“石油钻采工艺及装备”课程虚实结合教学实践

［摘 要］ 基于石油院校机械专业人才培养需求，针对“石油钻采工艺及装备”课程，重构了由理论教学、校内实践、校外实践、虚拟教学四部分组成的教学体系，确定了理论教学任务和内容，建设了校内和校外实践教学平台，搭建了虚拟教学所需的虚拟样机模型，设计了虚拟教学实践内容。通过虚拟与现实相结合、理论与实践相结合的教学方式，激发了学生对“石油钻采工艺及装备”课程的学习兴趣，提高了学生的基础理论能力、工程实践能力和创新能力，提升了课程的教学效果。

［关键词］ 虚拟教学；虚实结合；石油装备；实践教学；教学改革

［基金项目］ 2021年度中国石油大学（北京）克拉玛依校区教育教学研究与改革项目“虚拟现实技术在石油钻采工艺及装备课程中的应用”（JG2021011）；2023年度教育部产学合作协同育人项目“面向石油行业和学科竞赛的增材制造设计思维能力提升”（230907295182554）

［作者简介］ 赵旭亮（1981—），男，河北石家庄人，工学博士，中国石油大学（北京）克拉玛依校区工学院机械与过程系主任，副教授，硕士生导师，主要从事石油钻采装备教学研究；刘永莉（1981—），女，辽宁盘锦人，管理学硕士，中国石油大学（北京）克拉玛依校区工学院工程师（通信作者），主要从事本科教学管理研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）10-0129-04 ［收稿日期］ 2023-12-05

石油院校的机械专业是以石油石化行业作为主要服务对象，以培养具有鲜明油气特色的机械应用型人才为中心。专业培养学生的就业方向中70%以上是石油石化企业，因此，要求培养学生不仅要掌握机械专业相关知识，还要学习和掌握石油工程中钻采工艺及钻采装备方向专业知识。

“石油钻采工艺及装备”课程是石油院校机械专业的核心课程，课程教学任务是在学生完成机械基础课程学习的基础上，讲授钻采工艺和钻采机械的专业知识，使学生了解石油钻井工艺和采油工艺，掌握石油钻井机械和采油机械的组成、结构、工作原理及设计过程，以满足学生对石油特色知识教学的需求，为学生后续相关专业课程学习、毕业设计，以及将来从事石油行业相关工作奠定基础，实现“高层次、应用型、国际化”卓越工程师的培养目标。

“石油钻采工艺及装备”课程面向的是石油院校机械专业大三学生，但在实际教学过程中，由于学生未去过油田生产现场，缺乏石油专业知识背景，对钻采机械装备无直观了解，若仅采用课堂讲授方式，学生会感觉学习环境枯燥，制约了课程的教学效果和教学质量。

为提升课程教学效果，国内高校教师在石油机械类课程方面开展了案例教学融入［1］、协同教学模式［2］、融入有限元课程［3］等方面的教学改革实践，在虚实结合教学方面开展了录井实践教学［4］、“M+S+V”实践教学新模式［5］、智能制造虚实结合仿真实训平台［6］等方向的探索，取得了一定教学效果。但在“石油钻采工艺及装备”课程中未开展过虚实结合、理论与实践相结合的综合性教学方法研究，因此，结合课程特点，重构课程体系，将虚实结合方法应用于课程教学，对“石油钻采工艺及装备”课程教学效果提升具有重要意义。

一、课程设计思路

以社会需求为导向，以培养学生具备完整的钻采工艺及装备知识结构、全面的工程师素质、较强的工程实践与创新能力为宗旨，以知识传授为基础，以能力培养为重点，重构课程体系，建设理论教学、校内实践、现场实践、虚拟实践四个递进平台，通过理论与实践结合、虚实结合的教学方法，构建递进式的教学体系，实现培养学生在石油钻采工艺和装备方面基础能力、工程实践能力、创新能力的全面提升（如图1所示）。

（一）理论与实践结合

理论教学主要是课堂上的理论教学过程，以培养学生石油钻采工艺及装备基础能力为主，是实践教学开展的基础；实践教学包括校内实践、现场实践、虚拟实践三部分，通过理论实践相互支撑、学校企业相互补充，培养学生的工程实践能力。

（二）虚实结合

实际教学包括校内实践和现场实践两部分，分别在校内和现场实践基地开展，锻炼学生的工程实践能力；虚拟实践教学在校内创新实验室开展，培养学生的工程创新能力。

二、理论教学设计

针对“石油钻采工艺及装备”课程常规教学中存在的问题，结合课程教学大纲要求和课堂教学的优点，确定了理论教学任务和教学内容，见表1。理论教学任务主要包括石油钻采工艺、钻机机械、采油机械、钻采工具四部分内容，利用PPT演示、课堂讲授、文字说明、动画、视频等教学方法，使学生系统性地掌握石油钻采工艺和钻采装备方面的基础知识点。

三、实践教学设计

理论讲授过程存在不够生动直观、不能完全体现钻采装备的特色、不能多角度展示石油钻采机械细节等问题，限制了学生对“石油钻采工艺及装备”课程讲授内容的了解深度，因此，课程教学过程必须根据行业发展趋势和企业用人需求，开展实践教学，提高学生的工程实践能力。

（一）校内实践教学

为使学生加强对石油钻采工艺及装备的直观理解，根据课程工程能力培养目标和现场需求，依托中国石油新疆培训中心建设了校内实践平台，开展校内实践教学，内容包括采油工艺、采气工艺、油气集输工艺，以及所涉及的重点设备和仪器仪表，见表2。通过实践教学使学生了解油气从井底采出、地面处理到集输的全过程工艺及相关设备和仪器仪表，注重实际操作，让学生在实践过程中巩固理论教学所学的理论知识，提高学生的实践动手能力。通过校内实践过程，培养学生的团队协作、吃苦耐劳、遵守纪律与安全环保等意识。

（二）现场实践教学

由于部分钻采设备体积庞大、价格昂贵，受制于投入经费、场地、操作风险等，校内实践教学范围有限，因此，须开展现场实践教学。现场实践教学通过在工程实际现场带领学生参观和实践，使学生验证、巩固和丰富在校内学过的专业理论与实践知识，使学生提前熟悉工程实际，增强工程实践能力。

“石油钻采工艺及装备”课程充分利用新疆石油行业优势，通过校企合作共建了校外实践教育基地，由校内指导教师和现场企业导师共同带队，完成现场实践教学过程。同时，在现场实践教学过程中融入石油精神、工匠精神、劳模精神，实现思政工作与现场实践的深度融合，激发学生奋发图强的意志，加强青年人的责任担当。

四、虚拟教学设计

石油钻采工艺及装备的更新升级是持续不断的，课程的部分教学内容更新滞后于工程技术发展，已有实践教学基地设备须持续改造，才能保证教学与现场实际不脱节，课程教学与现场实际存在一定的滞后性。同时，在现场实践过程中，考虑到风险因素，石油钻采装备的部分关键结构学生无法参观和实践。

因此，“石油钻采工艺及装备”课程教学过程应补充虚拟教学部分内容，通过搭建钻机、抽油机等虚拟样机模型，实现关键钻采工艺装备虚拟可视化，提升学生在钻采装备部分内容学习时的直观性和主动性。同时，虚拟样机搭建也可作为课程实践教学素材，教师指导学生搭建各种新型钻采工艺现场，实现学生的互动实践，激发学生的学习兴趣。

（一）虚拟样机建模

虚拟样机是虚拟教学实现的核心，通过建立石油钻采装备虚拟样机，提供一种可供学生直观感受的钻采装备平台，打破抽象、枯燥的教学过程，以虚拟样机为教学切入点，完成真实环境下难以实现的教学过程，充分利用学生的好奇心进行教学布局，引导学生结合教学内容对所讲述的石油钻采装备进行探索，发现问题、提出问题。

通过梳理课程教学大纲、查阅行业发展趋势、征求现场企业专家意见等方式，明确钻采装备虚拟现实样机搭建方案，制订教学展示计划和教学展示要点；通过现场拍摄照片和与现场工程师实地交流，整理出制作虚拟模型所需的素材及制作标准；通过三维可视化技术和三维模型制作技术，运用3DMAX软件，结合收集的设备信息，制作所需的虚拟样机，构建钻采装备虚拟工作教学环境。建立的抽油机虚拟样机如图2所示。

（二）虚拟教学及实践

虚拟教学过程可突破时空限制，规避高危风险。利用建设的虚拟样机及素材库，以工程现场需求为导向，设计了钻井机械和采油机械等七项虚拟教学内容。学生可利用搭建的虚拟样机模型和素材库，通过搭积木的形式完成虚拟教学和实践。通过组织学生搭建现场作业工艺现场，将钻采装备现场应用融入课程教学之中，教学过程中引导学生主动动手，由于教学方法具备沉浸性、交互性等优点，提升了学生参与课程学习的积极性，激发了学生对抽象钻采装备的学习兴趣，使学生加深了对钻采工艺及钻采装备的了解程度，提升了学生的实践和创新能力。

五、教学效果

通过虚实结合的课程教学实践，“石油钻采工艺及装备”课程取得了以下教学效果：（1）激发了学生的学习兴趣。课程教学过程中，学生不再以旁观者身份学习，而是沉浸式地融入教学过程之中，调动了学生学习的积极性，进而激发了学生的学习兴趣，课程评教结果表明学生对课程满意率达到了95%，位于全校课程的0.41%。（2）提升了学生对抽象对象的了解程度。应用理论与实践相结合、虚拟与现实相结合的教学方法，增强了教学过程的交互性、灵活性、直观性，通过理论学习、现场实践、虚拟实践，全方位强化学生对抽象钻采装备的了解程度。（3）提升了课程的教学效果。“石油钻采工艺及装备”课程充分利用了理论教学、实践教学、虚拟教学方式，教学方法既有系统性理论教学、直观性现场实践，又有互动性虚拟教学，使学生对所学知识的掌握程度更深刻，学生期末考试成绩优良率为35.9%，较课程改革前得到了较大提高，且学生理论和实践能力均得到了提升。石油行业用人单位对机械专业毕业生在石油钻采工艺及装备方面的知识掌握情况、专业技能、创新意识、实践动手能力都具有较高的满意度。

参考文献

［1］孙巧雷，冯定，刘旭辉，等.油气装备新进展课程案例教学设计与实践：以海上“蓝鲸1号”半潜式钻井平台为例［J］.中国现代教育装备，2023（13）：137-139.

［2］李宁，刘俊，艾乐.工程教育专业认证背景下的石油钻采机械课程协同互动教学探索［J］.内江科技，2022，43（11）：150-151，114.

［3］安晨，魏代锋.二次开发实例在石油机械有限元课程中的应用［J］.教育教学论坛，2020（45）：293-294.

［4］郭卫萍，马建民，靳纪军.基于虚实结合的综合录井实践教学探索［J］.教育教学论坛，2023（10）：89-92.

［5］张乃龙.虚实结合仿真实训平台的建设与实践［J］.教育教学论坛，2023（2）：109-112.

［6］宋殿义，张炜，龚佑兴，等.基于虚拟现实技术的实践教学初探［J］.高教学刊，2020（20）：114-116.

Practice of Combining Virtual and Traditional Teaching in the Course of Petroleum Drilling and Production Technology and Equipment

ZHAO Xu-liang， LIU Yong-li， LIU Zi-feng

（Engineering College， China University of Petroleum （Beijing） at Karamay， Karamay，

Xinjiang 834000， China）

Abstract： Based on the training needs of mechanical professionals in petroleum universities， a teaching system has been reconstructed for the courses of petroleum drilling and production technology and equipment. The teaching system consists of four parts： theoretical teaching， on campus practice， off campus practice， and virtual teaching. The theoretical teaching tasks and content have been determined， practical teaching platforms have been built， and virtual teaching practice content has been designed. The teaching method of combining virtual and traditional teaching， theory and practice has stimulated students’ interest in learning， improved their basic theoretical ability， engineering practice ability， and innovation ability， and improved the teaching effectiveness of the courses.

Key words： virtual teaching; combination of traditional teaching and virtual learning; petroleum equipment; practical teaching; teaching reform