楊斌 許紅林 盧宇 向祖平 蘇堪華

[摘 要] 針對“海洋環(huán)境”課程目前教學(xué)存在難以有效支撐學(xué)生解決海洋油氣復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)，從當(dāng)前“金課”建設(shè)背景出發(fā)，依據(jù)“兩性一度”課程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，貫穿工程教育專業(yè)認(rèn)證理念和新工科建設(shè)要求，從豐富教學(xué)內(nèi)容體系、改進(jìn)創(chuàng)新教學(xué)方法、改革考核評價(jià)方式三方面深入開展了“海洋環(huán)境”課程教學(xué)探索和實(shí)踐，結(jié)果表明學(xué)生對課程學(xué)習(xí)積極性明顯提高，課程教學(xué)總體達(dá)成度良好，課程改革較好地達(dá)到了預(yù)期效果，為支撐海洋油氣工程專業(yè)高素質(zhì)人才培養(yǎng)打下良好基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞] 兩性一度;海洋環(huán)境;課程教學(xué);海洋油氣工程;復(fù)雜工程問題

[基金項(xiàng)目] 2020年度重慶市高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“‘海洋環(huán)境’課程‘兩性一度’建設(shè)研究與實(shí)踐”（203360）;2020年度重慶科技學(xué)院本科教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目“‘海洋環(huán)境’課程‘兩性一度’建設(shè)研究與實(shí)踐”（202005）;2018年度重慶市高等教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目“適應(yīng)智能油氣田發(fā)展戰(zhàn)略需求的石油類專業(yè)改造升級路徑研究與實(shí)踐”（182023）

[作者簡介] 楊 斌（1979—），男，河南南陽人，博士，重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院副院長，副教授，主要從事油氣井工程管柱力學(xué)和有限元分析研究。

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）14-0117-04 [收稿日期] 2021-08-26

引言

加快海洋油氣開發(fā)是“堅(jiān)持陸海統(tǒng)籌，加快建設(shè)海洋強(qiáng)國”國家戰(zhàn)略的重要組成部分。當(dāng)前，我國海洋油氣開發(fā)已逐漸走向深海，這必將面臨更加惡劣的海洋工程環(huán)境，需求更加高端的油氣裝備和核心技術(shù)。因此，迫切需要培養(yǎng)一批知識、能力、素質(zhì)全面發(fā)展，具備解決海洋鉆完井、海洋采油氣、海洋油氣集輸?shù)裙こ填I(lǐng)域復(fù)雜工程問題能力的高級工程技術(shù)專門人才。“海洋環(huán)境”課程是海洋工程類專業(yè)的必修專業(yè)基礎(chǔ)課程[1，2]，對該門課程的學(xué)習(xí)效果將直接影響培養(yǎng)學(xué)生解決海洋油氣領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的核心能力，它在整個課程體系中起到重要的樞紐作用。由于該課程物理概念較抽象，涉及的數(shù)學(xué)和力學(xué)知識較多，公式推導(dǎo)煩瑣，學(xué)生對其中的基本理論和分析方法不能很好地理解與掌握，近四年結(jié)業(yè)考試卷面不及格率偏高，反映出學(xué)生對知識的遷移能力不足、應(yīng)用能力偏弱，影響后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果。因此，迫切需要加快“海洋環(huán)境”課程內(nèi)涵建設(shè)，為培養(yǎng)高素質(zhì)海洋油氣工業(yè)人才提供支撐。

2018年11月24日，在第十一屆“中國大學(xué)教學(xué)論壇”上，教育部高等教育司司長吳巖提出了“金課”標(biāo)準(zhǔn)是“兩性一度”即高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度[3，4]。所謂“高階性”，就是知識能力素質(zhì)的有機(jī)融合，是要培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維。所謂“創(chuàng)新性”，是指課程內(nèi)容要反映前沿性和時代性，教學(xué)形式呈現(xiàn)先進(jìn)性和互動性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個性化。所謂“挑戰(zhàn)度”，是指課程有一定難度，需要跳一跳才能夠得著，老師備課和學(xué)生課下有較高要求。因此，針對“海洋環(huán)境”課程教學(xué)存在的主要問題，從當(dāng)前“金課”建設(shè)背景出發(fā)，依據(jù)“兩性一度”課程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，貫穿工程教育專業(yè)認(rèn)證理念和新工科建設(shè)要求，從豐富教學(xué)內(nèi)容體系、改進(jìn)創(chuàng)新教學(xué)方法、改革考核評價(jià)方式三方面深入開展了“海洋環(huán)境”課程內(nèi)涵建設(shè)，為支撐海洋油氣工程高素質(zhì)人才培養(yǎng)打下良好基礎(chǔ)[5-8]。

一、課程教學(xué)存在的問題

（一）教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)計(jì)高階性不足，不能充分體現(xiàn)知識能力素質(zhì)的有機(jī)融合，難以有效支撐培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維

一是遷移基礎(chǔ)知識能力培養(yǎng)的內(nèi)容環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)不系統(tǒng)。“海洋環(huán)境”課程內(nèi)容涉及大量復(fù)雜的理論推導(dǎo)，學(xué)生必須具備較強(qiáng)的大學(xué)物理、流體力學(xué)、高等數(shù)學(xué)和概率論等基礎(chǔ)知識，有時甚至還需要一定的張量代數(shù)知識，往往完成一個知識點(diǎn)的教學(xué)要涉及多個方面的知識點(diǎn)融合。然而，當(dāng)前教學(xué)設(shè)計(jì)缺失了對相關(guān)物理背景和基礎(chǔ)知識的有機(jī)補(bǔ)充和邏輯整合，導(dǎo)致上課時學(xué)生很難順利地將所學(xué)基礎(chǔ)知識遷移到解決本門課程內(nèi)容學(xué)習(xí)中，使得教師難以緊緊圍繞知識點(diǎn)邏輯主線順利開展教學(xué)，學(xué)生難以掌握知識點(diǎn)的本質(zhì)和內(nèi)涵，也不利于培養(yǎng)他們嚴(yán)密的邏輯思維能力、分析和解決問題能力。

二是解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的內(nèi)容設(shè)計(jì)不豐富?！昂Ｑ蟓h(huán)境”課程教學(xué)主要以理論知識講解為主，而關(guān)于理論知識在工程實(shí)際中的應(yīng)用相對偏少。目前課堂講授的例題和課后布置的練習(xí)題主要是針對相關(guān)知識點(diǎn)的直接應(yīng)用，而結(jié)合專業(yè)背景的案例綜合應(yīng)用偏少，特別是缺乏海洋環(huán)境與海洋裝備與平臺工程、海洋油氣鉆采輸工程結(jié)合的綜合案例，使得學(xué)生對基礎(chǔ)知識應(yīng)用的深入理解和訓(xùn)練強(qiáng)度不足。因此，難以有效支撐培養(yǎng)學(xué)生解決海洋油氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題基礎(chǔ)能力的培養(yǎng)。

（二）教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法創(chuàng)新性不足，不能及時反映學(xué)科前沿和時代要求，難以有效培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能動意識和探究能力

一是課程內(nèi)容不能較好反映學(xué)科前沿技術(shù)。目前課程教學(xué)具體內(nèi)容幾乎都來自所選用的教材，由于教材內(nèi)容是有限的且更新不及時，特別是缺乏融入學(xué)科前沿的先進(jìn)技術(shù)介紹，不利于學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識的同時了解當(dāng)前技術(shù)動態(tài)、深刻把握當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的瓶頸、深刻理解學(xué)好本門課程的重要性，也不利于課堂學(xué)術(shù)氛圍的營造。

二是課程內(nèi)容不能充分支撐課程思政目標(biāo)。當(dāng)前我國海洋石油開發(fā)的總體技術(shù)水平與國外相比還存在較大差距，特別是在深水油氣開發(fā)領(lǐng)域還存在一些卡脖子的關(guān)鍵裝備和核心技術(shù)亟待突破，由此帶來的領(lǐng)土爭端和海洋權(quán)益問題時刻牽動著每個中國人的心。因此，課程教學(xué)過程中可通過國內(nèi)外技術(shù)對比，不斷融入滲透我國海洋石油工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀和本門課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)性和重要性，從而增強(qiáng)學(xué)生愛國意識，激發(fā)學(xué)生愛國熱情，堅(jiān)定學(xué)生投身海洋石油工業(yè)的決心，為將來成為海洋石油工程的合格建設(shè)者和接班人打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這樣既可以使學(xué)生深刻領(lǐng)悟授課內(nèi)容，又可以將理論知識提升到情感價(jià)值觀方面，實(shí)現(xiàn)愛祖國、愛石油、愛學(xué)習(xí)。

三是教學(xué)方式單一、缺乏互動性和探究性。目前“海洋環(huán)境”課程以教師課堂主動講授呈現(xiàn)知識、學(xué)生被動接受結(jié)論為主，學(xué)生課后完成練習(xí)、鞏固知識為輔。由于教學(xué)設(shè)計(jì)缺乏研討式教學(xué)，課堂教學(xué)互動性不夠，加之課程復(fù)雜、抽象的理論推導(dǎo)，部分學(xué)生反映課程學(xué)習(xí)比較枯燥、學(xué)習(xí)興趣不高，教學(xué)效果不好，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的探究意識、探究精神和探究能力。同時，現(xiàn)有可供學(xué)生自我訓(xùn)練的課程案例載體不足，學(xué)生課后訓(xùn)練的強(qiáng)度和深度不夠，導(dǎo)致學(xué)生不能舉一反三，難以有效支撐培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)。

（三）課程考核評價(jià)挑戰(zhàn)度不夠，基于課程目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的考核方式設(shè)計(jì)不系統(tǒng)，難以考查學(xué)生解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的核心能力

課程現(xiàn)有考核方式主要包括平時作業(yè)、隨堂測試和期末考試，隨堂測試和平時作業(yè)主要側(cè)重考察基本概念、基本理論和知識點(diǎn)的基本應(yīng)用，而關(guān)于解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的綜合應(yīng)用型題目較少。同時，期末考試記憶類知識點(diǎn)的考核還相對偏多，而側(cè)重綜合應(yīng)用能力知識點(diǎn)的考核相對偏少，不利于學(xué)生在基本知識和基本理論掌握基礎(chǔ)上進(jìn)行知識應(yīng)用和舉一反三，難以考察到學(xué)生將分散的知識有機(jī)融合從而提高分析和解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的能力。總體上，現(xiàn)有課程考核評價(jià)體現(xiàn)出重知識、弱能力的典型特征，難以實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的有效達(dá)成。

二、教學(xué)改革探索與實(shí)踐

（一）豐富教學(xué)內(nèi)容體系

一是整合相關(guān)基礎(chǔ)知識、提升知識遷移能力。根據(jù)課程教學(xué)需要，以學(xué)生普遍反映的知識難點(diǎn)課堂教學(xué)為邏輯主線，補(bǔ)充其涉及的相關(guān)物理、數(shù)學(xué)和流體力學(xué)知識。例如，針對地轉(zhuǎn)偏向力的計(jì)算，讓學(xué)生課前復(fù)習(xí)向量積的含義和坐標(biāo)運(yùn)算;針對基于重現(xiàn)期確定設(shè)計(jì)風(fēng)速，讓學(xué)生課前學(xué)習(xí)概率密度分布函數(shù)。通過將本門課程知識點(diǎn)內(nèi)容學(xué)習(xí)向前適當(dāng)擴(kuò)展延伸，使學(xué)生在課前預(yù)習(xí)階段就能盡量熟悉或提前學(xué)習(xí)相關(guān)必備知識，從而大幅提升了課堂教學(xué)的流暢性，有助于幫助學(xué)生深刻理解知識的來龍去脈，培養(yǎng)他們對基礎(chǔ)知識的遷移能力、嚴(yán)密的邏輯思維能力和分析解決實(shí)際問題的能力。

二是開發(fā)案例教學(xué)資源、強(qiáng)化工程應(yīng)用能力。針對目前課堂講授的例題和課后布置的練習(xí)題主要是針對相關(guān)知識點(diǎn)的直接應(yīng)用，而缺乏結(jié)合專業(yè)背景的案例綜合應(yīng)用。將本門課程應(yīng)用適當(dāng)向后擴(kuò)展，充分結(jié)合海洋油氣鉆采輸工程實(shí)際應(yīng)用，開發(fā)海洋環(huán)境載荷分析和計(jì)算的案例教學(xué)資源和課后習(xí)題資源，提升學(xué)生對課程知識的應(yīng)用能力，也為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

三是融入學(xué)科前沿知識、營造課堂學(xué)術(shù)氛圍。海洋環(huán)境和載荷理論與應(yīng)用是不斷發(fā)展的，而教材內(nèi)容卻是有限的。為了實(shí)現(xiàn)“金課”建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，突出課程對海洋油氣裝備和鉆采輸工程的重要意義和樞紐支撐作用，課程教學(xué)過程中融入載人深潛技術(shù)、海洋石油鉆井平臺、生產(chǎn)儲油平臺、水下井口采油樹等海洋油氣開發(fā)裝備技術(shù)、深海資源開發(fā)等前沿技術(shù)，同時授課過程中將教師學(xué)科科研成果與教材內(nèi)容進(jìn)行融合，打造獨(dú)具特色的知識體系，從而滿足學(xué)生個性化的學(xué)習(xí)要求，使課堂更具學(xué)術(shù)性和拔高性。

四是滲透課程思政教育元素、增強(qiáng)協(xié)同育人效應(yīng)。課程思政指以構(gòu)建全員、全程、全課程育人格局的形式，將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，把立德樹人作為教育的根本任務(wù)的一種綜合教育理念[9]。通過“海洋環(huán)境”課程的學(xué)習(xí)，著力激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。課程教學(xué)過程中，一方面通過海洋國土和海洋油氣資源開發(fā)等內(nèi)容學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生海洋強(qiáng)國的責(zé)任感和使命擔(dān)當(dāng)。另一方面，通過融入載人深潛技術(shù)、海洋石油981平臺等海洋油氣開發(fā)裝備技術(shù)、深海油氣開發(fā)等前沿技術(shù)講解，激發(fā)學(xué)生投身科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

（二）改進(jìn)創(chuàng)新教學(xué)方法

針對課程目前教學(xué)方式單一、缺乏互動性和探究性、學(xué)生積極性和參與度不高的問題，提出了基于案例式+研討式+線上線下互動式的課程教學(xué)方法[10-12]。教師選取海洋鉆采輸工程中典型海洋環(huán)境載荷分析計(jì)算工程案例，從而在教學(xué)過程中自動將學(xué)生帶入真實(shí)的工程問題環(huán)境。教學(xué)過程中，將學(xué)生分成4～6個小組，各組由1名組長、1名副組長和若干成員組成，教師根據(jù)工程案例具體教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)若干問題，各組組長組織成員展開討論，圍繞工程案例相關(guān)問題發(fā)表自己的見解，小組副組長對每個人的發(fā)言討論情況進(jìn)行記錄，最后全體小組成員討論形成總結(jié)文稿。小組討論可采用線上討論、線下討論或者線上線下結(jié)合討論等多種形式。

課堂討論過程中，教師主要起到引導(dǎo)和糾偏作用，通過層層深入的提問方式，讓學(xué)生對知識點(diǎn)及其工程應(yīng)用有了深刻的理解和掌握。學(xué)生在討論問題、發(fā)表見解、觀點(diǎn)交鋒的過程中，由原來的單純聽講、接受灌輸?shù)谋粍拥匚?，轉(zhuǎn)化為主動參與、發(fā)現(xiàn)、探究的主體地位，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的理念，提高了他們語言表達(dá)能力和思辨能力。同時，學(xué)生通過獨(dú)立思考或集體協(xié)作，基于工程案例開展深度綜合思考，增強(qiáng)了他們對基礎(chǔ)知識的遷移能力和應(yīng)用能力，提升了其識別、分析和解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的綜合能力，引導(dǎo)了學(xué)生變注重知識為注重能力，同時培養(yǎng)了他們正確的學(xué)習(xí)理念、溝通能力和協(xié)作精神。

此外，教師通過將部分教學(xué)資料和課后作業(yè)或練習(xí)上傳到學(xué)校課程與資源中心等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，要求學(xué)生線上完成自主學(xué)習(xí)，課上教師重點(diǎn)針對學(xué)生的線上學(xué)習(xí)情況進(jìn)行詳細(xì)講解，并回答學(xué)習(xí)疑問，有針對性地解決學(xué)生學(xué)習(xí)困惑，實(shí)現(xiàn)老師教為中心向?qū)W生學(xué)為中心的轉(zhuǎn)變，從而彌補(bǔ)課內(nèi)學(xué)時的不足、加大學(xué)生課外學(xué)習(xí)強(qiáng)度和深度。

（三）改革考核評價(jià)方式

一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)考核方式、全方位實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)。課程考核以考核學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成為主要目的，以檢查學(xué)生對各知識點(diǎn)的掌握程度和應(yīng)用能力為重要內(nèi)容，包括平時考核和期末考核兩個部分。平時考核采用課堂討論、回答問題、隨堂測試和平時作業(yè)等方式評定學(xué)生成績;期末考核采用紙筆考試評定學(xué)生成績。

二是優(yōu)化設(shè)計(jì)考核內(nèi)容、多角度考查應(yīng)用能力。為了使學(xué)生在掌握基本知識和基本理論基礎(chǔ)上，能將分散的知識有機(jī)融合、遷移，提高對知識的綜合應(yīng)用能力以及解決實(shí)際問題的能力，課程考核內(nèi)容盡量減少“記憶類”知識點(diǎn)，增加了多個知識點(diǎn)融合考核，重點(diǎn)增加了綜合性和應(yīng)用型題目考核。一方面提高平時作業(yè)綜合性和應(yīng)用題目占比，將其占平時作業(yè)考核分值比例提高為不低于60%;另一方面期末試卷命題盡量減少“記憶類”知識點(diǎn)考核，綜合性和應(yīng)用型題目提高到70%。

（四）課程教學(xué)效果評價(jià)

基于案例式+研討式+線上線下互動式教學(xué)設(shè)計(jì)，在海洋油氣工程專業(yè)2018級、2019級學(xué)生中開展了多次教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的參與度和積極性明顯提高。近兩年課程教學(xué)考核總體達(dá)成度良好，學(xué)生期末考試卷面不及格率大幅度降低，從最高22.7%降低到2%內(nèi);期末考試平均成績增至75分，增加了27%;課程考試平均成績增至88.5分，增加了28%。學(xué)生對基礎(chǔ)知識的遷移能力、應(yīng)用能力以及系統(tǒng)解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的綜合能力不斷提升，總體上課程改革較好地達(dá)到了預(yù)期效果。

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Exploration and Practice of Course Teaching of Marine Environment Based on the Standard of “Profoundness-Innovation-Challenging”

YANG Bin， XU Hong-lin， LU Yu， XIANG Zu-ping， SU Kan-hua

（School of Petroleum and Engineering， Chongqing University of Science and Technology， Chongqing 401331， China）

Abstract： Considering that the current teaching of Marine Environment course is difficult to effectively support the cultivation of students’ ability to solve the complex engineering problems of offshore oil and gas， and starting from the current background of “gold course” construction， the course construction standard of “profoundness-innovation-challenging”， the concept of engineering education professional certification and the requirements of “emerging engineering education” construction， the teaching exploration and practice of Marine Environment course has been done in the three aspects of the enrichment of teaching content system， the improvement of innovative teaching methods， and the reform of evaluation method. The results show that students’ enthusiasm for the course has been significantly improved， the teaching goal has been achieved well on the whole， and the course reform has achieved the expected results， laying a good foundation for supporting the training of high-quality talents in the offshore oil and gas engineering major.

Key words： profoundness-innovation-challenging; marine environment; course teaching; offshore oil and gas engineering; complex engineering problems