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［摘要］“石油地質學”作為資源勘查工程專業的核心課程，在能源地質類高校廣泛開設。該課程理論性和實踐性都很強，但各高校該課程的實驗教學均嚴重缺乏。針對這一不足，中國石油大學（北京）石油地質教學團隊在資源勘查工程專業工程教育專業認證和油氣勘探與開發國家級實驗教學示范中心建設的共同推動和促進下，通過新建石油地質教學實驗室，完善了課程的實驗教學體系；利用自主設計研制的實驗設備，開創性地新增油氣成藏模擬特色實驗內容；針對不同類型的實驗，改革實驗教學模式。實驗教學實踐提高了課程的創新性和挑戰度，培養了大學生的綜合實踐能力及創新能力。

［關鍵詞］實驗教學；建設與改革；創新能力；石油地質學

實驗教學是高等學校教學體系的重要組成部分，是培養創新型人才不可或缺的途徑，在培養學生實踐能力、分析解決實際問題能力以及嚴謹的科學態度方面，具有其他教學環節無法替代的作用[1-4]。“石油地質學”是中國石油大學（北京）資源勘查工程專業的核心專業課，也是國家級精品課程，具有理論性和實踐性強的特點[5，6]。但長期以來，由于實驗室面積較小及實驗設備缺乏，只能開設2個觀察和演示實驗，實驗教學嚴重不足。國內其他高?！笆偷刭|學”實驗教學也存在類似的問題[6，7]。中國石油大學（北京）資源勘查工程專業2014年雖通過工程教育專業認證，但突出石油地質特色的實驗欠缺，成為認證中的一個弱項。認證報告指出：“中國石油大學（北京）本科資源勘查工程專業實驗教學需要進一步提升，迫切需要加強油氣地質專業領域的實驗教學平臺的建設”。工程教育專業認證是一種在國際上被廣泛采納的保障高等工程教育質量的重要手段[8]，受到各高校的普遍重視。為確保學校資源勘查工程專業2017年工程教育專業認證復核認證順利達標，進一步完善學校油氣勘探與開發國家級實驗教學示范中心建設，學校批復了實驗室建設面積，并向教育部申請實驗室建設專項經費，新建石油地質教學實驗室。學校石油地質學教學團隊以該實驗室建設為契機，精心設計實驗教學內容，研制實驗教學設備，改革實驗教學模式。通過四年的教學實踐，學校形成了較完備的課程實驗教學體系，提高了課程的創新性和挑戰度，有效地激發了學生的創造性思維，培養了學生的綜合實踐能力，從而取得了很好的教學效果。本教學改革對國內兄弟院校“石油地質學”課程的教學具有一定的借鑒指導作用。

一、制定實驗室建設方案，完善課程實驗教學體系

新建一個實驗室，整體方案的設計和制定尤為關鍵。石油地質教學實驗室的建設有北京市優秀教學團隊———石油地質學教學團隊的支撐，團隊有10多位教師，大家群策群力。通過對國內外相關課程實驗教學的調研[6]，以及對中國地質大學、成都理工大學、西南石油大學、中國石油大學（華東）等相關院校實驗室的實地調研，針對“石油地質學”教學內容和特點，教學團隊經過多次研討，設計了詳細的實驗內容，并安排熟悉該課程的主講教師具體負責實驗室建設。根據實驗內容，購買及研制一系列相關實驗儀器設備，完成實驗室基礎裝修及水電改造，編寫實驗指導書，開展實驗教學實踐。實驗室建成前，我們只能開設原油、烴源巖、儲集巖樣品觀察與描述實驗和烴源巖部分有機地化指標萃取過程演示實驗。實驗室建成后，增加到10個實驗，整體涵蓋石油地質學的教學重點和難點問題。實驗包括：（1）原油樣品的觀察及原油主要物理性質的測定實驗；（2）烴源巖樣品觀察及有機組分的顯微鏡下觀察與鑒定實驗；（3）烴源巖可溶有機質提取及有機地化指標求取演示實驗；（4）儲集巖樣品觀察及儲集巖孔隙度、滲透率測定實驗；（5）儲層流體包裹體的觀察與鑒定實驗；（6）達西定律演示實驗；（7）測壓面觀測實驗；（8）系列背斜圈閉聚氣過程動態模擬實驗；（9）石油運移過程中動力、阻力分析實驗；（10）油氣運聚二維物理模擬實驗。實驗類型也更為多樣化，原先僅有觀察、演示型實驗，現增設分析測試型、驗證型、設計研究型實驗。每種實驗設備有6～10臺，每次實驗一個自然班，3～5人組成一個實驗小組，從而保證每位學生都能夠親自動手進行實驗操作。新編的實驗指導書中除了明確每個實驗的實驗目的、實驗原理、實驗操作步驟、實驗注意事項外，還設計相應的實驗分析思考題。如比較不同溫度下同一原油樣品密度、黏度值的差異，討論溫度對原油樣品密度、黏度的影響；觀察和鑒別烴源巖樣本中干酪根的顯微組分特征，分析其生物來源，判斷其生烴潛力；分析水動力強弱對背斜圈閉聚氣特征的影響；觀察石油在不同粗細粒徑石英砂中的運移特點，分析浮力、毛細管力在石油二次運移過程中的作用。由此促使學生帶著問題、帶著思考完成實驗，深化學生對課堂所學理論的理解，提高學生分析問題的能力，從而達到課堂教學和實驗教學相互促進的目的。

二、自主研制實驗設備，新增特色實驗內容

油氣運移、聚集成藏的動態過程發生在地下深處，看不見、摸不著，內容非常抽象，但又是石油地質學的核心內容。如何通過實驗使學生形象、直觀地觀察到這些過程，加深對理論的理解非常關鍵。但相關實驗鮮有開設，也沒有現成的實驗設備可借鑒。為此，我們自主設計研制了三種實驗設備，其中兩種已獲得實用新型專利的授權，兩項發明專利的申請均已進入發明專利申請公布及進入實質審查階段。研制的設備及創新性增加的油氣成藏物理模擬特色實驗內容，在2017年工程教育專業認證復核認證、教育部對我校的本科教學評估，以及與中國地質大學、吉林大學、東北石油大學等同行教師的交流中，贏得了專家的高度評價和認可。利用測壓面及系列背斜圈閉觀測實驗設備（圖1）可以開展兩個實驗：一是測壓面觀測實驗，分別在靜水條件、動水條件下開展實驗，通過不同位置處水壓頭的觀測，對比兩種條件測壓面的差異，加深對油氣二次運移的重要動力———水動力的理解，理解水動力產生的原因以及對油氣二次運移的作用；二是靜水條件、動水條件下系列背斜圈閉中天然氣運移和聚集過程的動態模擬實驗，加強學生對圈閉基本概念及圈閉度量要素（溢出點、閉合高度）的直觀認識，以及對系列背斜圈閉聚氣過程的理解，通過直觀觀察水動力強弱對背斜圈閉聚氣特征的影響，幫助學生理解水動力強弱對圈閉有效性的影響及氣藏的保存與破壞等教學難點。利用石油運移動力-阻力觀察實驗設備（圖2），在不同玻璃管中填充不同粗細粒徑的石英砂，以模擬不同孔隙度、滲透率的砂巖儲層，并用蠕動泵緩慢注入等量的油，然后觀察油在粗沙、細沙中運移的難易程度。粗沙中，油受到的毛細管阻力小，在浮力的作用下可以上浮，而且由于沙體的非均質性，會形成石油運移的優勢路徑。細沙中，油受到的毛細管阻力很大，浮力不足以克服阻力，因此會出現穩定的油水倒置現象。通過這個實驗，可以加深學生對浮力、毛細管力等在石油二次運移過程中所起作用以及常規油氣藏與非常規致密砂巖油氣藏成藏機理的理解和認識。利用油氣運聚二維物理模擬實驗設備（圖3），可以根據教學或科研需求構筑任意地質模型，如背斜圈閉、斷層圈閉、地層圈閉、巖性圈閉等，進行石油運移聚集過程動態物理模擬實驗。學生可從裝置的透明表面直觀地觀察石油在砂體、斷層、不整合等輸導通道中的運移過程及難易程度，觀察石油在不同類型圈閉中的聚集過程，從而深化對油氣運移聚集成藏的認識。

三、改革實驗教學模式，培養學生的創新能力

傳統的實驗教學模式通常是先由教師講解，學生再按規定的步驟操作，進而得出實驗結果[4，9]。觀察演示型、分析測試型及驗證型實驗仍采用這種教學模式，但要求“教師講解為輔，學生動手操作為主”，注重培養學生的實驗技能及對實驗現象觀察、描述、分析的能力。然而，傳統的實驗教學模式難以發揮學生的主觀能動性，因此我們增加開放式實驗教學。開放式實驗教學的重點是針對設計研究型實驗[10]。開放式實驗教學模式，要求教師首先依據石油地質學中的一些熱點、難點問題，確立一些探索性、創新性實驗題目。例如，斷層封閉性差異對斷層圈閉中石油聚集高度的影響、油氣優勢運移通道對油氣輸導效率的影響、砂巖透鏡體油藏成藏實驗現象觀察及成藏影響因素分析、深盆氣成藏實驗現象觀察及成藏機理分析等，讓學生自由組成實驗小組，自主選題，根據課程所學理論知識，小組內的學生充分討論交流，自行設計實驗地質模型，制定具體的實驗方案，并共同協作組織實驗實施，對實驗中觀察到的一些現象或存在的問題，獨立分析、判斷和解決。在整個實驗過程中，學生遇到問題可以與教師請教，教師對學生進行啟發和引導，真正貫徹“以學生為主體、以教師為主導”的教學理念。我們研制的油氣運聚二維物理模擬實驗設備、石油運移動力-阻力觀察實驗設備也為這類設計研究型實驗的開展提供了設備保障。這類實驗花費時間長，學生可以向實驗室管理人員預約開放時間，利用課外時間開展實驗。實驗教學方式的改革，有效地激發了學生學習的積極性，提高了學習成果的探究性，培養了學生的綜合實踐能力和創新能力。

四、結語

通過石油地質教學實驗室的建設及實驗教學實踐改革，學校進一步完善了油氣勘探與開發國家實驗教學示范中心建設，有效地支撐了資源勘查工程專業本科教學的審核評估及工程教育認證復審工作，既滿足了教學的需求，同時又為大學生科技創新、學科競賽、全國油氣地質大賽等提供了優質的實踐平臺。

作者:李濰蓮 李平平 孫明亮 柳廣弟 陳冬霞 單位:中國石油大學〔北京〕地球科學學院 中國石油大學〔北京〕油氣勘探與開發國家級實驗教學示范中心