[出处] 教育教学论坛_2022年第25期

刘慧卿 王庆

[关键词] 石油工程;热工学;学科交叉;课程建设;教学改革

[基金项目] 2020年度中国石油大学（北京）教改立项“多学科交叉的‘石油工程热工学’课程建设”

[作者简介] 刘慧卿（1966—），男，河南台前人，博士，中国石油大学（北京）石油工程学院教授，博士生导师，主要从事油气田开发研究;王 庆（1984—），男，山东曹县人，博士，中国石油大学（北京）石油工程学院讲师，硕士生导师，主要从事油气田开发研究。

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）25-0025-04 [收稿日期] 2022-03-12

一、课程建设背景

中国石油大学（北京）的石油工程专业依托石油与天然气工程这一“双一流”学科，结合国际油气资源开发新形势，围绕国家能源战略发展需要，以立德树人为核心，为石油工业高效安全发展培养应用研究型工程类创新人才[1]。实现一流的人才培养目标依赖一流课程，课程是专业人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量[2]。

“热工学”即工程热力学和传热学，是动力工程与工程热物理、机械工程等工学专业必修的基础课[3，4]。自20世纪90年代专业调整以来，“热工学”仅作为石油工程专业的选修课，存在学生重视程度不够、缺少实验环节等诸多问题。这种局面与“双一流”学科建设，特别是国际交流和专业认证评估差距很大。

“热工学”作为工科的专业基础课程，是培养学生工程意识，理论联系实际、分析问题、解决问题能力的基础，也是石油工程领域中的流体力学、稠油注蒸汽热力开发、油气集输等领域所需的专业知识。近年来，地热资源开发以丰富的储备、清洁、环保、可再生特性成为新能源领域的焦点，也需要大量具有热工学知识储备的人才。

油田矿场实际开发生产和能源资源再利用转型也对高校“热工学”课程的建设提出了新的要求。中国石油大学（北京）修订优化了石油工程专业的培养计划，将“热工学”由选修课强化为必修课。同时，考虑到石油工程的专业特色，将课程名称确定为“石油工程热工学”，成立了“石油工程热工学”教学团队进行课程建设，围绕课程教学目标、教学大纲、教材讲义、教学方法等方面进行探索，并且接受了两轮教学实践的检验，已初见成效。

二、教学团队建设

教学团队是进行教学实践的基础，之前的“热工学”选修课仅有一位教师承担，而“石油工程热工学”作为石油工程的专业基础课，必然对教学团队提出了更高的要求。学校及学院教学管理部门会同两级教学专家组，以专业培养目标及油田矿场实际需求为导向，组建了一支年富力强的课程教学团队。

（一）名师引领，科教融合，满足多学科交叉的要求

由北京市教学名师引领，构建一个有机结合的教学团队。教学团队参加国内有关专题的教学与实践教学研讨，在石油工程领域长期坚持教学改革和教学研究[5]。教学团队成员主要由稠油热力开发科研团队人员组成，他们承担过大量相关的国家级、省部级科研课题，并取得了大量的创新性成果，为开展科教融合提供了基础条件。

团队成员中有4人长期从事热力采油方面的教学、科研工作;2人从事地热资源开采机理与方法方面的科研工作;2人具有流体力学、工程热力学及传热学的教育背景，能够满足多学科交叉的课程建设要求。

（二）团队成员具有不同的学科背景，可以发挥教学团队的協同作用

目前专业教师特别是年轻教师主要来源于工科院校的硕士和博士毕业生。这些教师的知识结构偏重于学术，理论研究能力较强，但缺乏工程背景，实践知识更多来源于当年参与导师的科研课题。建立名师引领下的教学团队，团队定期安排讲习题课、答疑等环节。构建教授领衔、理论课教师、实验教师、实验技术人员一体化教学团队，使得教学团队在学生的“石油工程热工学”课程学习中发挥协同作用。

三、明确课程目标，优化教学内容

课程教学目标直接支撑专业毕业要求指标点，同时是指导课程内容设计、教学方法等的纲领。教学团队在学校及学院两级教学专家组的指导下，经过多次专题研讨，明确了以专业培养目标及油田矿场实际需求为导向的课程教学目标。

（一）课程目标

使学生掌握热能和其他能量之间的转换规律，掌握热能高效利用原理和能量有效利用的原则，正确运用热力学的基本原理和定律进行热力过程的分析和计算，掌握热能传递的基本概念和基本原理，对复杂工程传热问题进行分析，明确热能传递过程的特征，并选择恰当的方法和模型进行定量计算和分析，为石油工程专业课程提供基础理论知识，同时为能源管理和热技术研究及设计工作提供理论基础。

（二）优化教学内容

为了实现上述课程目标需要对原有的热工学教学内容进行优化。“工程热力学”与“传热学”均属于工科专业的基础课程，教学内容已非常成熟;因此，优化教学内容时以原教学大纲为基础，保留其基础、核心、经典内容，适当调整或增加“热工学”在“石油工程热工学”的应用内容。

1.调整石油工程元素引导。现有教学资料中涉及热工学基本原理知识的实例大多取材于动力机械类的场景，缺少石油工程专业所需的热工学知识导引或应用扩展。教学团队通过多次研讨，在各章节增加了石油工程应用或案例，让学生学以致用，提高学生解决矿场实际问题的能力。具体如表1所示。

2.增加实验环节。设计增加了3个必做实验和3个选做实验，其中必做实验中实验材料水蒸气和油砂均属石油工程中的常用介质，而热电模拟与流体力学、渗流力学中的水电模擬同属相似物理问题，而选做实验内容与石油工程的应用高度相关。

3.增加“热力学”在地热开发中的应用。目前，我国年消耗原油约7亿吨，70%依赖进口，而我国地热资源占全球的7.9%，地热能源开发能够缓解一部分能源压力，有助于满足社会生产和环境改善的需要。介绍地热开发的基本概念及“热力学”在地热开发中的应用，也是适应“双碳”目标新形势下人才培养的必然之举。

四、编写教材讲义和实验指导书

（一）编写教材讲义

由于“热工学”课程的基础性，已有多本经典教材出版且再版多次。我校之前使用的是清华大学张学学教授主编的《热工基础》（第3版）。教学团队以此教材为基础，结合多年石油工程相关课程尤其是“热力采油”课程的教学经验及资料、地热开发的相关资料，整合编写了课程讲义，并已在2019级石油工程专业中试用。讲义严格按照优化后的大纲要求设计内容，力求将案例设计与知识内容完美融合。

（二）编写教学实验指导书

参考兄弟石油院校在热工学方面的教学实验设计，编写了《石油工程热工学——实验指导书》，突出了石油工程方面的应用特色，包括实验选材、内容，以及与后续石油工程专业课之间的联系等。鼓励学生结合石油工程专业特点，自主选择地下层位的砂样;热电模拟实验测定，学生可以自主选择不同导热介质及多种与注采井网相关的实验内容组合。学生通过实验操作，掌握热力学和传热学的基本实验原理，了解并熟悉一些基本实验器材的操作方法和实验步骤，通过实验教学和课堂教学相结合的方式，系统地掌握热工基础理论知识，为后续专业课程的学习打下基础。

五、创新教学方法，引入课程思政

（一）创新教学方法

教学过程中能灵活采用不同教学方法进行教学，加强理论基础的理解，拓宽学生的思维，形成课堂教学、课堂讨论、实验教学等多种方式相结合、系统有效的教学方法。

在教学方式上采取启发式教学与互动相结合的手段，传授专业知识、技能与方法，帮助学生树立工程意识。学生通过讨论和争辩的方式掌握知识，提高学习内容的平均留存率，学习效果大为改善。

通过案例分析、课堂讨论、影像资料等多种授课形式相结合的方式，帮助学生进行自我认知，培养学生的学习兴趣，发现自身优势。鼓励学生张扬个性，激发思考力和创造性。例如，学生根据自主设计实验教学要求扩展导热系数测定内容，可以延伸测定物料的比热容和热扩散系数，增强学生的实践、创新能力;在学习方法上使学生在情景中自然获得体验与认知，激发学生的潜能。

由于“热工学”课程的基础性，网上的经典学习资料非常多，有以知识点为基础的微课、实际课程的录像、习题讲解、考研指导等。因此，教学团队充分利用线上资源辅助教学，在每次课后留下思考题引导学生通过线上资源进行学习和思考，让学生带着问题去看视频，看完视频后又带着新问题来上课、讨论，使学生真正参与到教学活动中。

（二）个性化指导培养创新意识

针对学生个体化差异，对学生专业指导采取课堂教学与课下个别辅导相结合的方式。凝练和建立体现个性化教育和研究性学习的教学新模式，构建以能力培养为核心的教学体系，特别着重研究以学生为主体的教学方法和相应的考核方式。培养学生自主学习兴趣、开拓学生个性潜力、激励学生实践创新、培养学生实践能力，以期达到开阔学生知识视野、陶冶学生思想情操、培养学生团队精神的目的。

鼓励本科生参加科研团队的学术讲座，帮助学生了解国内外学术现状以及发展动态。“石油工程热工学”教学团队为学生提供创新项目、科技创新场地、仪器设备等开展科技创新活动。

（三）结合科创训练

近两年来，教师团队将课程内容与热力采油、地热开发方面的科研项目相结合，申报科技创新训练项目10项，丰富了第二课堂，给学生创造了理论联系实际、利用“石油工程热工学”知识解决油田开发实际问题的机会。

（四）引入课程思政

教学团队以课程思政建设为导向，挖掘课程中蕴含的思政元素，主要从两个方面开展课程思政教育。

1.引导学生发现身边的“热工学”。“热工学”课程与日常生活联系紧密，通过设计思考题引导学生随时随地感受身边的“热工学”。例如，引入黄石公园热泉间歇自喷景观实例，其中既包括热力学和传热学问题，又包括石油工程中的流体力学和渗流力学问题，激发学习兴趣。

日常生活中非常普遍的热传递现象，例如与传热学有关的保温措施、与辐射能量传递有关的采热方法等，通过对各种能源的学习使学生树立节约能源、保护环境的理念。

“热工学”知识在中国石油工业的发展过程中发挥了非常重要作用。通过讲述科学家前辈在科学研究中不断探索、总结，最终获得重大发现的历程，告诉学生严谨的工作态度的重要性，以及树立终身学习的理念[6]等，培养学生成为“四有”新人。

2.引导学生感悟哲学思想。由于“热工学”采用经典宏观的研究方法，以“热力学”和“传热学”的基本定律作为分析和推理基础，对宏观热力过程和传热过程进行研究;因此，对时空尺度、状态变化等采用抽象、概括、理想化和简化的处理方法。“热工学”中的理想气体、黑体和灰体等理想情况，简化处理有助于学生感悟自然实际和理想或绝对之间的辩证关系。

六、完善考核评价

（一）增加习题作业

教学团队精心设计习题，形成了课堂练习、随堂测验、课下作业相结合的练习模式，通过习题作业强化知识的熟练程度。

（二）改革考核机制

增加平时成绩比重是近些年来各类课程考核机制改革的方向。相较于之前选修课的“工程热力学与传热学”，必修课“石油工程热工学”增加了实验环节，强化了习题作业，其考核机制也必须随之进行改革。

两年以来，通过实施上述举措初步建立了“石油工程热工学”的课程体系，并取得了较好的教学效果。课程建设过程中，指导思想上践行素質教育，拓宽知识基础，强化实践能力;教学理念上强调基础理论和工程实际应用，拓展石油工程的应用创新;教学方法上遵循以学论教，最终让学生通过课堂学习获得科学认识世界的能力，终身受益。需要指出，课程改革只有进行时，教学效果的取得除教师的努力外，更需要学生的配合，包括良好的学风、班风、课堂纪律把控和师生交流反馈等，需要我们在后续的教学实践中不断总结经验教训、取长补短、持续改进、锐意进取。