劉子龍,楊東杰,陳君青,韋世明,王玲謙

(1.中國石油大學(北京)理學院,油氣光學與探測北京市重點實驗室,北京 102249;2.油氣資源與工程全國重點實驗室 中國石油大學(北京),北京 1002249)

石油精神作為共產(chǎn)黨人的第一批精神譜系之一,得到了習近平總書記的高度重視,他在回信中強調(diào)了石油精神的重要性,并在勝利油田調(diào)研時提出要端好能源飯碗。石油精神是在石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中形成的一種價值觀和精神品質(zhì),體現(xiàn)了石油產(chǎn)業(yè)工作者在面對艱苦環(huán)境和重大挑戰(zhàn)時所展現(xiàn)出的堅韌、團結(jié)、創(chuàng)新和安全意識。這種精神與科學家精神有著共通之處,都強調(diào)追求真理、勇于創(chuàng)新和嚴謹治學的精神品質(zhì)。因此,對于石油精神的培養(yǎng)和傳承具有重要意義[1]。

大學物理實驗課程作為一門公共基礎(chǔ)課程,是培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新意識和團隊合作精神的重要途徑[2]。然而,在當前的教學體系中,物理實驗課程缺乏針對性和實用性[3],難以滿足各行各業(yè)快速發(fā)展的需求。因此,將石油精神融入大學物理實驗課程中,對于提高課程質(zhì)量和培養(yǎng)高素質(zhì)人才具有重要意義,為我國石油產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展注入新的活力。

1 大學物理實驗課程現(xiàn)狀分析

1.1 實驗內(nèi)容理論化

部分大學物理實驗課程的設(shè)計過于理論化,涉及的實驗內(nèi)容與實際應(yīng)用相差較遠[4,5],僅是對理論知識的簡單演示,無法給學生提供實際應(yīng)用場景下的物理實驗。此外,一些大學物理實驗課程的實驗內(nèi)容過于繁瑣,實驗重點不明確,學生難以把握實驗的關(guān)鍵點和實際應(yīng)用中的核心問題,無法真正理解物理知識在實際中的應(yīng)用。

1.2 實驗操作簡單化

盡管物理實驗課程強調(diào)實踐操作,但是很多大學物理實驗室的實驗設(shè)備和器材已經(jīng)陳舊、過時[6],同時實驗環(huán)境無法真實地反映實際工作場景,實驗流程和操作過于簡單,導致缺乏實際操作經(jīng)驗的訓練。此外,部分同學的課程安排過于緊張,簡化了實驗操作流程,這使得學生無法掌握實際應(yīng)用中的復雜操作技能和實踐經(jīng)驗,從而難以應(yīng)對實際工作中的挑戰(zhàn)。

1.3 實驗創(chuàng)新匱乏化

大學物理實驗課程的部分實驗內(nèi)容缺乏新意,不能很好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。大學物理實驗課程也存在教學方法比較單一的問題,只采用傳統(tǒng)的實驗操作和理論講解,更加偏重于實驗報告的書寫和實驗成果的呈現(xiàn),無法引導學生開展創(chuàng)新性的實驗研究,從而限制了學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.4 團隊合作缺失化

大學物理實驗課程的設(shè)計缺乏團隊合作元素,學生的實驗任務(wù)基本上都是獨立完成的,缺乏與同學之間的合作交流,不能充分發(fā)揮團隊的優(yōu)勢,培養(yǎng)學生的團隊合作精神。這種設(shè)計方式使學生無法領(lǐng)會和體驗團隊合作的重要性和價值,無法真正融入到團隊中,難以培養(yǎng)學生之間團隊協(xié)作精神和溝通能力,對于未來職業(yè)發(fā)展產(chǎn)生不利影響。

1.5 時代適應(yīng)性差

隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展,傳統(tǒng)的大學物理實驗教學面臨著新的挑戰(zhàn)和局限性。特別是在疫情時期,為了控制疫情傳播,學校不得不采取臨時性地關(guān)閉實驗室的措施,這給傳統(tǒng)的實驗教學帶來了巨大的沖擊。實驗課程的暫停使學生無法親自進行實驗操作,限制了他們的實踐能力和實驗技能的培養(yǎng)。然而,隨著科技的進步和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,也為大學物理實驗課程帶來了新的可能性。

針對這些局限性,我們將石油精神融入大學物理實驗課程中,通過團結(jié)協(xié)作、創(chuàng)新?lián)敽颓笳鎰?wù)實等核心理念,培養(yǎng)學生的科學家精神,提高課程的針對性和實用性,為學生的未來職業(yè)發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。

2 石油精神融入大學物理課程的重要性

2.1 石油精神的起源

石油精神的背景起源可以追溯到20世紀50年代。在我國石油事業(yè)的初期,中國面臨能源短缺、科技落后以及國際政治壓力等諸多困難。為了擺脫對國外石油依賴,促進國家經(jīng)濟建設(shè),中國共產(chǎn)黨和人民政府大力支持石油事業(yè)的發(fā)展。廣大石油工人沖鋒在前,勇攀科技高峰,發(fā)揚“一不怕苦,二不怕死”的精神,付出了艱苦努力,取得了一系列重要的石油勘探和開發(fā)成果。

石油精神的形成與發(fā)展,離不開勝利油田、大慶油田等一系列重要石油產(chǎn)區(qū)的開發(fā)歷程。特別是在60年代,大慶油田的發(fā)現(xiàn)與開發(fā),進一步推動了石油精神的形成。當時的石油工人在嚴酷的自然環(huán)境和艱苦的生產(chǎn)條件下,發(fā)揚鋼鐵般的意志和頑強拼搏的精神,取得了世界矚目的開發(fā)成果,為國家的能源安全和經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大貢獻。在這一過程中,石油工人們展現(xiàn)出了敢于攻堅克難、艱苦奮斗的精神風貌,他們追求科技創(chuàng)新,努力提高自身技能,共同克服了一個又一個難題。石油精神逐漸成為中國石油產(chǎn)業(yè)的社會主義核心價值觀,激勵著一代又一代石油工人為國家能源事業(yè)奮發(fā)向前。

時至今日,石油精神已經(jīng)成為中國石油產(chǎn)業(yè)的驕傲,得到了黨和國家領(lǐng)導人的高度重視。習近平總書記在多個場合強調(diào)石油精神的重要性[7],并在勝利油田調(diào)研時提出要端好能源飯碗,推動石油事業(yè)發(fā)展。石油精神不僅是石油產(chǎn)業(yè)的精神標志,也成為了中國人民在面對困難和挑戰(zhàn)時所展現(xiàn)出的勇敢、拼搏、團結(jié)和創(chuàng)新的精神風貌。

2.2 石油精神的核心價值

石油精神是指在石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中,人們?yōu)榱藢崿F(xiàn)國家能源戰(zhàn)略目標,克服重重困難,不斷探索創(chuàng)新,形成的一種精神風貌[8]。他的社會主義核心價值觀主要包括以下幾個方面:

表1 社會主義核心價值觀的內(nèi)容和意義

2.3 石油精神的融入意義

中國石油大學(北京)將石油精神融入大學物理實驗課程中,具有三方面的重要意義:

(1)提升教學質(zhì)量:將石油精神融入大學物理實驗課程,可以提高課程的針對性和實用性,培養(yǎng)學生的實際操作能力和創(chuàng)新意識,從而提升整體教學質(zhì)量。石油精神所強調(diào)的勇于創(chuàng)新、團隊協(xié)作、求真務(wù)實等核心理念,可以幫助學生在物理實驗中發(fā)掘問題并解決問題,提高其創(chuàng)新思維和實踐能力。

(2)為石油產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)人才:石油產(chǎn)業(yè)是國家經(jīng)濟和安全的重要支柱,物理是石油技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。將石油精神融入大學物理實驗課程,可以為石油產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)具備實際操作能力和創(chuàng)新精神的人才,培養(yǎng)學生的追求真理、嚴謹求實的科學家精神。通過實驗課程中的實際操作和創(chuàng)新實踐,學生還可以更好地理解和應(yīng)用石油產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù),從而為其未來的職業(yè)發(fā)展做好準備。

(3)傳承石油精神:將石油精神融入大學物理實驗課程,可以加深學生對石油精神的理解和認同,使其在學習和實踐中傳承和發(fā)揚石油精神。通過石油精神的傳承,學生可以更好地理解和秉承中國石油工業(yè)所倡導的價值觀和精神品質(zhì),為國家能源事業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展作出貢獻。

3 石油精神融入大學物理實驗的方法與策略

3.1 豐富實驗內(nèi)容

結(jié)合石油產(chǎn)業(yè)的實際需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢,找出與物理實驗相關(guān)的實際問題和工作場景,將石油產(chǎn)業(yè)的典型工作場景和實際問題融入實驗內(nèi)容中,設(shè)計與石油產(chǎn)業(yè)相關(guān)的實驗項目。例如,在石油勘探領(lǐng)域可以設(shè)計與地震探測、地熱勘探等相關(guān)的實驗項目;在石油開采領(lǐng)域可以設(shè)計與石油鉆井、石油采收等相關(guān)的實驗項目。讓學生在實驗過程中加強實際應(yīng)用和操作技能的訓練,使實驗課程更具針對性和實用性。

3.2 強化實踐教學

學校在實驗設(shè)計中應(yīng)充分考慮實際應(yīng)用場景,通過改善實驗室環(huán)境,提高實驗室的實際性,如投入更多資金購置新的實驗設(shè)備和器材,以便學生能夠接觸和學習使用最新的儀器和設(shè)備,掌握實際操作技能。在課程中增加實踐環(huán)節(jié),組織學生外出實踐和考察活動,例如石油生產(chǎn)現(xiàn)場、油田或者煉油廠等地考察,讓學生親身感受石油產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和問題,了解石油精神的重要性和實際應(yīng)用,培養(yǎng)學生的追求真理、嚴謹求實的科學家精神。同時安排一些實際操作的實驗,例如對于測量原油黏度的實驗,可以在現(xiàn)場進行實地取樣和實驗操作,讓學生感受到實際操作中的復雜性和挑戰(zhàn)性,培養(yǎng)其實際操作能力。此外,還要鼓勵學生大膽創(chuàng)新[9],組織學生分成小組,自主探索新的測量方法,實現(xiàn)知識的共享和創(chuàng)新的思維碰撞,讓學生在團隊合作中充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢和才能,從而培養(yǎng)團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新意識。

3.3 開展相關(guān)講座

定期舉辦石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的物理知識的專題講座,①邀請石油行業(yè)工作多年的研究員、在物理領(lǐng)域有重要貢獻的學者或教學領(lǐng)域有豐富經(jīng)驗的專家教授來學校分享經(jīng)驗,分享石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的技術(shù)研究和創(chuàng)新經(jīng)驗,鼓勵學生在物理實驗中發(fā)揮探索和創(chuàng)新精神,幫助學生提高科研意識和創(chuàng)新能力;②制作相關(guān)海報和宣傳材料。在海報上展示一些成功人士的故事和成長歷程,讓學生了解到創(chuàng)新和勇毅精神的重要性,鼓勵他們在實驗中勇于探索,敢于嘗試;③安排實踐課程,提供學生與專家教授交流的機會。結(jié)合實驗課程安排,讓學生在真實的實驗環(huán)境中與現(xiàn)場的專家教授交流,并引導學生提出問題,深入探討石油產(chǎn)業(yè)中大學物理知識的應(yīng)用與實踐,培養(yǎng)學生的實踐能力和科研意識,增加石油精神的認同感。

3.4 線下趣味實驗

在實驗課程中,教師可引導學生關(guān)注石油產(chǎn)業(yè)的前沿領(lǐng)域和熱門話題,鼓勵學生參加科技競賽和項目實踐[10]。例如大學生物理競賽、科技創(chuàng)新項目等,這些活動不僅可以提高學生的專業(yè)水平和實踐能力,還可以增強他們的石油產(chǎn)業(yè)意識和熱情。教師在課堂中可以設(shè)計具有挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性的實驗項目,以激發(fā)學生的興趣和熱情,增強他們的實踐能力和創(chuàng)新意識。以下為參考實驗案例:

(1)用光譜分析技術(shù)分析石油中的組分

該實驗可以將光學知識與石油精神相結(jié)合分析石油組分。首先,可以讓學生了解石油成分的基本結(jié)構(gòu)和特點,然后讓學生使用光譜分析技術(shù),分析石油中的不同組分。通過對光譜的分析和解釋,學生可以了解到光學在石油領(lǐng)域的應(yīng)用,同時也可以培養(yǎng)他們的實驗設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。

圖1 XRF儀器分析油品組分

(2)利用顯微鏡研究石油形態(tài)結(jié)構(gòu)

該實驗可以通過使用光學顯微鏡或電子顯微鏡觀察石油樣品的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和成分等特征。首先,可以讓學生了解石油的基本特征和成因,然后讓學生使用顯微鏡觀察石油混合物的微觀結(jié)構(gòu)和形態(tài),分析其成分和結(jié)構(gòu)特點。通過對顯微鏡圖像的觀察和分析,學生可以了解到顯微鏡在石油結(jié)構(gòu)形態(tài)研究中的應(yīng)用,同時也可以培養(yǎng)他們的科學研究和探索精神。

圖2 光學顯微鏡分析石油形態(tài)結(jié)構(gòu)

(3)原油黏度的測量

原油黏度是指原油在一定溫度下的流動性能,是評估原油品質(zhì)的重要參數(shù)之一。不同類型的原油黏度各異,可以作為區(qū)分原油種類和判斷油藏性質(zhì)的依據(jù)之一。測量原油黏度是石油行業(yè)生產(chǎn)和科研中的重要內(nèi)容,有助于優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量,具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。實驗步驟如下:

a.準備實驗設(shè)備:將黏度計安裝在恒溫水浴中,保持恒溫水浴的溫度穩(wěn)定,毛細管要用酒精清洗干凈。

b.取一定量的原油樣品(例如10毫升),精確稱重并記錄質(zhì)量。

c.將原油樣品注入黏度計的注油池中,要保證注入過程中不進入空氣泡。

d.打開毛細管夾子,使毛細管連接到黏度計中,以防空氣泡進入毛細管。

e.用毛細管測量黏度計管內(nèi)的恒溫水浴溫度,確保恒溫水浴溫度穩(wěn)定。

f.通過毛細管讓原油樣品逐漸從注油池流入黏度計內(nèi),確保原油樣品在恒溫水浴內(nèi)溫度穩(wěn)定,記錄流動時間。

以上實驗都可以將光學、電子學與石油精神相結(jié)合,有助于學生深入了解石油工業(yè)中的實際應(yīng)用和科學探索,同時也可以培養(yǎng)他們的實踐能力和創(chuàng)新能力。

3.5 線上模擬實驗

隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來,傳統(tǒng)的線下大學物理實驗已難以應(yīng)對各種各樣的場景需求,而線上實驗的開展可以跨越地理與時間的限制,隨時隨地進行實驗的模擬與學習。因此有必要引進一些在線實驗平臺如Mlabs、科大銳奧物理虛擬仿真實驗中心等軟件,通過引導學生學習開展一些石油精神在大學物理實驗中應(yīng)用的實驗,如密立根油滴實驗,表界面張力測定實驗,驅(qū)油模擬實驗等,培養(yǎng)學生的實驗操作技巧,通過學習各實驗的背景及應(yīng)用,體會其背后代表的石油精神內(nèi)涵。

圖3 Mlabs物理虛擬仿真實驗中心

4 結(jié) 論

中國石油大學(北京)作為一所石油特色鮮明的院校,根據(jù)自身特點和資源不斷優(yōu)化實驗課程,探討了目前大學物理實驗課程存在的局限性,提出了將石油精神融入其中的重要性,提出了一系列具體的方法和策略,包括豐富實驗課程內(nèi)容、強化實踐教學、開展石油產(chǎn)業(yè)相關(guān)講座、模擬線上線下實驗等,這些方法和策略將有效地傳承石油精神,助力于培養(yǎng)具有實際操作能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才,為“新工科”背景下的大學物理實驗教學提供有益的借鑒。