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一、引言
作为石油能源消耗大国,我国石油行业十分重要,石油生产行业领域存在专业性强、科技含量高的特点,无论是石油生产管理,还是技术应用都急需专业化人才。因此,石油工程专业已经成为重点特色行业,伴随着教育改革的推进,教师需要对《石油工程导论》进行教学改革,以此提高课堂教学效率,为学生今后的发展奠定基础。
二、旧课程体系下《石油工程导论》教学问题分析
1.传统教学模式无法适应新的专业改革需求。
为了满足社会对石油工程专业应用型人才的需求,教育界对石油工程专业进行了详细的专业划分,将其分成了钻井工程、油藏工程以及采油工程三个部分。不同专业的课程设置存在不同,但教师依然采用传统的“灌输式”教学模式为学生传授知识,学生也在应试教育模式下学习《石油工程导论》内容。随着社会经济的发展与现代化教育改革的推进,传统的课程体系与教学模式已经无法满足石油工程专业改革需求,为了提高专业的适应性,人们不得不重视对《石油工程导论》的教学改革[1]。
2.教学内容过于陈旧。
传统的石油工程专业教学实践中,学校为学生按照毕业后各自从事的专业进行课程设置,导致学生学到的知识不充分,知识面比较窄。不仅如此,学生学习《石油工程导论》时难免面临着知识结构单一的问题,毕业后学生转岗困难,工作适应性比较差。学生毕业之后在经济管理和社会科学方面的知识掌握能力不足,而专业基础课程内容方面过于强调理论体系,对石油工程专业课程的工程性缺乏重视。不仅如此,学生在石油工程专业课程方面,学校为学生设置的课程过于专业,内容偏窄且缺乏整体性,导致学生对知识点的描述能力不足,整体体现为专业教学内容过于陈旧。3.缺乏工程训练。传统的石油工程专业课程实践中,教师过于重视基础理论知识的传授,学生普遍缺乏实践操作经验,且石油工程训练明显不足。长此以往,学生毕业之后缺乏石油工程意识,工程设计能力较弱,无法在工程中综合分析与解决问题,更加无法达到学校提出的石油工程基础训练要求,不利于毕业后的岗位工作发展。
三、石油工程专业《石油工程导论》教学改革实践
1.改进传统教学方式,创建多元化理论教学模式。
传统的石油工程专业教学模式下,教师以讲解《石油工程导论》教材内容为主,这种照本宣科的教学方式已经无法满足教学改革需求,学生学到的知识被限制在书本中。由此可见,学校对石油工程专业的教学改革势在必行,要从教学方式入手,通过多方面的改革形成多元化理论教学模式。以下几点建议可供参考:首先,扎实掌握《石油工程导论》基础理论知识。这些基础性知识是学生了解石油工程专业性质和特点的重要起点,所有专业的学习之初都要掌握基础知识。只有让学生对石油工程专业基础知识有一定的了解,才能够产生学习兴趣,从而更加容易学习后面的内容。其次,教师可以采用视频或者动画教学模式。为学生讲解石油工程专业基础知识时,为了让空洞且复杂的内容生动化、形象化,教师可以采用多媒体教学模式。例如现场石油钻采工艺流程和钻井井下工具受力分析等,教师可以将提前录制好的操作视频,或者从网络中搜集到的实际案例视频播放给学生看,运用视频教学的方式让学生了解该知识点的操作步骤。不仅如此,教师也可以使用动画软件,例如用3DMAX为学生制作出模拟石油开采的场景,按步骤为学生介绍知识点,从而起到身临其境的效果。最后,应用案例教学法提高课堂效果。当石油工程专业教学进行到一定程度的时候,学生对目前学到的知识应用存在疑惑,甚至很多学生不了解这些知识会用在哪里。因此,建议教师采用案例教学法,结合相应的《石油工程导论》理论知识,让学生小组讨论,从而寻找出问题的解决方案。例如,教师在讲解知识点时,可以为学生列举出钻井施工现场存在的事故问题,让学生从作业流程中分析事故原因,从而举一反三,思考如果规避事故,事故发生时应采用什么样的解决方法,从而获得经验,思考更多问题[2]。
2.优化教学内容,提高课堂教学效率。
当前,针对石油工程专业学生开设的课程主要有《石油工程导论》《钻井液工艺原理》以及《油气储层保护技术》等。教师在教学过程中会发现这些课程比较独立,且自成体系,知识点会在各个课程中重复出现,导致学生的学习压力加大,且浪费教师的教学实践。因此,建议进一步优化石油工程专业课程内容,优化《石油工程导论》教学效果,明确石油工程专业的重点内容。面对学生对这方面知识的匮乏,甚至很多学生还没有掌握基础理论知识,建议教师重构课程内容,调整《石油工程导论》教学内容[3]。
3.理论与实际相结合,创新实践教学方式。
要求石油工程专业的学生不仅拥有扎实的理论知识基础,还要拥有足够的工程实践能力,能够将理论与实际综合应用,从而得到该领域工程师的基础操作训练。对此,建议石油工程专业教师创新教学方式,并从以下几方面对学生展开训练:(1)认识实习。该模式也被称为认知实习,学校需要与企业合作,让学生掌握《石油工程导论》基础知识后,深入生产一线进行参观学习,从而强化教材中的知识和内容。针对石油工程专业的课程,例如钻井工程,学生需要掌握各类钻井设备的使用操作和钻井工作流程知识。学校可以与钻井公司或者仪器生产商联系,并达成合作协议,为学生提供经费作为实习经费。也可以聘用生产一线的技术人员为学生进行讲解,让学生在实习的过程中积累工作经验。(2)课程实验。课程实验教学模式可以提高学生的实践操作能力,检验学生是否将石油工程专业理论知识吸收。建议学校为学生建立专业实验教学平台,平台中包含石油工程专业课程设计、模块设计以及实验内容等,尽可能地为学生营造舒适的学习环境。学生在选择实验内容的时候,建议学校为学生放开专业限制,鼓励学生多方面学习,结合学生对石油工程专业训练的需求,以及实验教学的实用性特点。建议将石油工程专业教学课程实验详细划分,不同实验教学采用不同的方法,明确教学目的,引导学生独立完成实验内容,只有这样才能让学生提高学习成绩,提高课堂教学效率。
关键词: 实习; 组织; 体会
笔者参与长江大学大学生油田地质实习, 总共有700 多位资源勘查工程专业的大学高年级学生到江汉采油厂实习。同学们学习兴致很高, 实习认真。在实习中, 许多同学对实习教学提出了很多诚恳的意见和建议。在此基础上, 谈一谈针对现场实习教学如何提高教学效果的体会。
一、让学生尽快熟悉钻采设备
资源勘查工程专业大学生油田地质实习教学所涉及到的采油设备非常多, 如游梁式抽油机、皮带式抽油机、螺杆泵、电潜泵等采油设备。这些设备虽然在性能、结构、工艺上各有优缺点, 但根据不同的条件选用, 都能发挥积极的作用, 例如游梁式抽油机,以其安装方便、调试简单、使用可靠、应用灵活而在大多数的采油井上使用。另外, 还有各种注水设备、输油管线及设备、井下作业及井下管柱。在课堂教学中, 大学生很难接触到这些设备的现场选用原因和应用情况的反馈, 如果任课老师不熟悉, 有的甚至自己都没见过, 就很难保证教学质量。因此, 让大学生熟悉钻采设备是课堂教学的一个很大的补充, 具有重要的意义。在实习组织过程中, 不仅要尽量安排大学生熟悉各种设备的原理、工作流程, 还必须保证人身安全与生产安全。
二、让学生体验真正的油田生活
据调查, 参加油田地质实习的大学生绝大部分都将去油田工作, 他们对熟悉油田生活抱有很大的期望, 具有很高的兴趣。如果把学生安排到一个艰苦的环境中, 让他们体验真正的油田生活, 其感受又将如何呢? 现场实习与课堂教学是完全不同的。第一, 安排实习的工作地点经常变化, 与住宿地点都有较长的路程, 除较远的工作地点安排汽车接送外, 同学们大多数时候都要走几公里路才能到达工作地点, 特别是跟随采油工去巡井的学生, 还得背着仪表和管钳, 特别辛苦。第二, 虽然安排了专门的食堂,仅提供早餐和晚餐, 但过时不候; 中餐安排盒饭或就近由采油队提供简便的餐饮, 学生没有选择的余地。第三, 学生要接受工作环境的考验, 实习时间为开学头四周, 天气正冷, 遇到下雨, 全身被浇个透, 还必须完成实习任务, 接受“三老四严”教育, 即对革命事业, 要当老实人,说老实话, 办老实事; 对待工作, 要有严格的要求, 严密的组织, 严肃的态度, 严明的纪律。 “三老四严”是油田企业文化融会中华民族优秀文化传统最基本、最典型、最生动的概括和总结,它是无法在书本中学到的。事后大多数同学说, 大学四年, 最难忘的就是这一段时间。
三、加强实习基地建设
2007 年初, 江汉采油厂成为长江大学实践教学基地, 实习基地建设成为实习教学效果的重要保证。近两年来, 江汉采油厂对原有用于职工培训的采油工具实习基地、采油井口实习中心、采油集输系统实习基地都有所投入, 对教学条件、用水、用电及其他教学、生活设施进行了改造, 同时加紧对新的实习基地的建设, 这些实习基地全部对大学生开放。为了取得最好的实习教学效果, 江汉采油厂按学校的要求选派了有丰富经验和较高业务水平的技术人员负责教学工作, 教学内容包括采油工艺、采油地质、采油动态分析、钻井地质、油气集输工艺等。我们还将采油厂自导自拍的8 集采油技术系列电视教学片用于大学生的实习教学, 收到了良好的效果。为了保证大学生的人身安全和油田生产安全, 我们还安排专人负责采油井场、集输油站、联合站、作业井井场的安全教育与安全监督。
四、实习教学方法探讨
( 一) 实习教学应结合生产任务
油田生产任务繁重, 经济指标深入到油田生产的各个方面, 如何将大学生的实习行为纳入到油田生产管理中并产生一定的经济效益, 对采油厂或学校来说都是一件非常有意义的事情。对于资源勘查专业高年级大学生来说, 油田地质实习完全可以向本专业相关的市场靠拢, 教和学完全可以放到经济建设的行为中, 带着工程任务进行实习, 让师生们的利益与实习密切相关。如果工地就是课堂, 劳动就是学习, 大学生在油田学到专业知识的同时, 还练就一身不怕吃苦的本领, 生产任务结束后还能获得一份较满意的收入, 这种干、教、学相互有机结合的教学方法一定会受到师生们的欢迎, 同时也会受到油田的欢迎。
( 二) 给学生更多的自
油田地质条件复杂, 对参加实习的学生来讲, 要完成实习任务是有一定难度的, 除了对地质问题、采油工艺有必要的认识之外, 很大一部分就是对地质思维的领悟。在油田动态分析教学环节中, 刚开始时, 同学们总是普遍反映迷雾一片, 如果经过一段时间的思考,随着认识的深入往往迷雾逐渐被拨开, 对地下地质现象有了基本的了解, 同学们的地质思维能力也得到提高。这种提高是实习的主要目的。大学生的工作能力正是在这一次次的提高中得到了质的飞跃。如果在实习过程中给学生更多的自,相信将取得更好的实习效果。现阶段的现场教学采取了以油田技术人员言传身教为主, 学校专业教师理论解析为辅的办法,教学过程还没有真正全面坚持以学生为主体、激发学生独立思考、培养学生发现问题解决问题为目的的教学方式, 实习教学整体效果有待提高。给学生更多的主动权, 应采取启发式教学, 即:教师首先依据实习地点的实习内容和要求, 向学生提出一系列的问题; 其次是让学生独立思考、分析问题; 然后由教师组织讨论、自由发言、鼓励争论、解决问题; 最后由教师作总结发言, 或提出新的问题。其中讨论问题或争论问题很重要。教师应重视学生有理有据的争论, 启发学生进行科学的思考和分析, 并鼓励学生提出有创意的新认识; 同时还要求学生做好总结, 通过总结加深印象, 加深理解, 并为下一步实习打好基础。
( 三) 应加强实习教学考试管理
无论是课堂教学还是实习教学, 考试都是一个重要的环节, 起着督促学生、检查教师、验收教学质量的作用。抓好实习教学考试这一环节, 不仅是对大学教学水平的检验, 同时对江汉采油厂来说, 也是一次业务水平的检阅。对学生实习成绩的评定不仅仅是学校专业教师的事, 也应该是现场指导老师的事。学校专业教师对地质认识内容把关, 现场指导老师对采油工艺技术把关, 两者互为补充, 相得益彰。建议将采油厂现场指导老师的意见纳入到对学
生实习考核的指标体系中, 以便提高大学生培养质量, 提高实习教学管理水平。
(四)在地质实习中培养学生的观察能力。
在地质实习中应该明确观察的目的, 引导学生定向观察,如果教师不强调每次路线的目的, 学生很容易变成看热闹,每条路线上观察的目的点明了, 就能把学生的注意力一下子吸引到主要问题上来, 取得较理想的效果。指导学生重点观察,不同的地质现象需要观察的重点不同。因此, 每条观察路线, 我们都注意训练学生掌握重点观察的能力。学生在明确了观察目的以后, 按照一定的观察顺序, 就可根据认识不同地质现象的关键所在, 分析和认识不同的地质现象。
五 结论
野外地质实习是一个丰富且生动的课堂,对于一名石油专业的学生是很重要的,因此探究高校的石油地质实习的新模式是非常重要的,也是切实可行的.
参考文献:
[1] 张光明. 石油工程专业人才培养模式研究与实践[ J] . 中国地质教育, 2000( 2) .
第二天早上我在黄师傅的带领下来到生产区.我们先在生产甲板检查了一些阀门后,来到二级分离器,脱水器和脱盐器的顶部查看压力表,由于检查压力表的任务很重要,黄师傅检查的很仔细,刚检查了一半,我们的工作服就已经全部汗湿了,但我们谁都没有想休息的意思,在一口气喝完一瓶矿泉水后,我们坚持把所有的压力表都检查了一遍.黄师傅告诉我们,由于工作环境的特殊性,需要大量补充水分,所以,矿泉水都随身带着.接下来,黄师傅还带我检验油样,测定原油的含水率.在黄师傅的带领下,我还亲自操作了一把,最后测定,输送出去的原油含水率仅为0.2%.
一天的实习时间不知不觉就过去了,在走之前,我们和每一位师傅都合影留念.临行前,师傅们说,好好努力,争取来海油工作,海油欢迎你们!
2007年8月30日星期四晴
上午我们在康菲公司机房进行海上健康,环保及安全基础知识培训.在仔细观看两个多小时的视频资料后,我们参加了安全知识电子试卷测试,最后通过并获得了安全知识合格证书.
下午,我们参加了由钻井作业部经理薛经理主讲的培训.薛经理从西江油田的勘探讲到开发,从西江油田的第一口井讲到8063米的世界记录,从最早的刚性腿座架支撑的钻井平台讲到现在最先进的自升式平台.对培训过程中不懂的地方,在场的培训人员都及时向薛经理请教,她们中有很多都是非石油工程专业的,但所提的问题都很专业,这让我很惊讶,这种现象我在其他很多地方都没有看见过,这说明,康菲员工都
很优秀,都在不断追求进步.
培训完毕后,人事部经理岑经理给我们召开了简短的座谈会.会上,大家彼此交流了此次实习的感受,都感觉此次实习收获很大,都表示,回去后,一定要好好改正实习中发现自身存在的缺点.最后,岑经理做了总结,她说,此次实习是为了进一步推进公司与长江大学之间的校企合作,同时也给实习生提供一个了解康菲的平台,公司为了此次实习能够取得理想的效果,已经尽力将公司最好的一面展示给实习生,而长江大学的学生用自己的行动证明了这次实习是相当成功,希望与长江大学的合作能够持续下去.会后,公司为我们每位实习生赠送了一份精美的礼品.我们向负责我们这次实习的曾小姐表示了真诚的感谢和祝福,并在康菲公司大楼合影留念.到此为止,我们此次实习的活动内容就全部结束了.8月31日下午,我们乘火车返校.
关键词:青年 培养 成长
大庆炼油厂党委将人才培养作为一项重要任务,明确了“建设炼油人才培养中心、建设合格工程师培养基地”的人才工作目标和实施人才工程具体步骤,为推动炼油厂生产快速发展提供了保证人才保障。
一、炼油厂青年员工的现状及成长规律分析
从2004年开始,炼油厂每年为生产一线分配30多名新员工,大大改善了炼油厂员工队伍知识结构和年龄结构,缓解了生产一线人员短缺与炼油厂跨越式发展、工作量大幅增加矛盾,同时对炼油厂人才队伍的发展稳定和创新能力提高起到重要作用。
为了解青年员工的思想动态、以及未来的发展目标和努力方向,新员工在炼油厂工作满一年后,都要进行职业生涯设计。经过职业生涯设计的整理,发现大部分青年员工都想尽快融入炼油厂工作氛围,具以下特征:
(一)具有突出的创新能力。青年员工具备创造潜力和创造锐气。很难满足于简单重复性工作,而热衷于充分发挥个人的资质和灵感,挑战具有创造性的任务并力求取得完美的结果。
(二)具有一定的工作自主性。青年员工是追求个性化、多样化和创新精神的群体,更强调工作中的自我引导和自我管理,在工作中常常会体现出一定的自主性。
(三)具有知识更新的强烈欲望。青年员工最大价值在于拥有知识,强烈希望增加继续教育的机会,不断进行知识更新。
(四)关心文化氛围和环境。青年员工崇尚理想、具有强烈的事业心和责任心,渴望拥有充满学术自由和民主,尊重个性,宽容失败的文化氛围和宽松和谐、竞争合作、健康向上的科研环境。
为使青年员工能够快速成长、成才,炼油厂从多方面入手,为青年员工提供广阔的发展空间和发挥才干的舞台。坚持在思想品德上教育,要有较高的思想政治素质,要有强烈敬业精神,有强烈事业心和责任感;要树立正确价值观,要靠努力赢得事业、靠能力谋求发展、靠贡献赢得回报。同时,培养青年员工良好的团结协作精神,重视青年员工的物质方面及精神方面的需求,尊重他们的个性化特点,不单纯地按照传统的人才标准来衡量人才。
二、加强青年工作的领导,为青年员工成长提供组织保障
炼油厂在人才引进、培养和使用上通过业绩激励、专项奖激励津贴等方式不断激励和约束青年员工,涌现出了一批又一批优秀青年人才,他们影响和带动了一大批青年专业技术人员积极地投身到炼油厂生产中,起到了很好的先锋模范作用。
三、以“导师带徒”活动为载体,建立新员工培养体系和机制,推动青年员工成长成才
人才培养是一项系统工程,必须抓住关键环节,全员行动、双向互动。只要紧紧抓住以“导师带徒”的方式,就能抓住骨干力量,引导和激发全员学技成才、力争上游的积极性、主动性。炼油厂经过几年的探索和实践,已经形成了一整套完善的对青年员工尤其是新员工的培养管理机制。
1、以先进的新员工培养机制作保障
新员工培养机制的内涵主要体现在三个方面,即集中管理、分散培养、统一考核。对新员工的石油工业上游、所从事专业及现场三个过程实习、锻炼内容及时间要求做出了明确规定,从而使他们尽快成为一名合格的岗位员工。
2、细化新员工管理工作,促使新员工早日成才
(1)大力推行导师制。在新员工实习锻炼期,新员工可以根据自己的专业情况,选择一个主要导师,导师可以根据新员工具体情况,制定各阶段的实习计划,根据新员工考核情况兑现导师津贴;形成从上到下全员重视的氛围。
(2)强化现场实习。为了使新员工全面了解现场工作,与生产紧密结合,安排所有新员工先进行半年左右专业实习,与相关单位签订新员工培养合同,邀请一线生产岗位经验丰富人员进行石油工业上游知识培训,聘请生产一线业务骨干作为现场导师,负责新员工的现场管理和考核,提高了新员工现场实习针对性,增强新员工实习效果。
强化现场实践使员工明白炼油厂整个开发生产过程。拓宽了知识面,清楚了自己以后工作在石油工业中所起作用。
(3)着力培养新员工实践能力和创新能力。实习锻炼期结束,由各单位进行实践能力考核,实习期内完成的工作及成果认识、实习体会和建议进行全面深入总结。
(4)以人为本,推行双向选择,强化新员工考核。新员工分实习锻炼期间,由用人单位确定新员工锻炼实习诸多阶段,从而使新员工根据考核大纲针对自己存在不足,逐渐提升自己专业技术能力。青年员工可根据自身条件、业务及个人发展规划提出发展诉求,单位结合全厂实际情况充分考虑、适当安排,充分调动青年员工工作热情。
四、以活动促青年人展示生命活力与工作激情
炼油厂开展了丰富多彩的业务评比活动和思想教育活动,不断促进青年人提升和思想素质全面协调发展。
1、每年组织青年创新创效活动,号召青年员工围绕目标,以增产创效为目的,大力开展竞赛活动。此项活动的开展有效的调动了青年人创新创效积极性。
2、开展多种形式的交流活动。开展技术交流、沙龙等形式活动,受到了青年员工广泛欢迎,增加了青年职工学习专业知识机会,也开辟出了一种积极向上的健身和交流方式,深受广大青年员工喜爱。
3、积极开展读书系列活动。为使员工树立起强烈的责任意识和积极进取的工作激情,每年都组织读书交流、演讲比赛、辩论赛等活动,青年员工沟通能力、演讲水平、团队协作精神明显提升。
4、开展杰出青年评选活动。表彰和宣传作出突出业绩和贡献的青年典型,组织评选十大杰出青年,多名优秀青年获得此荣誉,形成了争先创优的良好氛围。
(1)实验场所建设不在乎大,在乎设计合理,安全措施细致。(2)实验设备不在乎台套数多,在乎工程能力的训练和企业行业需求的接轨。同时要注重硬件资源共享平台的搭建和软件技术的运用。(3)注重调动工业企业及行业参与高校实践教学的积极性,增强高校与他们之间的长期合作,注重企业参与实验教学设备后续研发、相关实验课程教材和考核体系的建设以及课程教学工作。(4)完善研究生在本科教学中的助学助教体制。将研究生奖学金制度与助教聘任制度紧密结合,加大奖学金发放力度,①解决部分贫困学生继续深造的物质需求,使研究生有意愿参与和做好助教工作,在实验教学中发挥重要作用的同时,提高自己实践能力;②解决实验室专职人员不足的现状。(5)进一步完善实验课程考核和教学效果评价体系。考核方法要体现公平性和科学性,考核内容注重操作技能、知识体系。教学效果评价要发挥学生的主体作用,评价内容细致,评价实施过程科学,避免学生和教师之间的利益互换。将实验教学效果评价融入到教师业绩测评中,提高教师对实验教学的重视程度。
2毕业设计
2.1TAMU工程学院毕业设计特点
毕业设计是教学过程的最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节。通过毕业设计,能使学生综合应用所学的各种理论知识和技能,进行全面、系统、严格地技术及基本能力练习。作为一门必修课程,毕业设计深受TAMU大学工程学院老师和学生的重视和喜爱,在这门课程进行中,老师可以将自己很多实际科研项目和科研预研项目形成课题给学生,而学生则可以在学校资助下通过团队形式迎接各种工程设计和制作的挑战。总结TAMU工程学院本科生毕业设计有如下几个特点[8-9]:(1)毕业设计教学组织与指导。在TAMU工程学院,毕业设计作为一门必修课程通常对大学四年级,即将毕业的学生开出。但不同的系对课程的开出时间和课程学时长短有不同的要求。如计算机科学与工程学院,针对学生春季毕业和秋季毕业的不同,毕业设计通常1年开出2次,分别在1月和8月,每次总学时16周,即4个月。而电子和电气工程系,毕业设计则实行一门课分2个学期开出,学生需要连续选课,总学时近32周,即8个月。期间学生也修读其他的课程。毕业设计通常以专业为单位,每个专业由1名教师统一指导。系里每位老师都有机会轮流带领毕业设计,在毕业设计开出前一个学期,教师就已经知道自己带领毕业设计的时间和大概人数,开始着手准备毕业设计题目。同时,每位教师都有1名研究生助教协助进行毕业设计课题准备和指导工作。(2)毕业设计选题。毕业设计题目大都来源于指导教师的科研项目,但也允许其他教师课题参与。根据学生情况和专业特点,设计出多于学生数量的题目供学生选择。对比于我国高校实行的的毕业设计1人1题做法不同,TAMU毕业设计的题目确定后,通常学生组成3~4人的团队进行课题。毕业设计团队分工明确,经常流,还组织定期的讨论会,这很好促进了学生团队协作能力的形成。课题结束时,每个人都要有自己的设计报告、研究数据、研究结论等。(3)毕业设计考核。尽管毕业设计得到教师和学生的高度重视,课程本身也很重要,但与我国高校教师组成答辩小组进行毕业设计的答辩考核形式不同,TAMU工程学院毕业设计一般采取日常测评、指导教师综合评定和学生互评的考核方式。日常测评由指导教师和研究生助教共同完成,测评点主要包括:课题准备、课题调研、资料查询、课题阶段性进展、问题解决能力、实验和工程能力、团队配合能力等,学生毕业设计的每一个细节都是考核内容。综合评定则主要对毕业设计的作品进行评析,包括:实验数据、实验方法、难点解决、报告撰写、作品创新性等。学生互评则主要使毕业设计团队内部的学生,对自己和他人在毕业设计过程中表现给以评价,包括:责任心、主动性、协作性、沟通力等。最后结合日常测评、综合评定和学生互评给出最终成绩。(4)毕业设计条件与经费。在TAMU工程学院,学生毕业设计主要场所一般在系里公共实验教学场地,但由于TAMU的学生公共使用场所,如公用教室、公用研究场地、公用计算机等非常普及、因此学生可以在其他场所进行作品的制作和调试,但需要在规定时间(一般每个星期1次)进行课题进展汇报。毕业设计经费一般由学院直接下拨,通常一个研究课题经费在1000~2000美元不等,不足部分,教师和学生自行解决,一般可以通过教师科研经费和申请企业赞助,获得其他必要的开发和测试设备。
2.2对我国高校工程类专业毕业设计启示
[10-11](1)改变毕业设计在大四最后学期集中开出的现状,将毕业设计开出时间提前,穿插到其他课程进行中开出,适当延长总的时间长度,由此,避免学生由于考研、找工作等长时间缺席造成毕业设计走过场。(2)鼓励教师科研课题作为毕业设计题目,提高教师对指导毕业设计的积极性和重视程度,同时发挥研究生助教的重要作用。(3)建立完善、灵活多样的毕业设计考核办法,促进考核测评点全面、具体、科学、合理。(4)以学生为本,增强学生在毕业设计中的自,如:选择导师、选择题目、经费使用、团队组建、成绩互评等,使学生通过毕业设计提高多方面能力。(5)鼓励企业和用人单位参与高校毕业设计的资源赞助、题目的给出和确定。提高该环节在企业招聘考核中的重要地位。
3实习
3.1TAMU工程学院实习特点
[12-13]高校学生实习是企业或事业单位给学生提供一个短期的工作机会,使学生可以在其所学的相关领域中获取工作经验,进而可以确定其今后所感兴趣的职业方向。与我国高校的实习要求不同,美国大部分高校对实习都没有硬性规定,TAMU工程学院也是如此,但这并不意味着学生都不实习,相反,他们的实习更具特色性和实用性。(1)灵活的实习制度。在TAMU大学工程学院,不同的系对实习有不同的规定。如计算机学院就没有实习计划,但学生在假期可以自行联系单位,申请实习;而石油系就有实习计划,即系里与某些石油生产或相关制造企业长期保持合作关系,如SHELL石油公司,BP石油公司等,这些企业每年都会提供系里一些实习岗位,系里也可以组织学生团到这些企业参观实习;工业工程系则与某些测试技术公司,核应用公司保持长期合作。总之,TAMU大学工程学院的实习是“因需而定、三方互利”,即学生通过实习能获得企业工作经验和一定的报酬;企业通过接纳实习学生,减少劳动力成本,培养后备人才,提高企业知名度;学校通过实习扩大学生就业渠道,建立校企长期合作关系,为潜在的科研来源和生源来源做好储备。(2)实习具体形式。在我国高校,虽然实习是必修课程,经费投入也不算少,但缺乏实质性内容,使实习更类似于参观。TAMU大学工程学院设有实习内容的系,其实习形式多样化,也有具体的内容。计算机系学生一般在二年级开始就有自己的实习计划了,通常会联系像GOOGLE等需要计算机技能的企业,根据自身情况可申请免薪或带薪实习计划,通常本科生在这样公司拿到带薪实习的机会比较少。一旦申请成功后,会利用5~8月暑假期间实习。实习期间,公司会安排具体任务,除此之外,通常也会做些联系工作,但不管怎样,对学生综合能力的提高都有绝对好处。石油系学生的实习内容更丰富一些,这也与该州的石油工业发达有直接关系,学生一般可以比较容易申请在各大石油公司的带薪实习岗位,根据岗位不同,与公司正式职员一样工作,通常公司会有专门人员指导。系里每学期会组织若干次到企业参观实习的活动,每次一般1天,地点就近原则,在专业人员安排下,参观石油钻井设备的生产、安装和使用过程,学生会选择最感兴趣的内容与技术人员现场交流和学习。(3)实习保障条件。尽管在TAMU大学工程学院,实习不都是必须的,但不论是学校还是企业都对学生实习有相关的保障政策。学校设有学生就业指导中心,帮助有意通过实习加深专业理解、增长见识、了解社会的学生,寻找实习机会,通过请教师、校友或企业单位举办讲座指导学生如何撰写简历、提高面试技巧;通过联系校友或企业带来实习岗位保障实习岗位的数量;通过专题培训提高学生实习过程中的安全和法律知识等。系里制定相应的实习规范和学分要求。企业有严格的安全保障制度、雇员薪金制度、保险制度等确保学生实习期间的安全和利益。
3.2对我国高校工程类专业学生实习启示
[14-15](1)改变学生实习的硬性规定,结合学生、企业和学校需求以及专业发展特点,制定灵活实习制度,即:内容灵活、时间灵活。(2)以院系为单位,建立实习指导中心,通过讲座、培训等提高学生申请实习岗位技能,同时建立与企业单位的合作关系,获得充足的实习岗位。(3)学校和企业要联合出台学生实习各种保障制度,如实习岗位申请、实习学分、安全管理、保险、薪金制度等。(4)学校和企业要联合确定实习的实质性内容,从学生专业技能和软能力的提高和培训确定实习内容,避免走过场。(5)高校要促进国家出台激励企业单位积极参与高校学生实践教学的相关政策,如减免税政策等,实现人才培养与企业效益双赢。
4结语
【关键词】普及 协同创新 大学生创业 体验式学习
当前,教育部、财政部联合决定实施“高等学校创新能力提升计划”(2011计划),提出了协同创新的观点,其核心是培养协同创新人才。培养大学生协同创新能力对于实现政产学研协同创新战略以及建设创新型国家具有重要意义,是否具备创新创业实践能力已经被认定是衡量大学生综合素质的一个重要标准。据调查,大学生创业成功率在全世界为20%,在中国成功率不足3%,2013年中国大学毕业生中自主创业的学生比例仅为1.8%。高等教育对创新创业教育重视程度不够,创新创业教育模式缺乏科学性和先进性等问题凸显。
燕山大学推出的“海燕计划”(着眼于“回归工程”的办学理念,用“学研产互动”的办学特色全面提升创新型人才的培养计划)与协同创新思想相切合,以车辆与能源学院为试点单位,尝试实施了“创新创业教育五步规划”:第一,推动全员普及创新创业教育目标实现;第二,组建大学生科技创新创业团队;第三,将科技成果孵化成功创业;第四,科学管理大学生创新创业团队;第五,总体监管控制及规划发展方向。(如图1所示)
图1:创新创业教育整体思路规划图
普及创新创业教育:推出“全员参研科创活动计划”方案
普及教育是创新创业教育模式的基础环节,工作重心应放在激发大学生创新意识,加深对创新创业的理解的养成教育上。“全员参研科创活动计划”主体对象是三年级以下本科学生,以2~3名学生为基本单位,组成科技小组,并报学院创新创业办公室(承担大学生创新创业服务和管理职能)备案,班级导师(每个本科生班级配备一名专业教师)担任指导教师,辅导员负责组织、协调和监督。活动要求大学生每学年至少参与一项科技创新竞赛。学生参与科技活动的情况,学院将在班级考核系统和个人综合测评中予以考核鉴定。
“全员参研科创活动计划”主要以车辆与能源学院“超越杯”大学生课外科技制作大赛为基础参赛载体,重点参加如“挑战杯”全国大学生科技学术竞赛、大学生创业计划大赛、国家创新性实验计划项目等一系列国家、省市大型大学生科创竞赛。
“全员参研科技创新活动计划”充分整合了专业教师、实验室、社会资源等力量,在全院上下营造了浓厚的“学生联系导师搞研发,导师带领学生做课题”科研氛围。
科技创新专业团队建设:组建四个大学生科技创新工作室
组建科创团队协同发展是创新创业教育的关键环节。学院团委大学生科技协会组建了“大学生科技创新工作室”,其下设“赛车研发工作室”、“热能科创工作室”、“石油科创工作室”、“维修中心”。四个团队覆盖了车辆与能源学院四个专业。这些团队的组织管理模式效仿社会企事业单位研发部门,成立了相应的组织机构。
大学生科技协会主要职能是管理和服务“大学生科技创新工作室”,承担学校学院多个科技赛事的宣传动员、组织申报、联系导师、评审筛选、汇总报奖等综合性质的工作。
“赛车研发工作室”(主要成员是车辆工程与交通运输专业学生)组建了“燕翔车队”以全国大学生汽车大赛为主要参赛平台。2010、2011、2012年连续参加了三届全国大学生方程式汽车大赛,分别获得了全国第14名,第10名,第8名的好成绩。
“热能科创工作室”(主要成员是能源与动力工程专业学生)以全国大学生节能减排大赛为主要参赛载体。选送参加教育部高等教育司主办的第三届“全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛”的学生作品,在全国2000余份作品中以总分第四名成绩入围决赛。
“石油科创工作室”(主要成员是石油工程专业学生)以全国石油工程设计大赛为主要参赛依托,在2011、2012、2013三年全国石油工程设计大赛中,燕山大学石油科创工作室率队参加比赛获得一二三等奖,成功参赛奖等多项大奖。
“维修中心”(以各个专业动手能力强,有维修经验和特长的学生组成)成立宗旨是服务于学生,主要负责解决广大学生日常生活用品(如电脑、手机、插线板、充电器、随身听等)的维修,一方面为广大学生排忧解难,另一方面可以锻炼维修中心成员的动手解决实际问题的能力。
组建“大学生科技创新工作室”开展专业科技活动,一方面,让学生更好地通过理论与实践相结合的方式,辅助提升第一课堂教学质量。另一方面,提高了学生创新思维能力,促进了团队协作精神的养成。
学院每个学期都会分阶段邀请专家教师培训网络科技查新方面的知识,以提升大学生科技创新的本领。鼓励并促进科创团队与其他学院的合作和交流,使知识和科研资源能够达到共享,实现了大学生创新创业团队组建并联式、跨越式的发展。
科技成果孵化创业:成功注册两家大学生创业公司
2011年5月28日,车辆与能源学院与燕山大学科技园携手,正式挂牌“车辆与能源学院大学生科技创业孵化基地”。“燕翔汽车零部件工作室”和“燕奇电子科技工作室”成为基地首批孵化的两家大学生创业实体公司,实现了在秦皇岛市工商局一元成功注册。这两家大学生创业公司相继被中央电视台、河北经济日报、秦皇岛电视台、秦皇岛电台和“长城网”等媒体采访报道。
目前,“燕翔汽车零部件工作室”将运营方向放在小型儿童娱乐性赛车的研制上。“燕奇电子科技工作室”的成果“热释电公共节能开关”申报了国家实用新型专利一项,在国家大学生创新性实验计划中成功立项,公司参加第八届“挑战杯”复星中国大学生创业计划竞赛获铜奖,参加“挑战杯”河北省大学生创业计划大赛获特等奖。
创业公司的帮扶与管理:发挥榜样引领功能
制定汇报总结及参观制度。大学生创新创业办公室要求公司相关负责人定期向学院汇报总结公司发展现状,及时帮助创业公司发现问题和解决问题。安排公司负责人带领各年级大学生与会者参观公司实验室和研发产品。
组织创业公司经验交流座谈会。办公室每个学期都会组织学校各大学生创业公司负责人集中座谈,促进了合作,加强了交流,起到了专业学科间的互通有无、相互辅助的作用。
学习企业管理基础知识,职场准备拓展训练。办公室专门组织创业公司学习企业管理、市场营销等课程。专门安排了体验式学习(素质拓展训练)培训课程。让学生接受“体验—分享—反思—总结—应用”的培训,实现激发个人创新潜能、增强团队协作意识、克服心理障碍等综合素质提高的目标。
聘请专家讲座。学院根据大学生创新创业教育的需求,聘请教授专家、知名企业家、校友成功人士做科技创新和创业教育方面的专门培训讲座。办公室还定期精选创业教育影视资料组织学生观摩学习。
总体监管控制及规划发展方向:坚持可持续发展观
挖掘新项目,重点孵化。创新创业办公室应对大学生科创项目进行提炼和筛选,确定重点孵化的大学生创业项目,加大对优秀项目的扶持力度,强化优秀师生的普及参与性,创造吸引科创人才奖励平台,孵化出新的大学生创业公司。
在技术和资金方面的帮扶。对于大学生创业过程中会遇到的知识技术欠缺和资金匮乏等困难,办公室一方面为创业大学生联系专业教师进行技术指导,另一方面联系一些企业单位,通过技术转让、资金援助等合作形式,使创新创业的公司更好地发展。
提高团队协同创新的水平。加强对外合作与交流,汲取先进院校成功经验,促成“政产学研”协同发展。为科创团队提供必要的设备和经济支持,不断提升科创团队的管理水平和创新能力,保证科创团队的可持续发展。
关键词:C语言程序设计;卓越计划;计算思维;教学实践;创新;研究型;工程能力
0.引言
2010年我国教育部联合其他有关部委,共同制定了“卓越计划”的培养目标及实施方案,其目的是加速我国由工程教育大国向工程教育强国的转变。为贯彻落实“卓越计划”及《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》的有关精神,培养学生创新意识和自主学习能力,中国石油大学(北京)从2010级开始,在石油工程、地质工程、化学工程等专业中新增了两种重要的人才培养模式:创新班和卓越班。其目的是尝试进行研讨式、交流式小班授课,通过大量的课堂互动,强化学生的实习、设计和实践能力。C语言程序设计作为学校的一门重要公共基础课,在石油专业的本科教学中占有重要地位。由于学生在学习该课程之前,缺乏严格的程序设计训练,传统的教学模式也由于缺少有效的沟通而无法激发学生的学习兴趣,导致学生的抽象思维能力和动手实践能力都出现一些问题。为了适应石油行业发展对高素质人才多样化的需求和贯彻研究型教学的要求,有必要针对创新班和卓越班学生的特点,制订出更加切实可行的研究型的C语言程序设计教学内容和实践方案。
1.课程教学存在的问题
传统的C语言程序设计教学存在以下问题:
1)教育模式单一。
C语言概念多,应用灵活,传统的教学方法注重讲解C语言的基本语法,教师所选编程实例大多用于语法规则的验证和说明,学生很难将所掌握的理论知识应用到实践中。
2)缺乏计算思维。
石油专业学生对计算机课程的学习方法还不太适应。由于学生编程的逻辑思维方法还没有形成,很难正确理解计算机学科的基础概念,更不要说灵活运用各种思想、方法和技术解决实际能源行业的问题了。
3)师生之间缺乏实时沟通平台与手段。
师生交流多局限在课堂上围绕课程进行,对学生在课后的学习和实践缺乏有效指导。学生遇到问题不能及时解决会严重影响学习进度,甚至影响学习的积极性。
4)课堂教学与专业背景脱节。
石油行业各相关专业的教育对信息技术的要求越来越高,而行业内不同专业之间对信息基础教育的需求又存在着较大的差异。作为大学公共基础课程的C语言程序设计是一门理论性和实践性很强的课程,如何适应石油行业内各类专业要求,做到与专业背景尽可能“无缝连接”,是亟待解决的特殊课题。
针对上述问题,如何培养石油专业学生将计算机科学知识运用到专业实践中去?需要我们在教学中将理论与学生专业背景相融合,让学生结合专业知识加深对语言功能的理解,使他们真正体会到该课程是为专业实践服务的。由于计算机在石油科技中的应用范围十分广泛,几乎涉及石油科技领域的各个方面,作为石油专业本科生的C语言程序设计课程就必须涉及这些内容。因此,在理论和实验课中如何联系实际,激发石油专业学生的学习兴趣,是教学改革的一个重点。同时,如何培养学生的计算思维,使他们将这种思维有效地运用在专业实践中,也成为教学内容改革的指南和研究重点。
2.确立C语言教学主线
C语言基础是语法,学生只有掌握了必要的语法知识,才能进行后续算法的学习。面对繁杂的C语言语法知识,教师如能将各章节的知识点串联起来,形成一个“教学主线”,再配合计算机的内存变化,就可以帮助学生理解和记忆各知识点。因此,“教学主线”是纲,紧紧抓住“内存变化”这个主要矛盾,就可以达到“纲举目张”效果。
C语言的核心内容有三个:数组、指针和函数。因此,在教学中只要抓住“数组一函数一指针”这条主线,通过示意图描述数据在内存中的存储和变化,就可以将纷繁的知识点化简规约,从而形成清晰的知识脉络。数组是具有相同数据类型的变量的集合。函数在程序设计过程中的主要任务是可以分解成多个功能独立的模块来实现,这体现了“分而治之”的思想。函数的参数可以是普通变量、数组名或指针变量。当在函数间传递数字或字符的集合时可以采用数组名或指针变量作为函数参数进行地址传递,这样实参与形参组合形式可以表达为:
①实参(数组)——形参(数组);
②实参(数组)——形参(指针);
③实参(指针)——形参(数组);
④实参(指针)——形参(指针)。
通过编写经典的交换数据函数Swap就可以将函数调用以及数组和指针变量的4种组合形式联合起来。
C语言最大的特点是程序能够直接对内存地址进行操作。而对内存的操作主要是通过变量来实现的,变量代表了内存中具有特定属性的一个存储单元,用来存放程序运行期间的数据,即变量的值。要正确推算到程序运行的结果,就必须掌握程序运行过程中内存空间值的演变过程,即变量值的变化过程。为此,我们在教学中采用样例程序(如图1所示)结合变量内存空间分配(如表1所示)的方式讲述变量在内存中的变化状态,取得了较好的教学效果。
3.丰富教学方法与手段
德国教育学家第斯多惠曾说过:“教学的艺术不在于传授本领,而在于激励、呼唤和鼓舞。”基于“卓越计划”的学生创新意识和自主学习能力的培养需经过一个长期的训练过程。创新班和卓越班提供了一种探究式人才培养模式,其特点是促进人才培养模式由以课本和课堂为中心转向以学习和学生为中心。在教学过程中,教师除了讲授基本知识和程序设计方法外,更要注重培养学生的计算思维。在教学中如何引导学生的学习兴趣,实现由“学会”到“会学”的转变,是创新班和卓越班教学改革的主要目的。为此,我们采取以下几方面措施。
3.1注重启发引导
创新班和卓越班的教学目标应从注重知识传授转到注重智能的培养上来。在讲授具体的知识点时,要注意加强前后知识的连贯性,对重点、难点问题要举一反三,从多角度、多侧面去阐述,将知识点扩展为知识面,扩大学生的思维空间。在此过程中,计算思维的培养是核心问题。通过多提问、鼓励一题多解等措施,启发学生运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计信息系统,并在此基础上促使他们了解信息技术在能源领域的广泛应用,为将来创新性地解决石油行业问题奠定基础。
3.2实行导师制
创新班和卓越班实行导师引导式培养方式,教师和学生实行双向选择,学生根据所在专业教师的研究方向和特点选择相应的指导教师,指导老师也可以根据学生的能力和素养指定所带学生。指导教师按照“传帮带”的培养方式,提出典型问题,让学生进行抽象、分析和归纳,培养思维方式,凝练专业问题,提高掌握本学科前沿知识的能力,使其尽早进入科研状态。同时,创新班实行小班上课模式,以利于学生和教师之间的良好互动。
3.3采用榜样示范教学法
在C语言程序设计课程中,榜样示范教学法是提高学生分析和解决问题能力的有效办法。大学生的行为习惯多源于模仿他人,由于处在确立“事业观”的关键时期,榜样的力量对他们尤为重要。为此,我们邀请企业资深的工程师、校软件协会的优秀学生以及中国石油大学(北京)毕业的学长为学生做讲座,探讨C语言在石油领域的应用方向,以及企业需求和学校教学在C语言上的差异,为学生进一步学习指明了目标。如我院与中关村信息产业园中的许多公司建立良好的合作关系,就程序代码编写规范以及C语言实训等内容进行了广泛的交流合作。从分析实际应用问题开始,到对问题的解决进行整体规划,在需求分析、系统设计到系统实现、系统测试等多个方面,锻炼学生实际动手能力。在教学中融入软件工程思想,使学生在掌握C语言的基本语法知识的同时,更深入理解程序设计的最终目的是解决实际应用问题。
3.4面向ACM程序大赛,构建研究型、小组讨论的学习模式
为了能够及时、全面地关注到每位学生的学习状态,充分调动学生的积极性,我们采取分组方式进行教学控制和管理。4名学生构成1组,每组设组长1名,组长由组员轮流担任,每人任期4周。老师每周抽出固定时间对组长进行培训,让他们做一些ACM程序大赛训练中难度较高、与实际生活接近的题目,并加以辅导,引导他们掌握良好的编程思想,选拔其中的优秀组参加ACM程序大赛。在课堂研讨和实践课时间,由组长全权负责本小组的学习探究,这有利于培养学生的组织领导才能以及团结协作精神。这种变被动接受为“自主研究”型的学习模式,满足了学生学习方式的个性化。
3.5实施项目驱动教学法
为提升学生运用计算思维处理专业问题的创新综合能力,在实践教学环节,我们采用结合学生专业的项目驱动模式,根据学生具体专业设置选取适当的项目,从编写简单的小程序逐步过渡到解决一定难度的实际问题上。为了最大限度地涉及专业内容,我们在实验指导书中简要介绍了常用石油仪器的实际采集数据格式,对石油数据处理方法应用进行一定深度的展开,并在具体数据以及数据之间的关系上进行广度的拓展。同时,对石油科技中用到的计算模型进行了分类归纳,引导学生将同类问题放在一起进行分析比较。每类模型充分体现了计算思维的思想并经过有限次操作就能够完成,有利于提高学生实际处理问题的能力,培养其敏锐的思维能力。
4.改革教学条件与环境
4.1融合Prezi与FreeMind的教学方式
多种教学手段相互补充,适时融入特点突出的教学手段。多媒体教学方式的特点是信息量大,图文直观,便于算法的动态演示。目前,比较主流的辅助手段是运用Powerpoint制作课件,但Powerpoint不能很好地体现人的思维过程,学生在单页中得到的只是具体的信息,想要理清课件的基本思路,需要繁琐的翻页操作,不利于学生对教学内容的宏观理解和整体把握。为此我们制作了基于Prezi的教学辅助课件,在一页当中呈现全部的授课内容以及授课的基本思路,以一种符合人类思维习惯的呈现方式与学生进行交互。同时,把C语言程序设计课程的逻辑思维图中各个知识环节按照概念导图的方式进行组织、关联和铺展,由此形成了基于FreeMind的思维导图。它包括一个课程逻辑思维图和多个章节知识结点的逻辑思维图,可以让整张思维导图“活”起来,随着授课过程可以任意地伸展每一个关键分支。
4.2常规教学与“教学网站+飞信”互动教学相结合
以常规教学满足大多数学生的学习需求,在保留传统的教师与学生面对面答疑方式的基础上,以“教学网站+飞信”交流平台作为课堂教学和实验教学的有益补充。平台支持在线答疑方式,使答疑不受时间和空间的限制,很好地支撑了学生的自主学习。
4.3搭建基于Sloodle的C语言综合网络管理平台
Sloodle平台整合了多用户分布式虚拟学习环境Second Life和Moodle学习管理系统,为学生和教师提供了逼真、直观、沉浸式的学习环境。将基于Sloodle的部分虚拟现实技术应用到C语言程序设计课程的教学活动中,可丰富教学环境,突破传统教科书和某些硬件设施短缺的限制,多角度地展示教学内容。如在中海油工程专业,教师为了展示海上石油钻井平台的结构和构造,不可能将真实的整套井架系统拆开来讲解和示范,但是基于Sloodle平台,教师用3D虚拟世界展示实物配件,将实际操作中的海上平台控制模块映射到虚拟现实世界里。为了完善Sloodle平台的Moodle学习管理部分,使之具有在线程序测试评价功能,我们开发了程序在线评测插件,除了用于ACM大赛以及学校或学院举办的程序设计竞赛外,还具有程序教学辅助功能。教师通过查看学生提交的代码长度、执行时间、占用内存值和提交时间等信息,能快速地发现代码拷贝现象。同时通过观察学生提交的正确的和错误的代码,总结出一般性问题,在课堂上有针对性地讲解,以达到更好的教学效果。该平台经过进一步完善,还将被引入到C语言的后续课程,如高级语言程序设计、数据结构、算法分析等实践教学中。
一、“以学为主”的多样化课堂教学
龚克指出,[5]大学教育区别于基础教育的标志之一,应是从以教为主转变为以学为主。改进以“管灌”为主的培养模式,激发学生的主动求知欲是真正提高教育质量的关键。在化学反应工程课程的双语教学中,我们也在逐渐转变观念,采用多种多样的课堂教学方法,改变完全以教师为中心的讲授式教学为多种教学方法并用,以提高学生学习的主动性为目的,着力提高课堂教学效果。下面拟对主要采用的几种教学方法进行介绍。
1•讲授式教学:即教师系统地向学生传授科学知识。由于本课程采用双语教学,学生在学习中往往花费较大精力在理解语言、语法上,反而忽视了课程知识,导致学习效果不够理想。[6]针对这一问题,我们在教学中改变传统的灌输式教学,采用多种形象、生动的手段,如大量的图示、动画,以图文并茂的方式进行讲解,避开学生在语言方面的障碍,使其注意力转移到课程知识的学习,引导学生不要过多关注语言、语法,强调英语语言以“用”为目的,提高学生对知识的接受效果。课堂上经常设问,激发学生克服语言障碍从课本中寻找答案的兴趣。教学中重视双语应用实效,根据学生接受知识的程度,逐渐提高英文讲授和表述的比例;鼓励学生多运用英文,从看例题、做习题开始,到逐渐习惯用英文写作业和考试答卷。
2•互动式教学:即授课过程中教学双方经常进行交流互动。例如在教学中,教师提供工业反应器范例,由学生自行发现反应器的设计特点并主动质疑,然后全班讨论或小组讨论,继而选出学生代表,用英语表达自己对该反应器设计特点的认识和分析原理,最后教师作总结或纠正要点。教师经常选出教材中较为生动的典型章节或例题,提出问题,由学生自行阅读课本,让学生带着兴趣学习,引导学生猜读不熟悉的单词;以学习课程知识为重点,让学生自行讨论阅读的内容,最后教师强调这部分内容中的关键概念和原理。每次课结束,教师都布置任务给学生,要求学生总结本次课程的内容。下次课上首先抽出几位同学对前一次课的内容进行提纲挈领的回顾,由此督促学生课下自主复习,及时回顾,保证知识的连贯性,达到温故而知新的目的。这些互动式教学方法促使学生自主阅读教材,并运用英语语言表达自己对课程内容认知,取得了很好的教学效果。
3•感知式教学:教学中利用各种方式让学生直接感知实际的反应器。我们认为,仅给学生讲授理论知识,往往很难达到预想的效果,而直接感知对化学反应工程教学具有非常重要的作用。由于反应器是化工工艺过程的核心设备,我校有大量的科研力量投入在反应器设计中,已开发的反应器包括催化裂化、催化裂解两段提升管反应器及渣油加氢裂化悬浮床反应器等。此外,各科研组用于科学研究的反应器多种多样,如固定床反应器、流化床反应器、釜式反应器等。在教学过程中,课程组教师创造各种条件,让学生进入实验室参观实际反应装置,不能参观实物的,则以生动的照片、图片来展示,将反应器的特点直观地展示给学生,让学生将抽象的理论与实物建立起联系,显著提高教学的实效。
4•训练式教学:即教学注重学生对所学知识的反复实际训练。目前推进的“卓越工程师培养计划”中,很注重培养学生的工程设计能力,在化学工程与工艺专业随后的课程中有专门培养工程设计能力的化工设计课程,其中不可避免地涉及化学反应器的设计。由此,在课堂教学中,我们除了让学生就每个知识点进行反复训练,还设计题目,让学生就多个知识点甚至整个知识体系进行训练;并设法找到工业实际反应器的数据,例如石油化工过程中涉及的油品催化裂化流化床反应器、乙苯脱氢制苯乙烯固定床反应器、邻二甲苯制苯酐反应器等,让学生身临其境地进行反应器计算或设计的训练。在教学中,针对具体的教学内容,我们分别采用不同的教学方法,激励学生充分发挥主动性,并尽力使课程理论与工程实际相结合,取得了较为满意的教学效果。
二、理论教学与实践教学充分融合
近年来由于校院两级投入的加大,我们的实验和实践教学条件取得了较大的发展。化学反应工程课程组教师,充分抓住各实践教学环节的机会,将本课程中的理论融入实践教学之中。
目前,针对本课程所设置的教学实验有五个,包括:多釜串联反应器停留时间分布测定实验、固定床及流化床的流动特性实验、管式反应器内的烃类裂解反应实验、苯酐合成反应过程实验以及乙苯脱氢制苯乙烯实验,以强化学生对非理想流动、流体流动示踪方法、停留时间分布、实际反应器形式以及转化率、选择性、反应器换热方式等的认识。这些教学实验,为本课程的实践性教学提供了良好的支撑。进行相关实验时,我们进一步强化学生所学的理论知识,重温重要的概念,使学生在实验过程中切实认识真正的反应器,并运用所学理论知识进行反应器的操控和数据的处理。
我校拥有良好的实践和实习教学条件。化学工程与工艺专业的学生均要经历认识实习和生产实习等实践环节。化学反应工程课程组教师充分利用这些实践环节,引导学生把课程的相关理论知识与现场实践相结合。例如在实习中,我们给学生下达任务,了解相关工业反应器的形式,认识其特点,了解其中所发生反应的类型和特点,调研并取得反应器进出物料组成和流量数据,以此进行物料衡算,计算目的产物的收率、选择性等,使学生对反应工程所学内容有一个回顾,体会到本门课程所学知识在实际工作中的作用,激发学习兴趣,实现理论与工程实际的紧密结合。
我校专为化工专业建成了一个仿真计算实验室,安装了常减压、催化裂化、加氢精制等典型的炼油装置仿真软件。在配合实习教学的同时,它们可以进一步深化学生对化工反应器的认识。仿真实验室还安装了化工设计模拟软件,为化工设计实践提供了良好条件。承担化学反应工程课程的教师,也参与化工设计实践的指导,从中进一步强化有关反应器设计理论的应用,使抽象的理论体现于具体的工程设计中,让学生体会到学有所用。很多学生在化工设计总结中感慨地表示:以前学了那么多理论,不知道有什么用,通过化工设计,又将以前的理论知识回顾了一遍,设计出一套实际的装置,收获很大,很有成就感!目前,我国推进的“卓越工程师培养计划”注重提升学生的工程实践能力和创新能力,[5]本课程理论教学与实践教学充分融合的教学方案无疑正好吻合了“卓越工程师培养计划”的总体思路,也是我们进一步努力的方向。
三、教学与科研相结合
科研在高等教育中具有十分重要的地位,要培养创新型人才,建设一支合格的教师队伍,必须把科学研究作为提高教师素质的关键环节。教学工作是教师的天职,而科研对教师学术水平的提高有着积极的促进作用。国内外经验证明,没有高质量的科学研究,就不可能建立一支高水平的师资队伍。没有高水平的师资队伍,同样也不可能有高水平的教学质量和科学研究。科研是提高教师综合素质和教学能力的第一促进力。
我校化学反应工程课程组教师均具有较强的科研背景,在炼油工艺和催化领域取得了大量的研究成果,掌握着该领域的最新进展,所承担的科研任务大多与化学反应工程课程知识有着紧密的联系。例如,催化裂化两段提升管反应器就是利用化学反应工程的知识所开发出的新型反应器。已开发的多产丙烯(TMP)技术的中心环节也与非均相催化反应动力学和反应器设计直接相关。教师在科学研究中进行自我完善与发展,通过科研工作促进自我知识结构的更新、知识体系的充实、对知识前沿的把握和对学科知识的理解,为教学内容和教学方法的改革奠定了“能动性”基础。
有深厚的科研背景,可以保证教师授课中知识传授的准确性与知识重点的掌握,同时教学中教师会自然而然地把科研中获取的生动案例结合进来,实现将科研成果向教学内容的转化。将科研成果融入课堂教学,一方面能有力促使学生掌握较宽的化学反应工程基础知识,学习化学反应工程的研究方法与思路,了解化学反应工程最新进展及发展方向,另一方面也激励学生提高创新思维的能力,加强工程观点、提高分析工程问题和解决工程问题的能力。以下即是科研成果向教学转化的两个实例:
实例1,利用两段提升管催化裂化技术的科研成果,课上给学生讲授两段提升管反应器的设计思路,从反应动力学特性、反应器流动特性等多角度进行案例剖析讲解,使学生在理解理论知识的同时,接触到工业实际反应器设计案例,抓住学生的兴趣点,大大提高教学效果。
实例2,我们利用科研中对反应器流动行为示踪研究的经验,生动形象地将非常抽象、难懂的非理想流动现象和概念介绍给学生,并利用图片、动画给学生演示非理想流动示踪研究的过程,使学生产生浓厚的学习兴趣。
教师们在科研工作中积淀的经典案例和对学科前沿的把握,使学生感同身受地体会到知识的力量,增强了对工程技术科学的崇尚意识,有效地激发了探索和研究的热情。
1、主要目的和任务:了解钻井过程概况和各种录井方法,使我们对学校所学理论知识有更深刻的认识,并了解石油各个方面的生产环节。通过实习,了解专业,增强感性认识,学习基本技能,深化已学的知识,并以现场实际操作来培养我们动手动脑能力,增强我们对石油钻井技术更感性的认识,了解我国石油工程的现状,激发我们热爱专业,勤奋学习的热情。
2、实习地点及方式:地点:华东石油局——新疆井场。
方式:实践。
3、具体内容3.1井场的组成及钻井过程概况3.1.1、井场概况井场是在陆地上打井时为便于钻井施工,在井口周围平整出来的一片平地,面积根据钻机钻探能力的大小而定,钻6km深井的钻机约需120×90m2,钻3km井深的钻机约需100×60m2,再小于此的钻机,井场可小到60×80m2。井场用于放置钻井设备如井架、动力机、泥浆泵及循环系统、以及存放钻杆、套管等管材,放置水罐、油罐、洗井液罐及堆放洗井液材料、各种配件等。并设有值班房、发电房、库房等临时建筑。
井场的空场大小应能满足搬家、安装、固井及处理事故等作业时大批车辆进出、摆放的需要。
井场的形状大体上为长方形,可因地制宜以减少土方量。但公路应从井架大门前方通入井场,不应从钻井设备后部通入(即所谓倒井场),油罐等也不应放于井场入口附近,以免井场上出现井喷、失火等险情时抢险车辆无法进入井场。
对离矿区较远的探井,尚需有生活设施如宿舍、厨房、饭厅等。
图1 钻井井场及设备示意图
1.天车 11.鼠洞(接单根用) 21.管子坡道 31.(脱泥机)泥浆过滤设备
2.井架 12.鼠洞(放方钻杆用) 22.管架 32.脱砂机
3.二层台 13.固定大钳 23.井架底座 33.离心机
4.游动滑车 14.接管用大钳 24.泥浆返回管线 34.泥浆泵
5.大钩 15.绞车 25.泥浆振动筛 35.干水泥储备罐
6.水龙头 16.指重表 26.节流管汇 36.储水罐
7.吊卡 17.司钻控制台 27.泥浆-天然气分离器 37.发电机
8.方钻杆 18.井场值班室 28.脱气装置 38.防喷器组
9.方钻杆补心 19.水龙带 29.泥浆储备池
10.方补心 20.蓄能装置 30.泥浆池
3.1.2、钻井工具及用途简介方钻杆
规格:方钻杆电钻杆长2~3米;壁厚是普通钻具厚的4~5倍材料;优质合金钢、截面是正方形、方边形。
特点:方钻杆上下扣都是母扣,方钻杆有保护接头下面是正扣,上面是过渡接头—反扣。
作用:1、传递扭矩
2、承载具的重量
3、输送钻井液
方钻杆运输、使用中的注意事项:放在鼠洞内,防弯曲、防生锈。
钻铤
作用:1、施加钻压
2、防止井斜 钻铤尺寸不同钻具组合不同
3、不断延续加深井眼
4、输送钻井液
结构:①光本体 ②壁厚③重量是钻杆的4~6倍,大约为 600~800斤 ④正旋螺纹⑤优质合金钢
钻杆
钻杆多为一侧公扣,一侧母扣。现在用的钻杆为5寸, 127毫米直径,真空无缝钢管制成。
作用:1、传递扭矩
2、输送钻井液
3、不断延续加深井眼
维护方法:防止放在场地泥水里。
钻杆检查:1、本体是否弯曲
2、水眼是否畅通
3、公母扣是否完好
4、公径扣台阶完好
钻头
钻头为井底破碎岩石的工具。
作用:1、破碎岩石
2、形成井眼
钻头的分类:
1、从结构上可分为以下四种:
⑴牙轮钻头
①结构:由壳体、牙爪、牙轮、水眼、储油密封系统等组成。
②工作原理:1>牙轮的纵振及其对地层的冲击作用。
2>牙轮的滑动产生对地层的剪切作用。
⑵刮刀钻头
①结构由上钻头体、下钻头体、刀翼、水眼四部分组成。
②上钻头体:位于钻头的上部,车有母螺纹,与钻头柱相连、侧面有深槽、用于安装刀翼。
③下钻头体:用于水眼的设计、安装、喷嘴。
④工作原理: 切削、剪切、挤压。
⑶金刚石钻头
⑷pdc钻头
①结构由钻头体、保修面、切削面、水眼、接头。
②原理:pdc颗粒具有极高的强度和硬度、刀口锋利。
2、从功用上分为以下两种种:全面钻进钻头、全径钻头。
节流管汇与压井管汇
1、节流与压井管汇的作用
当井涌关井后,利用节流阀启、闭程度的不同,控制一定的套管压力,维持稳定的井底压力,避免地层流体进一步流入井中。当不能通过钻具进行正常循环时,可通过压井管汇向井中泵入钻井液,以便恢复和重建井底压力平衡。
2、节流、压井管汇的工作压力
根据sy/t5323-92《压井管汇与节流管汇》的规定,节流压井管汇的最大工作压力分别为5级:
14mpa 、 21mpa 、 35mpa、70mpa、105mpa。目前,国产节流压井管汇,除105mpa压力等级都已研制成功。
井场所装设的节流压井管汇,其压力等级必须与井口防喷器组一致。通常,管汇压力等级的选定以最后一次开钻时井口防喷器组的压力等级为准。避免了由于井口防喷器组压力等级的改变而频繁换装管汇。
3、节流管汇的作用
通过节流阀的节流作用实施压井作业,替换出井里被污染的泥浆,同时控制井口套管压力与立管压力,恢复泥浆液柱对井底的压力控制,制止溢流。
过节流阀的泄压作用,降低进口套管压力,将是实现“软关井 ”。
通过放喷阀的大量泄流作用,保护井口防喷器组。
4、节流管汇的类型
①手动节流管汇:
管汇中常用与备用两个节流阀都是手动节流阀
②液动节流管汇:
管汇中常用与备用两个节流阀都是液动节流阀
5、压井管汇的作用
压井:强行灌重泥浆(全封闸板封井)
防止燃烧起火:强行注清水(发生井喷时)
协助灭火:强行注灭火剂(井喷着火时)
3.1.3钻井过程一口井从开始钻凿到完成,要经过很多道工序,现分述之。
(1)准备工作
①定井口位置 地质师根据地质上或生产上的需要确定井底位置。当井身轴线按铅垂线设计时,井口中心与井底中心位置在同一铅垂线上,这就是直井。如果井身轴线对铅直线而言是斜的或是曲线形状,则井口中心位置将不与井底中心在同一铅垂线上,这就是定向井。
②修公路 为了将各种设备与物资运入井场,需要修公路。因有时满载车总重可达30~40t或更多,公路应能通行重车。公路不平将减小车速,并使车辆过早损坏。
③平井场 在井口周围平整出一块场地以供施工之用。井场面积因钻机而异,大型钻机约需120×90m2,中型钻机约为100×60m2,形状大致呈长方形,可因地制宜。
④打基础 为了保证设备在打井过程中不会因下陷不均匀而歪斜,要打基础(或称基墩)。小些的基础可用方木或预制件,大型的基础则在现场用混凝土浇灌。
⑤安装 立井架,安装钻井设备、泥浆泵,安放或挖掘泥浆池、泥浆槽等。
图 2 钻井设备布置情况
a-地面以上;b-钻台以下;1-天车台及天车;2-钢丝绳;3-游动滑车;4-大钩;5-水龙头;6-方钻杆;7-水龙带;8-钻台;9-转盘;10-井架;11-二层台;12-洗井液返出管线;13-司钻工作位置;14-滚动筛;15-绞车;16-发动机;17-底座;18-转盘驱动链条;19-动力机到绞车和泵的传动件;20-泥浆泵;21-泵上水池;22-转盘驱动链条;23-防喷器;24-水泥环;25-钻杆;26-钻头;27-方钻杆;29-转盘;29-接钻台;30-洗井液返出管线;31-振动筛;32-防喷器;33-接节流管汇;34-表层套管;35-钻铤;36洗井液返出管线
(2)钻进
当前世界各地普遍使用的钻井方法是旋转钻井法(或称转盘钻法),此法始于19XX年。
①钻进 直接破碎岩石的工具叫钻头。钻进时用足够的压力把钻头压到井底岩石上,使钻头的刃部吃入岩石中。钻头上边接钻柱,用钻柱带动钻头旋转以破碎井底岩石,井就会逐渐加深。加到钻头上的压力叫钻压,是靠钻柱在洗井液中的重量(即钻柱在空气中的重量减去在洗井液中的浮力后的重量)的一部分产生的。
钻柱把地面上的动力传给钻头,所以,钻柱是从地面一直延伸到井底的,井有多深,钻柱就有多长。随着井的加深,钻柱也逐渐增长,其重量也逐渐加大,以致于会超过钻压的需要。过大的钻压将会引起钻头、钻柱、设备的损坏,所以必需将大于钻压的那部分钻柱重量吊悬起来,不使作用到钻头上,如图3所示。形成钻压的部分钻柱处于受压缩应力状态,被吊悬部分受拉伸应力。当井刚开钻时,由于井很浅,钻柱重量小于钻压,所以井内钻柱全部受压;当井变深,钻柱重量超过钻压需要时。上部钻柱被吊悬而处于受拉状态,下部仍处于受压状态。
钻柱在洗井液中的重量称为悬重,大干钻压需要而吊悬起来的那部分重量称为钻重,亦即:
钻压=悬重-钻重
井加深的快慢,即钻进的速度,用机械钻速或钻时表示。机械钻速是每小时破碎井底岩石的米数,即每小时进尺数,通常简称钻速。钻时是每进尺lm所需分钟数。
(1)
图3 洗井液循环图
1-钻柱;2-钻头;3-洗井液
式中 ──钻速,m/h;h──为时间t内的钻头进尺数,m,t单位为h。
(2)
式中,tm──钻时,min/m;
h──t时间内的进尺数,m;
t──钻进h所用时间,min。
③接单根 在钻进过程中,由于井在不断加深,钻柱也要及时接长,每次接入一根钻杆叫做接单根。打一口井要接很多次单根。
④起下钻 为了更换磨损了的钻头,需将全部钻柱从井中取出,换了新钻头以后再重新下入井中,叫起钻和下钻。一口井要用很多只钻头才能钻成,所以起下钻的次数是很多的。为了提高效率,节省时间,起下钻时不是以单根钻杆为单位进行接卸,而是以二或三根钻杆为一接卸单位,称为立根。立根长度一般为24~28m。为了配合这么长的立根,井架高度一般为41m左右。
也可能是其它原因,如打捞落入井中的物件,解决卡钻等工作也需要进行起下钻的操作。
⑤固井 一口井在钻凿过程中,要穿过各种性质不同的地层:有的地层岩石坚硬,井眼形成以后可以维持较长时间而不致坍塌;有的地层则很松软、破碎,形成的井壁不稳定,井壁上的岩石极易坍塌落入井内;有的地层内含有高压油、气、水等流体;有的地层强度不高,易被压裂、造成洗井液漏失;有的地层含有某些盐类,会使洗井液性能变坏等等。尽管地层复杂多变,还是得设法将这些地层钻穿,否则无法继续向下钻进。当这些地层被钻穿以后,上述的各种复杂情况有的可能消失,对以后的钻井工作不再造成危害,而有的则继续给钻井工作造成麻烦,也许会形成隐患。为了保护已钻成的井眼和使以后的钻井工作顺利进行,或为生产造成通路,防止各层间串通,应当在适当的时候对井眼进行加固,称为固井。固井的方法是将称为套管的薄壁无缝钢管下入井中,并在井眼与套管之间灌注水泥浆以固定套管,封闭环形空间,隔开某些地层。这就是下套管,注水泥作业。一口井从开始到完成,常需下入多层套管并注水泥,即需进行数次固井作业。
⑥事故处理 如物件落入井内,需进行打捞,钻杆断在井内也要打捞;钻柱被卡在井内时则要设法解除卡钻。除落物外,引起井内复杂情况而需要处理的原因多系洗井液性能不符合要求所造成的。
⑦其它作业 在钻井过程中要进行钻屑录井、气测井、电法测井以及地层测试;交井以后还可能有射孔、替喷、试油、酸化压裂等项作业。
3.2完井地质报告的编制 井完钻以后,必须全面、系统地整理和分析在钻井过程中所取得的各项资料,综合判断地下地质情况和油、气、水层,编写完井报告。
完井地质报告是一口井钻完后的文字总结。报告主要包括以下内容中:
(1)序言
简明扼要地阐述该井钻井过程,录井工作的概况,资料的可靠程度及基本经验教训等。
(2)地层简述
本井钻穿地层层序、井深、厚度、各组段地层的主要岩性,可供对比的标准层和标志层特征,以及与邻井、邻区的对此情况。有些内容可以列表说明。
(3)油气水显示情况
首先,按深度顺序将发现的油、气、水层的各种原始资料及解释情况进行分级描述,如分为主要油气层及次要油气层。将油(气)层岩性、各种录井显示,测井解释结果等详细叙述,做出有科学根据的评价。
(4)试油、气层位盘见
主要是提出供试油、试气的层位、井段、厚度,同时提出完井方法及试油方法和步骤。