基于CDIO-OBE理念的完井工程课程教学方法改革探究

摘  要：完井工程是石油工程本科专业的主干课程之一，针对传统教学方式在石油人才培养中的现状及教学中存在的问题，提出基于CDIO-OBE理念的完井工程课程教学设计与实践，以提高学生自主学习、创新实践和团队合作的能力。该文通过对课前-课堂-课后三个教学活动阶段的方案设计，从理论教学、实践教学、考评模式等方面对完井工程课程教学模式进行创新，初步形成“课前线上预习、课堂理论学习、课后拓展实践和以赛促教”的教学模式。在CDIO-OBE特定理念背景下的教育过程，帮助学生树立职业道德、团队精神和分享意识，为应用型人才培养模式创新提供参考和启示。

关键词：CDIO-OBE理念；完井工程；教学方法；教学改革；石油工程人才培养

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）16-0142-04

Abstract： Completion engineering is one of the main courses of petroleum engineering undergraduate program. Aiming at the status quo of traditional teaching methods in petroleum personnel training and the problems in teaching， we put forward the design and practice of completions engineering course teaching based on the concept of CDIO-OBE， in order to improve the students' ability of independent learning， innovation and practice， and teamwork. In this paper， through the program design of three teaching activity phases： pre-course， classroom and post-course， the teaching mode of Well Completion Engineering Course is innovated in terms of theoretical teaching， practical teaching and assessment mode， and the teaching mode of "pre-course online pre-study， classroom theoretical learning， post-course practice and competition for teaching" is initially formed. The educational process under the specific concept of CDIO-OBE helps students to establish professional ethics， team spirit and sharing consciousness， which provides reference and inspiration for the innovation of applied talent cultivation mode.

Keywords： CDIO-OBE concept; well completion engineering; teaching methods; teaching reform; petroleum engineering talent cultivation

在全球信息化高速发展的大背景下，技术和理念的创新使得知识获取和传授方式正在发生深刻变革，当今教育教学模式和方法的改革正在如火如荼地开展。许多高校在实践类课程中探索基于CDIO工程教学模式的实践，在理论教学中采用OBE教学理念和方法，这些教学创新都为一流本科课程建设做出了可学习、可引导的教学改革实践经验。CDIO由麻省理工学院建立，是世界广泛使用的先进现代工程教育理念。在实践教学方面，CDIO教育教学模式代表工业产品从研发到运行的整个生命周期所经历构思、设计、实施和运作的过程。OBE理念是以学生为中心、教师为主导组织、以问题为导向、任务为驱动，持续改进的教学模式。不同于传统课程，其重点关注学生学习课程结束后具备什么样的能力，能为社会发展做些什么样的贡献。CDIO和OBE理念都贯穿了教育理念的转变，就是在教学过程中以教师为中心转变为以学生为中心，教育教学改革的重点已经是学生参与式学习、学生在实践中学习[1]。

传统教育中教师主要采取灌输方式教授知识，即学生被动地接受知识，这种教学方式重传授而轻参与、重理论而轻实践。针对普通高校石油工程专业教育质量问题，提出以CDIO-OBE教育理念为导向的完井工程课程教学改革方法，设置课程设计，激发学生学习兴趣，使学生在学中做，在做中学。完井工程课程教学改革将理论教学、实验教学和考评模式进行整合，一方面使学生学习理论知识和专业技术，培养学生解决实际问题、创新协作的能力；另一方面，提高高校石油工程专业教育质量，实现高质量培养应用和创新石油工程人才的目标。

一  传统完井工程课程教学实践中存在的问题

（一）  传统课堂教学授课时间有限

完井工程是石油工程类本科生必修的一门重要专业课程，课程主讲内容包括完整的完井工程方法设计以及油气井测试与投产等，共计2个学分，32个学时。在课程中涉及较为复杂的完井工艺、特殊井下工具和具体工艺流程，需要实际操作和实物演示，学生通过课本有时难以理解。然而课堂时间有限，教师无法利用充足的时间讲解课程内容和开展实践，因此，需要构建系统和完善的课程教学体系，促进课程教学改革研究[2]。本文结合CDIO-OBE教育理念，通过进一步构建系统的线上线下融合式教学模式，保障这门课程的教学质量，取得更好的教学效果，培养学生的工程思维和创新能力，激发学生提高自主学习能力、创新思维和工程素质。

（二）  理论教学内容需要完善和更新以适应社会发展

完井工程是一门实践性非常强的专业课程，教师授课同样需要结合石油工程实践不断完善。随着社会的发展和技术的创新，石油工程中一些新工艺、新技术、新方案不断完善，钻井工程方面，斜井、水平井也得到较广的应用，课程设计也应适当地增加或补充油田生产中的实际信息和数据。此外，在教学过程中，由于教学内容中的实际数据信息种类繁多，数据量巨大，难以及时、精确地为学生提供数据，同时也存在着大学课程参数管理数据库不完善等问题。在高校课堂中，要开设钻完井的专题，利用油田的真实资料及数据库，让该课程的设计能更好地反映出工程的实际情况。

（三）  课程实践教学环节落实不到位

完井工程课程非常强调理论和实践的统一，传统教学模式在教学方案设计时，虽然考虑了实践教学课时，但是由于实验设备和授课时间的限制，往往达不到理想的教学效果。完井工程课程尤其是工艺设计理念部分，必须与钻、完井工程的实际状况相结合，若缺少实习环节则会造成学生对知识的理解与掌握程度不一致。课程实践教学环节是理论教学的延伸，是促进学生深化理解知识和实践统一的重要手段，高效课堂上更应该重视学生学习过程中理实统一、理实一体，培养具备实践能力的合格石工专业人才。

二  基于CDIO-OBE教育理念的课程设计框架

（一）  以课前和课中为重点的理论教学

有机整合线上和线下模式，探索线上线下相融合的教学方法。互联网时代的来临，改变了师生获取信息的方法与途径，如何将信息技术更好地融入教育是当前教育活动中的一个重大命题。此外，随着新冠感染疫情的暴发，在线教育也迎来了空前的发展，在后疫情时代，线上与线下结合的教学方式被提升到了一个新的高度。因为面授的成本有限、时间也有限，所以要把面授的时间用来达到更高的认知水平。线上学习时间有弹性的基本认知目标，把课前视频学习、课前自我测试和课堂教学有机地结合在一起，把线上和线下的教学方式与精品共享资源课程真正地结合在一起，设计出最适合的教学情景，从而建立起一种融合式的教学模式[3]。与传统的“教师讲课-布置作业-学生回家练习”的方式相区别，采用翻转课堂的教学方式，实现“学生在线学习-课堂探讨-课后巩固”，学生们在进行知识的学习，同时课堂也成为了教师与学生、学生与学生进行互动的地方，在师生间建立密切的关系，以实现更好的教学效果。另外，在学校已有的教育教学资源基础上，开发、整理大量的完井工程教学信息资源，构建课程教育资源库，创造数字教学环境，从而助力教学改革的发展。

（二）  理论联系实际创新教学内容进行实践教学

延伸课程教学，加强实践教学环节。完井工程是一门实践性非常强的课程，教学过程中不可避免地要涉及完井的机械和井下工具，通过钻井与完井机械和井下工具能够更好体现出相关理论。课程设计要真正做到与现场实际工程设计内容相符合，设置钻井与完井工程专题，采用油田生产实际数据进行教学研究分析。在教学方案设计时，将32学时的纯课堂教学改为28+4模式，其中教学内容特别包括现代完井工程新方法（4学时），增加4学时课堂实践，实践设置在学校建设的石油工程技术训练中心，以实物展示、操作、动画等工具辅助教学，促进学生基础学习的不断深层次延伸。通过实践教学突出学生主体作用，激发学生自主学习动力。探索以学生为主体的教学模式，采用多样化的教学手段，尽可能让学生参与课堂，充分发挥教师的引导、帮扶和激励作用，提高学生学习的主观能动性。

（三）  课后考评形式多样化，开展赛教结合

课程采用多样化的考评方式，引领学校教学内容和教学方法的改革。完井工程课程在教学过程中需采用实际资料进行课程设计，通过钻井与完井机械和井下工具为学生授课，理实一体化的教学模式使学生能够更好地理解书本内容，提高学习效率。在考评模式方面，从传统的单纯考卷成绩为主导转变为考卷、课堂、实践、作业等多方面考察相结合。另外，课程设计要真正做到理论和实践相结合，在教学内容上与现场实际工程设计相符合，还可以在考评模式上设置钻井与完井工程专题相关专业技能大赛，鼓励所有学生参加专业技能比赛，在比赛过程中，学生既可以学习完井工程系统理论和其他相关专业知识，并且能够将理论内容付诸实践。课程专业比赛是学生提高专业技能的重要途径，通过赛教结合的形式变被动学习为主动学习，进一步提高学生学习兴趣，增强学习效果。

三  基于CDIO-OBE教育理念的完井工程课程教学改革探究

（一）  基于现代化信息技术优化课程理论教学

基于CDIO-OBE教育理念的完井工程课程在教学过程中，应该特别强调理论与实践相结合、基本概念与学科新技术、新工艺相结合。首先，教师在多媒体教学课件中需配有大量来自我国油田现场的图片，结合实际工程应用，与油田生产实际情况紧密联系，播放教学内容相关的视频，使学生有更加直观的感受。其次，应用现代化信息技术，使学生能够把大数据统计方法、智能方法与课程内容相融合。除在课堂上学到的知识之外，还要在课下学习与课程内容有关的相关软件，尤其是要能生成有关完井工艺的动画演示视频，理解有关的工艺过程、设备的工作原理，比如通过 Flash动画来演示射孔工艺、冲砂工艺以及封隔器的工作原理。针对常用的完井工具（筛管）、常用的作业工具（如封隔器）、典型的作业装备（如压裂小车），通过实物或模型演示，让学生对每种工具的特殊外形以及装备的特殊构造有一个直观的认识。再次，利用信息化技术，开发出包括井筒结构设计参数、尾管下入深度等有关参数设计的软件，在此基础上，教师要根据信息化、大数据、智能化等知识，开发相应的设计计算软件，让学生对各参数的计算有一个更清楚的认识。在教学中运用多媒体和信息技术，把动画、图片和课堂板书相结合，使学生们的学习兴趣大增，提高了课堂的信息量，提高了课堂的效率。