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［摘要］“石油地質(zhì)學(xué)”作為資源勘查工程專業(yè)的核心課程，在能源地質(zhì)類高校廣泛開設(shè)。該課程理論性和實踐性都很強，但各高校該課程的實驗教學(xué)均嚴(yán)重缺乏。針對這一不足，中國石油大學(xué)（北京）石油地質(zhì)教學(xué)團隊在資源勘查工程專業(yè)工程教育專業(yè)認(rèn)證和油氣勘探與開發(fā)國家級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的共同推動和促進下，通過新建石油地質(zhì)教學(xué)實驗室，完善了課程的實驗教學(xué)體系；利用自主設(shè)計研制的實驗設(shè)備，開創(chuàng)性地新增油氣成藏模擬特色實驗內(nèi)容；針對不同類型的實驗，改革實驗教學(xué)模式。實驗教學(xué)實踐提高了課程的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)了大學(xué)生的綜合實踐能力及創(chuàng)新能力。

［關(guān)鍵詞］實驗教學(xué)；建設(shè)與改革；創(chuàng)新能力；石油地質(zhì)學(xué)

實驗教學(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)生實踐能力、分析解決實際問題能力以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度方面，具有其他教學(xué)環(huán)節(jié)無法替代的作用[1-4]?！笆偷刭|(zhì)學(xué)”是中國石油大學(xué)（北京）資源勘查工程專業(yè)的核心專業(yè)課，也是國家級精品課程，具有理論性和實踐性強的特點[5，6]。但長期以來，由于實驗室面積較小及實驗設(shè)備缺乏，只能開設(shè)2個觀察和演示實驗，實驗教學(xué)嚴(yán)重不足。國內(nèi)其他高?！笆偷刭|(zhì)學(xué)”實驗教學(xué)也存在類似的問題[6，7]。中國石油大學(xué)（北京）資源勘查工程專業(yè)2014年雖通過工程教育專業(yè)認(rèn)證，但突出石油地質(zhì)特色的實驗欠缺，成為認(rèn)證中的一個弱項。認(rèn)證報告指出：“中國石油大學(xué)（北京）本科資源勘查工程專業(yè)實驗教學(xué)需要進一步提升，迫切需要加強油氣地質(zhì)專業(yè)領(lǐng)域的實驗教學(xué)平臺的建設(shè)”。工程教育專業(yè)認(rèn)證是一種在國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)校資源勘查工程專業(yè)2017年工程教育專業(yè)認(rèn)證復(fù)核認(rèn)證順利達標(biāo)，進一步完善學(xué)校油氣勘探與開發(fā)國家級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)，學(xué)校批復(fù)了實驗室建設(shè)面積，并向教育部申請實驗室建設(shè)專項經(jīng)費，新建石油地質(zhì)教學(xué)實驗室。學(xué)校石油地質(zhì)學(xué)教學(xué)團隊以該實驗室建設(shè)為契機，精心設(shè)計實驗教學(xué)內(nèi)容，研制實驗教學(xué)設(shè)備，改革實驗教學(xué)模式。通過四年的教學(xué)實踐，學(xué)校形成了較完備的課程實驗教學(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)生的綜合實踐能力，從而取得了很好的教學(xué)效果。本教學(xué)改革對國內(nèi)兄弟院?！笆偷刭|(zhì)學(xué)”課程的教學(xué)具有一定的借鑒指導(dǎo)作用。

一、制定實驗室建設(shè)方案，完善課程實驗教學(xué)體系

新建一個實驗室，整體方案的設(shè)計和制定尤為關(guān)鍵。石油地質(zhì)教學(xué)實驗室的建設(shè)有北京市優(yōu)秀教學(xué)團隊———石油地質(zhì)學(xué)教學(xué)團隊的支撐，團隊有10多位教師，大家群策群力。通過對國內(nèi)外相關(guān)課程實驗教學(xué)的調(diào)研[6]，以及對中國地質(zhì)大學(xué)、成都理工大學(xué)、西南石油大學(xué)、中國石油大學(xué)（華東）等相關(guān)院校實驗室的實地調(diào)研，針對“石油地質(zhì)學(xué)”教學(xué)內(nèi)容和特點，教學(xué)團隊經(jīng)過多次研討，設(shè)計了詳細(xì)的實驗內(nèi)容，并安排熟悉該課程的主講教師具體負(fù)責(zé)實驗室建設(shè)。根據(jù)實驗內(nèi)容，購買及研制一系列相關(guān)實驗儀器設(shè)備，完成實驗室基礎(chǔ)裝修及水電改造，編寫實驗指導(dǎo)書，開展實驗教學(xué)實踐。實驗室建成前，我們只能開設(shè)原油、烴源巖、儲集巖樣品觀察與描述實驗和烴源巖部分有機地化指標(biāo)萃取過程演示實驗。實驗室建成后，增加到10個實驗，整體涵蓋石油地質(zhì)學(xué)的教學(xué)重點和難點問題。實驗包括：（1）原油樣品的觀察及原油主要物理性質(zhì)的測定實驗；（2）烴源巖樣品觀察及有機組分的顯微鏡下觀察與鑒定實驗；（3）烴源巖可溶有機質(zhì)提取及有機地化指標(biāo)求取演示實驗；（4）儲集巖樣品觀察及儲集巖孔隙度、滲透率測定實驗；（5）儲層流體包裹體的觀察與鑒定實驗；（6）達西定律演示實驗；（7）測壓面觀測實驗；（8）系列背斜圈閉聚氣過程動態(tài)模擬實驗；（9）石油運移過程中動力、阻力分析實驗；（10）油氣運聚二維物理模擬實驗。實驗類型也更為多樣化，原先僅有觀察、演示型實驗，現(xiàn)增設(shè)分析測試型、驗證型、設(shè)計研究型實驗。每種實驗設(shè)備有6～10臺，每次實驗一個自然班，3～5人組成一個實驗小組，從而保證每位學(xué)生都能夠親自動手進行實驗操作。新編的實驗指導(dǎo)書中除了明確每個實驗的實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗操作步驟、實驗注意事項外，還設(shè)計相應(yīng)的實驗分析思考題。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，分析其生物來源，判斷其生烴潛力；分析水動力強弱對背斜圈閉聚氣特征的影響；觀察石油在不同粗細(xì)粒徑石英砂中的運移特點，分析浮力、毛細(xì)管力在石油二次運移過程中的作用。由此促使學(xué)生帶著問題、帶著思考完成實驗，深化學(xué)生對課堂所學(xué)理論的理解，提高學(xué)生分析問題的能力，從而達到課堂教學(xué)和實驗教學(xué)相互促進的目的。

二、自主研制實驗設(shè)備，新增特色實驗內(nèi)容

油氣運移、聚集成藏的動態(tài)過程發(fā)生在地下深處，看不見、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。如何通過實驗使學(xué)生形象、直觀地觀察到這些過程，加深對理論的理解非常關(guān)鍵。但相關(guān)實驗鮮有開設(shè)，也沒有現(xiàn)成的實驗設(shè)備可借鑒。為此，我們自主設(shè)計研制了三種實驗設(shè)備，其中兩種已獲得實用新型專利的授權(quán)，兩項發(fā)明專利的申請均已進入發(fā)明專利申請公布及進入實質(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驗內(nèi)容，在2017年工程教育專業(yè)認(rèn)證復(fù)核認(rèn)證、教育部對我校的本科教學(xué)評估，以及與中國地質(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，贏得了專家的高度評價和認(rèn)可。利用測壓面及系列背斜圈閉觀測實驗設(shè)備（圖1）可以開展兩個實驗：一是測壓面觀測實驗，分別在靜水條件、動水條件下開展實驗，通過不同位置處水壓頭的觀測，對比兩種條件測壓面的差異，加深對油氣二次運移的重要動力———水動力的理解，理解水動力產(chǎn)生的原因以及對油氣二次運移的作用；二是靜水條件、動水條件下系列背斜圈閉中天然氣運移和聚集過程的動態(tài)模擬實驗，加強學(xué)生對圈閉基本概念及圈閉度量要素（溢出點、閉合高度）的直觀認(rèn)識，以及對系列背斜圈閉聚氣過程的理解，通過直觀觀察水動力強弱對背斜圈閉聚氣特征的影響，幫助學(xué)生理解水動力強弱對圈閉有效性的影響及氣藏的保存與破壞等教學(xué)難點。利用石油運移動力-阻力觀察實驗設(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、滲透率的砂巖儲層，并用蠕動泵緩慢注入等量的油，然后觀察油在粗沙、細(xì)沙中運移的難易程度。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，會形成石油運移的優(yōu)勢路徑。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，因此會出現(xiàn)穩(wěn)定的油水倒置現(xiàn)象。通過這個實驗，可以加深學(xué)生對浮力、毛細(xì)管力等在石油二次運移過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理的理解和認(rèn)識。利用油氣運聚二維物理模擬實驗設(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，進行石油運移聚集過程動態(tài)物理模擬實驗。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)通道中的運移過程及難易程度，觀察石油在不同類型圈閉中的聚集過程，從而深化對油氣運移聚集成藏的認(rèn)識。

三、改革實驗教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)的實驗教學(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，進而得出實驗結(jié)果[4，9]。觀察演示型、分析測試型及驗證型實驗仍采用這種教學(xué)模式，但要求“教師講解為輔，學(xué)生動手操作為主”，注重培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能及對實驗現(xiàn)象觀察、描述、分析的能力。然而，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式難以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，因此我們增加開放式實驗教學(xué)。開放式實驗教學(xué)的重點是針對設(shè)計研究型實驗[10]。開放式實驗教學(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、難點問題，確立一些探索性、創(chuàng)新性實驗題目。例如，斷層封閉性差異對斷層圈閉中石油聚集高度的影響、油氣優(yōu)勢運移通道對油氣輸導(dǎo)效率的影響、砂巖透鏡體油藏成藏實驗現(xiàn)象觀察及成藏影響因素分析、深盆氣成藏實驗現(xiàn)象觀察及成藏機理分析等，讓學(xué)生自由組成實驗小組，自主選題，根據(jù)課程所學(xué)理論知識，小組內(nèi)的學(xué)生充分討論交流，自行設(shè)計實驗地質(zhì)模型，制定具體的實驗方案，并共同協(xié)作組織實驗實施，對實驗中觀察到的一些現(xiàn)象或存在的問題，獨立分析、判斷和解決。在整個實驗過程中，學(xué)生遇到問題可以與教師請教，教師對學(xué)生進行啟發(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。我們研制的油氣運聚二維物理模擬實驗設(shè)備、石油運移動力-阻力觀察實驗設(shè)備也為這類設(shè)計研究型實驗的開展提供了設(shè)備保障。這類實驗花費時間長，學(xué)生可以向?qū)嶒炇夜芾砣藛T預(yù)約開放時間，利用課外時間開展實驗。實驗教學(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)生的綜合實踐能力和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語

通過石油地質(zhì)教學(xué)實驗室的建設(shè)及實驗教學(xué)實踐改革，學(xué)校進一步完善了油氣勘探與開發(fā)國家實驗教學(xué)示范中心建設(shè)，有效地支撐了資源勘查工程專業(yè)本科教學(xué)的審核評估及工程教育認(rèn)證復(fù)審工作，既滿足了教學(xué)的需求，同時又為大學(xué)生科技創(chuàng)新、學(xué)科競賽、全國油氣地質(zhì)大賽等提供了優(yōu)質(zhì)的實踐平臺。

作者:李濰蓮 李平平 孫明亮 柳廣弟 陳冬霞 單位:中國石油大學(xué)〔北京〕地球科學(xué)學(xué)院 中國石油大學(xué)〔北京〕油氣勘探與開發(fā)國家級實驗教學(xué)示范中心