识结构，以适应新时代石油钻采机械课程的学习。
（四）生产一线见习时间短
由于油田企业安全环保要求高，加之很多设备均在野外运行，学生去生产一线现场近距离接触石油钻采设备的机会少之甚少。
（五）学生缺少工程思想
现在大学生的成长过程中，没有机会接触工程机械，小学、中学阶段一般也只局限于在室内实验室进行实验，没有精力关注工程机械。因而学生普遍缺乏工程思想。
（六）跨学科内容和应用内容极少
石油钻采机械普遍应用在石油工程行业，其他行业应用很少。在以往的石油钻采机械教学过程中，理论教学课时较长，在结构和工作原理等方面花费了太多的课时。具体工程应用的讲授实际偏少，更没有现场实训环节。
（七）课程评价方法单一
目前石油钻采机械课程考核评价方式是笔试。综合成绩是笔试成绩占70%，实验成绩占30%。笔试内容主要为课堂教学的知识点，实验成绩主要依赖实验报告。
二、课程教学实施改革
针对以上石油钻采机械课程教学过程中存在的诸多问题，融合新工科理念，笔者在最近三年多的教学过程中，实行新的石油钻采机械教学方式，教学效果有了较好的提高。主要方法和措施如下。 （一）夯实专业理论体系建设
新工科多学科交叉融合的内涵和特征决定着对课程体系和教学内容的改革是系统性的而不是个体性的[2]。这要求高校工科教育者应该提高政治站位，对石油钻采机械课程培养方案和教学大纲进行修订。任课教师应该准确把握新工科内涵，将石油钻采机械的教学内容融入石油工程专业的教学体系中去，不能孤立成单独的一门课程，需要其他知识来丰富石油钻采机械课程，与其他专业知识建立友好的衔接，并充分考虑到专业发展的必要性。应该在讲授课程过程中，主动补充其他专业与石油钻采机械关联的知识，淡化课程知识体系的边界，将石油钻采機械课程内容拓展到整个石油与天然气课程体系中去。
石油钻采机械在石油与天然气工程专业群中属于专业课，其先修基础课主要是工程力学、工程流体力学、高等数学、线性代数和机械原理等，主要的应用课程为采油工程和钻井工程等。在教学过程中，应将先修基础课程内容加以回顾，从工程力学、工程流体力学、高等数学和机械原理等基础知识自然过渡到石油钻采设备。例如，讲到离心泵的叶轮理论时，不应简单按照课本上的公式去讲解，而应从工程流体力学基础的纳维-斯托克斯方程和伯努利方程出发，将离心泵作为工程流体力学的一个案例进行分析。
（二）提高跨学科领域知识运用
在新工科理念中，石油工程专业课石油钻采机械的课程教学不应该仅仅局限于石油与天然气工程领域范围内，而应广泛吸取其他专业的相关知识，多方面拓展其他学科领域的知识，提高学生在应用知识中的跨学科能力。
石油钻采机械虽然应用在石油工程行业，但其中的泵、吊装机械、减速机和钢结构也广泛应用于其他工业领域，那么在课程中就应该尽量涉及其他领域中类似机械的应用。例如，在医疗领域，人工肾脏透析需要使用血液泵，其与石油工程中使用的泵有很多相似之处，都是通过叶轮旋转在叶轮中心产生真空，从而完成抽吸过程，但血液泵与石油工程中使用的泵又有很多不同，如对血液中红细胞没有剪切作用等。其他学科的相关知识将极大丰富学生的知识面，提高学生学习该课程的兴趣，提高新工科背景下的石油与天然气学科学生综合运用新知识的能力。
（三）改进教学方法，提高学生兴趣
工科教师面对的共同困难是传统工科课程内容单一，导致学生觉得枯燥无味。即使使用“有趣”的案例教学，但限于工科内容的限制，本课程讲授过程中案例单一。在新工科背景下，任课教师应主动出击，猎取其他专业的相关知识点，充实讲课内容，激发学生学习兴趣的同时，还能拓展其他相关的专业知识。
例如，抽油泵工作原理时，由于抽油泵在地下，无法直观地观察到抽油泵的工作原理，此部分内容是石油钻采机械课程极其重要的部分。按照以往方法来讲授这部分内容，学生听课感觉抽象，不能激发学习兴趣，容易造成学生学习的倦怠感。笔者在讲授此部分内容时，课前先分发几只医用一次性注射器，让学生进行抽吸水实验，进而了解容积泵的基本工作原理。然后再将带到课堂的水井提水桶展示给学生看，讲解水井中桶提水的原理，水桶放到水井中，覆盖在桶底的橡皮盖板在水的压力作用下打开，就相当于抽油泵中柱塞下行时游动法尔打开，水桶上提时，在重力作用下橡皮盖板关闭，起到密封作用，相当于抽油泵中柱塞上行，游动法尔关闭。通过这样的讲解使学生迅速理解了抽油泵的工作原理，这样讲授学生会有浓厚的学习兴趣，且会留下深刻的印象。
（四）创新考核手段，拓展创新思维能力
新工科的理念要求现代大学生具备适应新时代的创新和创造能力。石油钻采机械的常规考核方法难以实现学生的创新和创造能力的提高。因此，笔者尝试在常规考核手段中加入创新和创造能力的考核，要求每位学生提出一种抽油泵的创新和改造想法，并将其结构、工作原理和应用方法用文字和图详细说明，有应用价值的想法，笔者指导学生撰写发明专利，该项成绩在期末总评成绩中占20%比例。现代大学生知识面宽，吸收新知识的能力很强，每年都能产生很多有应用价值的想法，近几年都已经申报了发明专利。例如，有学生提出根据采出液的密度大小来选用不同密度材料的凡尔球，在保证低漏失量前提下，延长凡尔球开启时间等。这些创新思路未必能成为真正的创新产品，但可锻炼学生创新能力。
三、总结
本文阐述了在新工科建设背景下石油钻采机械课程进行教学改革应始终以培养创新型、跨学科、具有综合能力和创新精神的卓越人才为教学目标，探索石油钻采机械教学的新模式，提出强化专业内部理论体系建设;提高跨学科领域知识运用;丰富教学资料，提高学生兴趣;改进考核方法，提高创新思维能力的教学思路，获得了较好的教学效果。
参考文献：
[1]国务院.“十三五”国家战略性新兴产业发展规划，2016-11-29.
[2]吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.
◎编辑 王亚青
[关 键 词] 新工科;石油钻采机械;实践教学;跨学科;教学改革
[中图分类号] G642 [文獻标志码] A [文章编号] 2096-0603（2021）36-0220-02
新一轮的科技革命和产业革命对工科教育也提出了新的要求。为主动应对新的时代需求，并支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略，2017年2月以来教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”[1]。
新工科理念要求高校工科教育中，拓展原有对工科的界定，冲破传统工科的专业束缚，要根据新时代油田企业的新需求，广泛接纳其他学科的新知识，积极拓展现有学科的知识面，跨学科交叉，以适应油田企业日益增长的对高科技人才的需求。
在新工科背景下，石油钻采机械作为石油与天然气工程专业的专业课程应抓住机遇，积极进行教学方法和方式的改革，以满足油田企业日益增长的对创新人才的需求。
一、石油钻采机械课程现状分析
钻井和采油是石油工业中十分重要的两个工艺过程。
目前国内外油（气）田广泛使用转盘钻钻机。主要设备有井架、操作平台、柴油机、钻机和钻具等。
目前国内外石油工业中，机械采油设备主要分为有杆泵和无杆泵两大类。有杆泵是动力设备在地面，其带动抽油机的曲柄连杆旋转，曲柄连杆的旋转运动通过驴头带动抽油杆及其柱塞上下运动，进而实现抽油机的抽油工作。无杆泵是在井下将电能转化为泵的机械能，然后泵的机械能再转化为流体的动能，流出井口，不需要借助抽油杆来进行能力传递。无杆泵主要为射流泵等。
通过该课程的学习，学生应该掌握从事石油开采过程所涉及到的石油钻采机械的结构、工作原理和维保等的基本知识，能够解决现场钻采机械复杂工程问题。但是其作为石油与天然气工程类专业课，教学实施过程中存在不少困难。主要有以下几点困难：（1）学生对钻采机械没有感性认识;（2）教学过程手段单一，仅以多媒体形式进行教学，学生对设备的运行动态缺乏深刻认识;（3）现在的钻采设备自动化程度高，学生缺乏相关专业知识;（4）现场见习时间短，学生缺乏对现场设备动态认识;（5）学生缺少工程思想，不能认识到钻采机械在石油工程专业中的重要性。体现如下。
（一）钻采机械接触较少，特性抽象
在日常生活中，学生几乎没有机会接触石油钻采机械。日常生活中只能接触到如洗衣机、自行车和汽车等。对于井架、操作平台、柴油机、钻机、钻具、泥浆泵等钻井机械，以及游梁式抽油机、有杆泵、水力活塞泵、电动潜油离心泵、射流泵、振动泵、螺杆泵等采油机械，很多学生没有听说过，更不用说有感性认识。即使在油田一线现场也只能看到设备的外观，看不到设备内部结构，因此这门课十分抽象。
（二）教学手段单一
目前国内各石油院校教授石油钻采机械这门课，基础理论教学时长短，普遍采用课堂多媒体教学，学生仅仅能了解到石油钻采机械内部的平面结构，无法深入了解石油钻采机械内部立体结构，导致教学效果差。课堂上仅仅用文字和图片描述设备外观、内部结构和工作原理，跨学科群的知识点涉及很少。另外，在讲授过程中工程应用的知识点少，缺乏生产一线的实际可操作性。
（三）钻采设备自动化程度高
目前国内外石油钻采设备自动化程度日趋提高，随着AI人工智能运用到钻采机械中，石油钻采机械中“机械”仅仅是骨架，还有许多“肌肉”（相关软件）来支撑，学生需要学习数据结构、数据库、物联网以及自动控制等相关课程来丰富自己的知识结构，以适应新时代石油钻采机械课程的学习。
（四）生产一线见习时间短
由于油田企业安全环保要求高，加之很多设备均在野外运行，学生去生产一线现场近距离接触石油钻采设备的机会少之甚少。
（五）学生缺少工程思想
现在大学生的成长过程中，没有机会接触工程机械，小学、中学阶段一般也只局限于在室内实验室进行实验，没有精力关注工程机械。因而学生普遍缺乏工程思想。
（六）跨学科内容和应用内容极少
石油钻采机械普遍应用在石油工程行业，其他行业应用很少。在以往的石油钻采机械教学过程中，理论教学课时较长，在结构和工作原理等方面花费了太多的课时。具体工程应用的讲授实际偏少，更没有现场实训环节。
（七）课程评价方法单一
目前石油钻采机械课程考核评价方式是笔试。综合成绩是笔试成绩占70%，实验成绩占30%。笔试内容主要为课堂教学的知识点，实验成绩主要依赖实验报告。
二、课程教学实施改革
针对以上石油钻采机械课程教学过程中存在的诸多问题，融合新工科理念，笔者在最近三年多的教学过程中，实行新的石油钻采机械教学方式，教学效果有了较好的提高。主要方法和措施如下。 （一）夯实专业理论体系建设
新工科多学科交叉融合的内涵和特征决定着对课程体系和教学内容的改革是系统性的而不是个体性的[2]。这要求高校工科教育者应该提高政治站位，对石油钻采机械课程培养方案和教学大纲进行修订。任课教师应该准确把握新工科内涵，将石油钻采机械的教学内容融入石油工程专业的教学体系中去，不能孤立成单独的一门课程，需要其他知识来丰富石油钻采机械课程，与其他专业知识建立友好的衔接，并充分考虑到专业发展的必要性。应该在讲授课程过程中，主动补充其他专业与石油钻采机械关联的知识，淡化课程知识体系的边界，将石油钻采機械课程内容拓展到整个石油与天然气课程体系中去。
石油钻采机械在石油与天然气工程专业群中属于专业课，其先修基础课主要是工程力学、工程流体力学、高等数学、线性代数和机械原理等，主要的应用课程为采油工程和钻井工程等。在教学过程中，应将先修基础课程内容加以回顾，从工程力学、工程流体力学、高等数学和机械原理等基础知识自然过渡到石油钻采设备。例如，讲到离心泵的叶轮理论时，不应简单按照课本上的公式去讲解，而应从工程流体力学基础的纳维-斯托克斯方程和伯努利方程出发，将离心泵作为工程流体力学的一个案例进行分析。
（二）提高跨学科领域知识运用
在新工科理念中，石油工程专业课石油钻采机械的课程教学不应该仅仅局限于石油与天然气工程领域范围内，而应广泛吸取其他专业的相关知识，多方面拓展其他学科领域的知识，提高学生在应用知识中的跨学科能力。
石油钻采机械虽然应用在石油工程行业，但其中的泵、吊装机械、减速机和钢结构也广泛应用于其他工业领域，那么在课程中就应该尽量涉及其他领域中类似机械的应用。例如，在医疗领域，人工肾脏透析需要使用血液泵，其与石油工程中使用的泵有很多相似之处，都是通过叶轮旋转在叶轮中心产生真空，从而完成抽吸过程，但血液泵与石油工程中使用的泵又有很多不同，如对血液中红细胞没有剪切作用等。其他学科的相关知识将极大丰富学生的知识面，提高学生学习该课程的兴趣，提高新工科背景下的石油与天然气学科学生综合运用新知识的能力。
（三）改进教学方法，提高学生兴趣
工科教师面对的共同困难是传统工科课程内容单一，导致学生觉得枯燥无味。即使使用“有趣”的案例教学，但限于工科内容的限制，本课程讲授过程中案例单一。在新工科背景下，任课教师应主动出击，猎取其他专业的相关知识点，充实讲课内容，激发学生学习兴趣的同时，还能拓展其他相关的专业知识。
例如，抽油泵工作原理时，由于抽油泵在地下，无法直观地观察到抽油泵的工作原理，此部分内容是石油钻采机械课程极其重要的部分。按照以往方法来讲授这部分内容，学生听课感觉抽象，不能激发学习兴趣，容易造成学生学习的倦怠感。笔者在讲授此部分内容时，课前先分发几只医用一次性注射器，让学生进行抽吸水实验，进而了解容积泵的基本工作原理。然后再将带到课堂的水井提水桶展示给学生看，讲解水井中桶提水的原理，水桶放到水井中，覆盖在桶底的橡皮盖板在水的压力作用下打开，就相当于抽油泵中柱塞下行时游动法尔打开，水桶上提时，在重力作用下橡皮盖板关闭，起到密封作用，相当于抽油泵中柱塞上行，游动法尔关闭。通过这样的讲解使学生迅速理解了抽油泵的工作原理，这样讲授学生会有浓厚的学习兴趣，且会留下深刻的印象。
（四）创新考核手段，拓展创新思维能力
新工科的理念要求现代大学生具备适应新时代的创新和创造能力。石油钻采机械的常规考核方法难以实现学生的创新和创造能力的提高。因此，笔者尝试在常规考核手段中加入创新和创造能力的考核，要求每位学生提出一种抽油泵的创新和改造想法，并将其结构、工作原理和应用方法用文字和图详细说明，有应用价值的想法，笔者指导学生撰写发明专利，该项成绩在期末总评成绩中占20%比例。现代大学生知识面宽，吸收新知识的能力很强，每年都能产生很多有应用价值的想法，近几年都已经申报了发明专利。例如，有学生提出根据采出液的密度大小来选用不同密度材料的凡尔球，在保证低漏失量前提下，延长凡尔球开启时间等。这些创新思路未必能成为真正的创新产品，但可锻炼学生创新能力。
三、总结
本文阐述了在新工科建设背景下石油钻采机械课程进行教学改革应始终以培养创新型、跨学科、具有综合能力和创新精神的卓越人才为教学目标，探索石油钻采机械教学的新模式，提出强化专业内部理论体系建设;提高跨学科领域知识运用;丰富教学资料，提高学生兴趣;改进考核方法，提高创新思维能力的教学思路，获得了较好的教学效果。
参考文献：
[1]国务院.“十三五”国家战略性新兴产业发展规划，2016-11-29.
[2]吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.
◎编辑 王亚青