袁迎中，戚志林，嚴(yán)文德，李繼強(qiáng)，雷登生

重慶科技學(xué)院 石油與天然氣工程學(xué)院，重慶 401331

教學(xué)方法

“滲流力學(xué)”課程創(chuàng)新思維教學(xué)方法探索

袁迎中，戚志林，嚴(yán)文德，李繼強(qiáng)，雷登生

重慶科技學(xué)院 石油與天然氣工程學(xué)院，重慶 401331

“滲流力學(xué)”課程以數(shù)學(xué)力學(xué)為主，課程抽象，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。本文針對學(xué)生在“滲流力學(xué)”中創(chuàng)新思維缺乏的現(xiàn)象，對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的教學(xué)方法進(jìn)行了初步探索，提出了改進(jìn)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)組織形式、培養(yǎng)學(xué)生對滲流力學(xué)及數(shù)學(xué)之美的感受、將科研方法融入到教學(xué)工作之中的教學(xué)方法。

滲流力學(xué)；美感；創(chuàng)新思維；教學(xué)方法

滲流力學(xué)是研究流體在多孔介質(zhì)中的運(yùn)動形態(tài)和運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)。它是石油工程的專業(yè)基礎(chǔ)課，是流體力學(xué)在石油天然氣領(lǐng)域的一個(gè)學(xué)科外延，是流體力學(xué)和多孔介質(zhì)理論、表面物理、物理化學(xué)、固體力學(xué)、生物學(xué)等相互交叉滲透的一門邊緣科學(xué)[1]。

長期以來，滲流力學(xué)的課堂教學(xué)一般以知識灌輸?shù)男问綖橹?，學(xué)生對基本原理理解不明確，對概念、公式以死記硬背的方式學(xué)習(xí)，這不但增加了學(xué)習(xí)的困難和痛苦，而且學(xué)生在考試結(jié)束后很快就會將相關(guān)知識忘記。只有學(xué)生擁有了學(xué)習(xí)的興趣和創(chuàng)新思維，才可以將課本已有的知識學(xué)好或研究出相關(guān)的成果，給滲流力學(xué)的發(fā)展添磚加瓦。

突破傳統(tǒng)教育模式的束縛，加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)， 全面提高教學(xué)質(zhì)量，是石油本科教育改革面臨的重大課題。本文針對“滲流力學(xué)”課程的特點(diǎn)及學(xué)生學(xué)習(xí)存在的問題，對提高學(xué)生創(chuàng)新思維的教學(xué)方法進(jìn)行了探索。

一、學(xué)生創(chuàng)新思維缺乏的表現(xiàn)

“滲流力學(xué)“教學(xué)的基本要求是使學(xué)生掌握地層流體滲流的基本知識和研究滲流問題的基本方法，形成關(guān)于油層動態(tài)過程的總體認(rèn)識，為學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程打下基礎(chǔ)，同時(shí)也為分析和解決油（氣）田開發(fā)、開采問題提供手段。本課程的方法主要以數(shù)學(xué)力學(xué)為主，數(shù)學(xué)推導(dǎo)多，較抽象。抽象思維是在經(jīng)驗(yàn)思維基礎(chǔ)上發(fā)展起來的思維方式，它的超越性和非確定性反映了它的創(chuàng)新特質(zhì)[2]?！皾B流力學(xué)”課程抽象的特點(diǎn)有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，但目前很多學(xué)生在“滲流力學(xué)”課程中創(chuàng)新思維比較缺乏，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）墨守成規(guī)，不會觸類旁通，對滲流力學(xué)新問題不知如何下手，無法建立全新的滲流模型。比如，學(xué)生學(xué)習(xí)了原油單相滲流、氣體單相滲流、油水兩相滲流后，在離開書本的條件下無法根據(jù)前三種滲流理論建立油氣兩相滲流模型。

（2）缺乏科學(xué)思想和科學(xué)態(tài)度，過于迷信書本，迷信權(quán)威，缺乏足夠的自信心?？茖W(xué)研究需要懷疑精神，即使教材也是如此。實(shí)際上，滲流力學(xué)教材中的公式推導(dǎo)難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，但學(xué)生一般不會發(fā)現(xiàn)，主要是因?yàn)樗麄儧]有掌握公式推導(dǎo)的整體思路，更不用說創(chuàng)新性地用書本之外的另一種方法來推導(dǎo)了。

（3）知識面較窄，綜合能力薄弱，即使在滲流力學(xué)相關(guān)的學(xué)科上也很難成為高質(zhì)量的人才。比如，學(xué)生很難將滲流力學(xué)和固體力學(xué)結(jié)合起來，建立流固耦合的模型。這就說明他們本身還未將滲流力學(xué)的思想精髓學(xué)好，還不能進(jìn)行創(chuàng)新性擴(kuò)展。

究其主要原因，在于學(xué)生缺乏較強(qiáng)的知識創(chuàng)新能力。滲流力學(xué)的發(fā)展不僅需要相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及硬件條件，需要油田生產(chǎn)和技術(shù)的基礎(chǔ)，還需要精神條件，需要一種足以啟迪思路、預(yù)示方向的哲學(xué)思想。看學(xué)生的滲流力學(xué)水平，不能看他知識點(diǎn)的多寡，更重要的是看他的創(chuàng)造能力及綜合分析水平的高低。這固然離不開學(xué)生的數(shù)學(xué)力學(xué)天賦及努力程度，也需要教師提高教學(xué)水平，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

二、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的建議

1.改進(jìn)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)組織形式

具備較高創(chuàng)新素質(zhì)的教師是實(shí)施創(chuàng)新教育、培養(yǎng)富有創(chuàng)新精神人才的前提。在實(shí)現(xiàn)教育目標(biāo)過程中，教師要善于更新觀念，并根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)、教材、教育環(huán)境的變化及自身的個(gè)性，靈活運(yùn)用新的教育方式和方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展[3]。授課教師雖然目前具備的知識比學(xué)生多，但回溯十幾年退回到學(xué)生時(shí)代，不一定比同齡學(xué)生的創(chuàng)新思維強(qiáng)，只是“先知”而已。因此，教師本身的創(chuàng)新能力還需在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步提高。

在滲流力學(xué)的教學(xué)目標(biāo)上，要突出學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，使創(chuàng)新變成自覺主動的行為。在教學(xué)內(nèi)容上，應(yīng)激勵(lì)學(xué)生敢于思考，勇于實(shí)踐，善于總結(jié)，敢于挑戰(zhàn)權(quán)威，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。我們知道，任何理論都有其適應(yīng)范圍，如物理學(xué)中牛頓運(yùn)動定律適用于低速運(yùn)動的物體，而狹義相對論就適用于接近光速運(yùn)動的物體。滲流力學(xué)中的相關(guān)理論也一樣，穩(wěn)定滲流、不穩(wěn)定滲流、擬穩(wěn)定滲流、單向流、平面徑向流都有其適應(yīng)范圍。任何一個(gè)理論既有自己的優(yōu)點(diǎn)，也有自己的缺陷，學(xué)生應(yīng)該不懼權(quán)威，敢于向已有理論進(jìn)行挑戰(zhàn)、完善甚至推翻。

在教學(xué)的組織形式上，要打破單調(diào)機(jī)械的教師講學(xué)生聽的單向傳輸教學(xué)組織形式，創(chuàng)造學(xué)生大膽提問的環(huán)境，要形成一個(gè)互動的、以學(xué)生為中心的課堂，以培養(yǎng)學(xué)生的批判能力和創(chuàng)新思維。（1）重過程。在滲流力學(xué)中，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維重在教學(xué)的過程，并不是單純的知識教育。學(xué)生通過自學(xué)也可以掌握相應(yīng)的知識，教師應(yīng)教會學(xué)生能對所學(xué)知識有所選擇、判斷、解釋、運(yùn)用，提高自己的思維水平，從而有所發(fā)現(xiàn)，有所創(chuàng)造。（2）重體驗(yàn)。滲流力學(xué)涉及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，如單向流模擬、平面徑向流模擬、多井干擾電模擬，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識和學(xué)習(xí)的體驗(yàn)，從而培養(yǎng)學(xué)生對未知事物的好奇心理、對固有觀念的批判意識、尊重事實(shí)堅(jiān)持真理的科學(xué)精神以及勇于探索不斷進(jìn)取的精神力量。（3）重應(yīng)用。學(xué)生在滲流力學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，首先掌握的是相關(guān)的概念以及名詞，比如流量、壓差；然后是學(xué)習(xí)相關(guān)的規(guī)則和定律，懂得概念和概念之間的聯(lián)系，比如達(dá)西定律之中，通過滲透率，可將流量和壓差這兩個(gè)概念聯(lián)系起來；最后是解決問題的學(xué)習(xí)，即通過概念和規(guī)則來解決問題，比如學(xué)生可以通過相關(guān)的滲流力學(xué)公式對油田產(chǎn)能進(jìn)行計(jì)算，從而進(jìn)行合理產(chǎn)能設(shè)計(jì)。將教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)放在解決問題上，可以使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程充滿發(fā)現(xiàn)和探究的特點(diǎn)，提高創(chuàng)新思維。（4）重全員參與。教師在教學(xué)過程中加強(qiáng)教學(xué)互動，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中加強(qiáng)合作學(xué)習(xí)。充分尊重、理解、包容彼此之間的觀點(diǎn)，通過思維的碰撞，就可以激發(fā)出創(chuàng)新的火花。

在滲流力學(xué)的教學(xué)過程中，知識的學(xué)習(xí)不是唯一目的，而是認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)、訓(xùn)練思維能力、掌握學(xué)習(xí)方法的手段；現(xiàn)成的結(jié)論并不是最重要的，重要的是得出結(jié)論的過程，創(chuàng)造性、創(chuàng)新能力正寓于創(chuàng)造過程中。在課堂教學(xué)中，重要的是教給學(xué)生學(xué)習(xí)的方法，授之以漁。改進(jìn)教學(xué)方法，學(xué)生通過滲流力學(xué)創(chuàng)新思維的訓(xùn)練，可以掌握數(shù)學(xué)建模的基本能力，在基礎(chǔ)滲流力學(xué)的基礎(chǔ)上，他們完全可以自學(xué)滲流力學(xué)中的物理化學(xué)滲流、非等溫滲流、非牛頓流體滲流等比較高深的理論。

2.培養(yǎng)學(xué)生對滲流力學(xué)、數(shù)學(xué)之美的感受

美的感受可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。在多井干擾理論中，無限大地層等產(chǎn)量一源一匯滲流時(shí)的等壓線就是圓心在x軸上移動的一簇圓， 流線是圓心在y軸上移動的一簇圓，y軸是等壓線，x軸是流線， 整個(gè)水動力學(xué)場關(guān)于y軸和x軸對稱，這種滲流場圖就體現(xiàn)了滲流力學(xué)之對稱美，比例美，簡潔美。將滲流場圖與電磁學(xué)中的電場線、磁感線聯(lián)系起來，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)水電之間的相似性，就會使學(xué)生感受到自然規(guī)律的神奇和壯麗之美，從而激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。

楊振寧教授在《美與物理學(xué)》中說道：“我把數(shù)學(xué)跟物理的關(guān)系比喻作兩個(gè)樹葉子，一個(gè)樹葉子向這個(gè)方向，一個(gè)樹葉子向那個(gè)方向，一個(gè)是物理一個(gè)是數(shù)學(xué)。這兩個(gè)葉子是大多數(shù)的地方都不重疊，可是在根的地方，有一小塊地方是重疊的。這一小塊地方不是很大，只是占每一個(gè)領(lǐng)域的也許百分之五或者百分之十的這樣子，在這個(gè)重疊的地方非常奇怪的是這兩個(gè)領(lǐng)域享有共同的觀念，所以它們在這個(gè)根源上面的關(guān)系是非常密切的。”同樣，滲流力學(xué)的教學(xué)工作離不開數(shù)學(xué)這個(gè)工具，培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)學(xué)的興趣，就可能極大地激發(fā)他們對滲流力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。某位教師，在學(xué)生時(shí)代就對數(shù)學(xué)有著濃厚的興趣，花費(fèi)了幾年的時(shí)間研究一些高深的數(shù)學(xué)理論（如張量分析理論，這是廣義相對論的一個(gè)重要工具），研究了水平等厚均質(zhì)儲層中的水驅(qū)油規(guī)律，運(yùn)用張量分析建立了忽略油水流度差異的流體運(yùn)動學(xué)通式，可作為流體運(yùn)動學(xué)理論的重要補(bǔ)充[4]。因此，對數(shù)學(xué)及力學(xué)的熱愛和興趣就會轉(zhuǎn)化為沒有任何功利思想的自覺研究滲流力學(xué)理論的動力，養(yǎng)成一種創(chuàng)新思維。

3.將科研方法融入到教學(xué)工作之中

高校的科研工作是國家科研系統(tǒng)的重要組成部分，是高校的本質(zhì)要求和主要職能，對高校自身的發(fā)展也起著極其重要的作用。它是培養(yǎng)高層次人才的重要手段，是提高師資水平的重要途徑，是形成和發(fā)展新學(xué)科的重要基礎(chǔ)[5]。將科研方法融入到本科生的教學(xué)工作中，這對他們以后從事科研工作具有十分重要的作用。

科學(xué)研究必須遵循一定的程序。通常，一項(xiàng)完整的、系統(tǒng)的科學(xué)研究活動主要有7個(gè)步驟：確定研究課題，查詢文獻(xiàn)資料，形成基本假設(shè)，制訂研究計(jì)劃，收集整理資料，分析推導(dǎo)結(jié)論，撰寫研究報(bào)告。在滲流力學(xué)的教學(xué)工作中，可以有意識地將這些科研環(huán)節(jié)全部或者部分融入到課堂教學(xué)中。例如，在單相流體的滲流問題中，基本假設(shè)條件：（1）均質(zhì)流體。不考慮油和水在粘度和重度上的差別，不考慮毛管力的影響。（2）地層壓力必須高于飽和壓力，不產(chǎn)生溶解氣從油中分離的過程。這些假設(shè)條件就是在進(jìn)行研究之前預(yù)先設(shè)想的、暫定的理論，它必須是有一定根據(jù)的猜測。一個(gè)科學(xué)合理的假設(shè)，必須以科學(xué)、明確的概念為基礎(chǔ)，必須具有經(jīng)驗(yàn)性的統(tǒng)一，必須有所限制，必須要與有效的技術(shù)相聯(lián)系，必須與總體理論相關(guān)聯(lián)。前述單相流體的滲流問題的基本假設(shè)，適用于早期注水開發(fā)的油田，注采保持平衡，油藏壓力在泡點(diǎn)壓力之上，這就是這個(gè)基本假設(shè)所限定的研究范圍。在滲流力學(xué)的教學(xué)過程中，將科研程序有意識地融入其中，必將有助于提高學(xué)生的科研創(chuàng)新思維和能力。

[1] 雷登生，戚志林，李澗松，等.《油氣層滲流力學(xué)》課程教學(xué)改革思考[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2011，(12)：177-178.

[2] 尹鑫.論抽象思維的創(chuàng)新特質(zhì)[J].廣州大學(xué)學(xué)報(bào)(社會科學(xué)版)，2006，5(3)：43-47.

[3] 井維華，田東風(fēng).教師的教育創(chuàng)新能力及培養(yǎng)[J].繼續(xù)教育研究，2006，(2)：145-147.

[4] 齊成偉.平面穩(wěn)態(tài)流速場運(yùn)動學(xué)通式[J].天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2013，7(6)：3-4.

[5] 教育部西南高校師資培訓(xùn)中心.高等教育學(xué)[M].重慶：重慶出版社，2006：220-231.

Title: Teaching Method Research for Innovative Thinking of Seepage Flow Mechanics

Author(s): YUAN Ying-zhong, QI Zhi-lin, YAN Wen-de, LI Ji-qiang, LEI Deng-sheng

seepage flow mechanics; sense of beauty; innovative thinking; teaching method

G642

A

1006-9372 （2014）02-0060-03

2014-04-01。

袁迎中，男，講師，主要從事油藏工程、數(shù)值模擬、油氣田開發(fā)的理論與技術(shù)研究工作。