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海洋平台工程专业课程的特征及教学研究

作者:高云 熊友明 杨志 朱红钧 刘理明(西南石油大学 石油与天然气工程学院 四川成都 610500)
摘要:海洋平台工程专业课程是海洋油气资源开采技术领域的重要课程之一。本文从海洋平台工程专业课程的必要性以及课程特征等方面,深入分析了海洋平台专业课程教学目前存在的主要问题以及教学难点,提出了互动式与创新式相互结合的海洋平台工程专业课程教学方法,为培养更为杰出的海洋油气资源开采领域专业人才打下牢固基础。

关键词:海洋平台工程;课程特征;课程难点;互动式教学;创新式教学中图分类号: G642.0 文献标识码: A

一、学习海洋平台工程专业课程的必要性

据统计,世界海洋油气资源丰富,约占全球油气资源的34%[1]。我国石油资源储量约为1072.7亿吨,其中海洋石油资源储量约为275.3亿吨,约占总量的25.7%;我国天然气资源储量约为54.54万亿立方米,其中海洋天然气资源储量约为15.79万亿立方米,约占总量的29.0%[2];可以看出开发海洋油气资源对国民经济的可持续性发展具有重要战略意义。开采我国的海洋油气资源需要一大批能够熟练掌握海洋油气开发领域相关知识的专业人才。鉴于此,我国在很多高校相继开设了海洋油气工程专业,而海洋平台与结构工程这门课程则是海洋油气工程专业的本科必修课程。

海洋平台工程课程主要介绍海洋平台的适用条件以及适用范围、海洋平台在海洋环境载荷(如风、浪、流、冰以及地震等)作用下的响应(包括静力响应、动力响应以及疲劳损伤等)以及基于结构响应对海洋平台进行安全设计、校核等内容。通过该门课程的学习,可以很大程度地提高海洋油气工程专业本科毕业生自身专业素质,同时也为他们未来走上工作岗位从事海洋油气开发领域进行相关设计和研究工作打下坚实的基础。

二、海洋平台工程专业课程特征

1.海洋平台工程专业课程的教学难点

海洋平台工程专业课程内容丰富,覆盖面广,难度较大。在学习海洋平台工程专业课程之前,需要学生具备高等数学、线性代数、流体力学以及海洋环境与载荷等课程的基础知识。海洋平台工程该门课程涉及到很多的数学和力学知识,比如海洋平台的多自由度动力响应教学部分就涉及到刚度矩阵、质量矩阵以及阻尼矩阵的计算,这就需要学生在前面的线性代数课程学习中熟练掌握矩阵计算的方法。再比如海洋平台这种大结构物的响应计算就涉及到流体力学中的势流理论,因此需要学生对流体力学课程的相关章节进行充分理解和掌握。鉴于对海洋平台工程这门课程的学习需要一定的公共课以及专业课基础,因此一般将其安排在大三或大四进行学习。

除此之外,海洋平台工程专业课程还涉及到了一些在大学没有进行普遍教授的专业知识,比如疲劳分析相关知识。海洋平台设计的三大核心问题为强度问题、稳定性问题以及疲劳问题。疲劳问题是三大核心问题中最复杂的问题,同时也是必不可少的问题,它是检测一个平台是否满足使用寿命的重要指标。而针对疲劳分析知识的教学,一般大学因为没有相关课程涉及此领域知识,而导致学生对此领域的知识非常欠缺。再比如谱分析相关知识。海浪谱以及在海浪谱作用下的海洋平台动力响应问题是海洋平台动力响应教学部分的重点内容之一。而针对波浪谱的相关知识,很多学生压根对此没有概念,势必会对此部分内容的教学带来很大的困难。

2.编写海洋平台工程专业课程教材的迫切性

目前针对海洋平台工程的教材非常少,且现有的教材结构设置不太合理且易读性不太高。鉴于此,作者正在编写海洋平台工程的专业课程教材。主要综合考虑以下几个因素进行编写:

(1)海洋平台工程这门课程由于涉及内容非常繁多,因此在编写教材时候,应遵循从易到难、循序渐进的原则。比如在进行海洋平台动力响应教学部分,应遵从单自由度系统动力响应、多自由度系统动力响应以及连续系统动力响应这一逐渐深入的教学过程。这样让学生在学习的时候不会感到知识跳跃,从而能够更好地、更快地掌握相关知识。因此,在教材的编写时就需要按照单自由度系统、多自由度系统以及连续系统这个排序来进行编写。

(2)由于海洋平台工程这门课程涉及到了一些大学基本课程里面没有进行学习的专业知识,因此在编写教材的时候,需要在某些章节的前面部分加入相关知识,这样会让学生更容易理解和掌握后面的知识。比如在进行海洋平台疲劳设计教学部分,需要在相关章节加入一个绪论。绪论里应该对疲劳相关的基础知识进行一定的介绍,让学生对疲劳这个概念有所了解,只有这样学生才能更好地理解和掌握后面的海洋平台疲劳分析相关知识。因此,在编写教材的时候,对某些章节需要特别注意,应采用“在绪论中引入相关基础知识、后续部分针对领域特定知识进行展开”这个顺序来编排教材内容。

(3)海洋平台工程这门课程由于涉及到的理论较多,而且公式非常复杂,因此学生在学习过程以及在未来的工作过程中,真正使用这些理论、这些公式来解决实际问题的难度很大。目前市场上出现了很多可以用于海洋平台设计的商业软件,相对于理论公式方法,使用这些软件来进行海洋平台设计很明显要容易很多。比如针对波浪载荷作用下的海洋平台结构动力响应问题,若使用理论公式方法来解决,则涉及到一系列的水动力学问题,只有对理论进行了深刻理解以及对程序语言进行了熟练掌握才能实现。相比而言,使用软件来解决波浪载荷下的响应问题则要简单很多。使用软件来解决问题并不就意味着学生可以忽略理论的学习,毫无疑问,任何软件的分析都是建立在一定的理论基础上的,只有对理论进行了充分的理解和掌握才能更迅速、更准确地使用软件来解决问题。因此,在编写教材的时候,可以在最后部分加入一个章节,该章中简要地介绍下如何在理解了理论知识的基础上使用软件来解决海洋平台设计的相关问题。在此章节中列举几个经典的例题,例题中详细介绍软件每一步的操作方法。通过该章节的学习,让学生具备能够使用软件解决一些海洋平台相关设计问题的能力。

三、海洋平台工程专业课程教学方法研究

1.目前海洋平台工程专业课程教学普遍存在的问题

(1)传统课堂教学过于死板,课堂气氛过于沉闷。

作者听过几次本校海洋平台工程以及其它几门海洋油气工程专业课程的课堂教学,发现在这些专业课程的课堂教学中,基本都以“灌输式”教学为主。课堂上,老师基本是拿着事先准备好的课件照本宣读,这种教学方法学生收获较少、效果较差。部分老师甚至完全不顾学生对其教学的反应,不和学生进行眼神交流,不管学生“有没有听懂?听懂多少?”,只是单纯把他个人认为需要传授的知识教完,这门课程就此结束。此外,海洋平台工程这门专业课程难度较大,导致学生听起来很费劲,时常会出现学生稍不留神就跟不上老师节奏的情况。因此,需要学生在整个课堂的学习过程应保证精神状态高度集中。而目前的传统教学方式很难让学生面对枯燥且复杂的专业课程持续保持精力集中。

(2)相关实验设置太少

海洋平台工程这门专业课程是为了解决真实海洋工程中相关问题而设立的一门专业课程,因此它有着浓厚的工程背景。而在目前高校的教学过程中,由于条件的限制,在海洋平台工程的教学中开展的相关实验教学很少。比如在介绍海洋平台基本结构组成这部分,如果单纯在教室来进行教学,学生缺乏感性认识,同时也缺乏学习兴趣。如果在此部分教学中,加入一定的实验教学,领着学生去看一些真实平台的模型,通过实物模型进行教学,这样能够让学生的学习达到事半功倍的效果。

2.互动创新式教学方法研究

(1)互动式教学方法探讨。

目前的海洋平台工程专业课程教学以老师占绝对主导地位,这便会导致学生只是被动地去接受知识,很难激起学生的学习兴趣。因此,授课老师应在其他课程互动式教学方法的启发下[3-5],针对海洋平台工程这门课程从培养学生兴趣以及设计问题工程背景等角度来进行互动式教学。比如在介绍半潜式平台时,老师可以先引入一些国内外的相关动态,比方说先介绍下“海洋石油981”的相关情况,然后给出此平台的图片,然后让学生来思考“半潜式平台主要有哪几大部分组成?”。让学生思考片刻并让部分学生浅谈一下他们针对该问题的看法,随后老师再对该问题进行详细展开以及阐述,这样可以充分地调动起学生的积极性。此外,学生针对某问题经历了“先自己思考,然后再听老师讲解”的这个过程,一定会对该问题有了更为深入的理解。

(2)创新式教学方法探讨

目前海洋平台工程专业课程教学基本以传统的“老师教,学生学”为主,这样学生的自主学习能力得不到锻炼。为了提高学生自身的自主学习能力,可以在传统教学的基础上加入一定的“翻转式”教学方法。让学生提前预习后面的知识,并做好相关课件,并鼓励学生走上讲台。这样不仅能提高学生的自主学习能力,同时也对学生在大众场合下的语言表达能力、逻辑思维能力、课件制作能力等方面都有极大程度地提高。此外,海洋平台工程这门课程与工程背景紧密相关,老师在布置课后作业时,除了针对书本知识的作业,可以适当加入一些自主创新的作业。比如给学生一个课后问题,这个问题需要学生查找一些参考文献并通过一定的归纳总结才能完成。通过这些自主创新作业,可以让学生学会查找文献、阅读文献、归纳以及总结文献等基本技能,这些技能都是他们以后学习或工作中必须掌握的基本技能。

四、结语 海洋油气资源开采作为我国油气资源接替的重要主战场,其自身具有非常广阔的发展前景,而海洋平台工程专业课程则是此领域的重点课程之一。本文在充分总结了该门课程目前教学难点以及教学现状的基础上,提出了互动式与创新式相互结合的教学方法,此方法能够很大程度地提高学生的学习积极性以及激起学生的学习兴趣,从而提高教师的教学质量以及学生的专业基础知识,为实现中国的海洋强国梦打下坚实的基础。

参考文献:

[1]江怀友,赵文智,闫存章等.世界海洋油气资源与勘探模式概述[J].海相油气地质, 2008(3): 5-10.

[2]保育均,周天勇,夏徐迁.我国石油能源安全的思考和建议: 一份从另一个角度研究我国石油能源安全的报告[J].经济参考研究, 2007, (3): 2-31.

[3]任红杰.关于高校互动式教学的思考 [J].教育研究, 2007(5): 43-46.

[4]皮晓彩.互动式教学模式新探[J].广州大学学报(社会科学版), 2005, 4(7):91-93.

[5]赵志红,朱红钧,杨志等.海洋油气工程专业英语互动式教学方法探讨[J].石油教育, 2015 (6): 71-73.

基金项目:四川省教改项目“顺应海洋强国战略,加强海洋油气工程专业建设与实践”(项目编号:X15021301009)。

 

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