“石油地质学”实践教学环节的建设与成效

               李平平，孙明亮，李潍莲，柳广弟，陈冬霞 

中国石油大学（北京） 地球科学学院，北京，102249

[摘  要]：实践教学环节对于提高学生的综合实践能力非常重要，是课堂理论教学的重要补充。为了全面提高学生的实践能力、科研素质和创新精神，本次系统进行了“石油地质学”实践环节建设。坚持专业培养目标与课程核心理论知识相结合，建立了包含课内习题、实验和综合课程设计的“三位一体”实践教学体系，建成了国内领先的静态描述和动态成藏模拟相结合的实践教学平台，创新了科研全过程的实践能力与科研素质培养模式。综合来看，“石油地质学”的实践环节建设取得了良好的教学效果，相关经验值得在国内推广。

[关键词]：石油地质学；实践教学；课内习题；实验平台；综合课程设计

[基金项目]：中国石油大学（北京）2021年度校级重点教改项目“《石油地质综合课程设计》教材建设项目”资助 。

[作者简介]：李平平，（1980-），男，土家族，湖南省慈利县人，博士，副教授，主要从事油气成藏机理研究；孙明亮，（1978-），男，汉族，山东东营人，博士，讲师，主要从事石油地质学和油气资源评价研究；李潍莲，（1969-），女，汉族，山东潍坊人，博士，副教授，主要从事石油地质和地震地层学研究。

[中图分类号] 642.0   [文献标识码] A      

“石油地质学”是我校资源勘查工程专业的核心专业课之一，也是其他与油气地质相关高校的重点课程^[1-2]。我校“石油地质学”经历了较长时间的建设，目前已经出版了第五版的《石油地质学》教材，理论教学材料不断丰富和完善。此外，近年来还不断开展了教学方法和内容的改革^[3-8]，并完成了国家精品资源共享课的建设^[1]。这些教学材料的完善、教学方法的改革和网络共享课的建设，有力的支撑了专业培养目标在“知识和理论”等方面的要求。除了知识和理论之外，资源勘查工程专业的培养目标以及本科专业认证还特别强调了实践能力^[9]，我校制定的“十二五”建设规划中也明确了加强实践教学基地建设，完善教学实验室管理体系，推进实践教学的科学化与规范化。

课程的实践环节建设与实践能力的培养，应该与课程的核心理论知识、专业的培养目标紧密结合，体现理论与实践的结合，在实践的过程中加深对理论知识的理解与应用，并支撑相关专业的培养目标。否则，脱离核心理论知识的实践达不到强化知识的效果，而成无源之水和空中楼阁^[2]。为了进一步加强我校资源勘查工程专业本科生的实践能力，本次研究紧密结合核心理论知识和专业培养目标，系统进行了“石油地质学”的实践环节建设，建立了包含“课内习题+实验+综合课程设计”的三位一体的实践环节体系，以全面提高学生的实践能力、科研素质和创性精神为目标，支撑专业认证及一流专业建设。

一、实践教学环节的总体建设思路

本次“石油地质学”实践环节建设坚持专业培养目标与课程的核心理论知识相结合，对知识和能力进行分析，针对性设计不同的实践环节，最终提高学生的实践能力（包括基本方法与技能）、科研素质与创新精神。我校资源勘查工程专业的培养目标是：培养知识、能力、素质各方面全面发展，系统掌握油气资源勘查工程基本理论、基本方法和基本技能，获得作为石油地质工程师必须的基本工程训练，具有创新精神、实践能力和国际视野的工程技术人才，为独立从事油气勘探开发地质领域的工程设计、应用研究和生产管理打下坚实的基础。我校“石油地质学”的理论课主要介绍了油气聚集的六个基本要素（①烃源岩、②储集层、③盖层、④圈闭、⑤油气运移、⑥保存条件）和三大核心问题（①油气的生成、②油气的运移和聚集、③油气的分布规律）^[10]。

结合上述培养目标和课程的核心理论知识，“石油地质学”的实践环节建设聚焦核心理论知识，并构建知识-实践能力-科研素质的一体化实践体系。本次实践环节体系共设计了三个实践环节，包括课内习题、实验与综合课程设计。每个实践环节的能力培养目标互相衔接、各有侧重，组成了三位一体的实践教学体系。具体来说，课内习题强化对关键概念的理解和单项技能的训练；课内实验包括静态描述实验、观察实验和开放性实验，加深对关键理论的理解，提升知识的应用能力、数据获取能力和创新能力；综合课程设计全面训练基本方法与技能，提高科研素质。具体的实践环节与能力培养在后文详细介绍。

二、课内习题的建设

课内习题是最常用的实践环节，是检验学习效果的最直接方式。本次“石油地质学” 的课内习题设置主要是围绕核心问题展开，对关键概念与知识点的理解开展单项训练。主要设计了5个习题：①烃源岩演化及烃源岩评价；②时间-温度指数的计算与烃源岩成熟度评价；③天然气成因类型综合判别；④流体势与油气运移分析；⑤圈闭类型及油气藏类型的识别。其中习题①、②、③主要围绕核心问题1（油气的生成）展开，习题④主要围绕核心问题2（油气的运移与聚集）展开，习题⑤主要围绕核心问题3（油气的分布规律）展开。具体来说，习题①主要是通过利用地球化学参数，分析烃源岩的演化，并预测烃源岩的分布区，强化对烃源岩的有机质丰度、类型和成熟度的理解；习题②通过对时间-温度指数的计算，进行烃源岩的成熟演化的评价，来直观理解时间和温度对油气生成的影响；习题③主要是利用相关地球化学参数判别天然气的成因类型，强化对天然气成因类型的理解；习题④通过对流体势的计算，来判断分析油气的运移方向，加深对流体势的概念以及在油气运移过程中的应用；习题⑤主要是利用平面构造图等来识别圈闭，加深对圈闭概念的理解与认识。总之，课内习题主要是针对关键概念的强化训练，综合分析性相对较弱。

三、实验环节的建设

实验是非常重要的实践环节，是课堂理论教学的重要补充。课堂教学往往是“老师讲，学生听”，而实验环节是根据所学理论知识，开展认识性、验证性或者创新性的实践活动，来进一步提高动手能力，也巩固了学习效果。与课内习题一样，实验环节也必须与培养目标和课程的核心理论知识相结合。本次“石油地质学”的课内实验环节主要强化对基本要素的认知、获取关键地质数据能力以及创新能力的培养。主要设计5个实验：①原油与样品的观察及主要物理性质测定；②储集岩样品观察及岩石物理性质测定；③烃源岩样品观察及有机组分的显微镜下观察与鉴定；④烃源岩可溶有机质提取及有机地化指标求取演示实验；⑤油气运移实验。这5个实验侧重于强化“石油地质学”的六个基本要素的认知和理解，并在实验过程中锻炼动手能力和创新精神。具体来说，实验①和实验③都是观察认识性实验，通过对实际样品和标本的观察、描述，强化对基本要素中的“烃源岩”的认识；实验②通过对不同样品的观察与描述，以及孔隙度和渗透率的测定，强化对基本要素中的“储集层”的孔隙性和渗透性的理解；实验④是通过烃源岩样品的实际测试来了解地球化学数据的产生过程，锻炼了动手能力，也培养了一定的科研素质；实验⑤主要围绕“油气运移”和“保存条件”进行展开，在课内和课外同时进行，利用不同的地质模型，进行油气运移的一维和二维模拟，属于开放性实验，旨在激发创新思维和培养创新能力。

为了满足上述5个实验的进行，建立了静态描述与动态模拟相结合的实践教学平台。 “石油地质评价实验室”主要进行静态要素的观察与描述，实验项目包括：（1）原油样品观察实验；（2）储集岩样品观察实验；（3）烃源岩样品观察实验。截止目前，实验室共有各类样品316件，支撑了静态要素的描述工作，提高了学生的感性认知和动手能力。“油气成藏模拟实验室”主要进行油气运移与聚集的动态模拟，实验项目包括：（1）测压面观测及系列背斜聚气观测实验；（2）油气运聚的二维物理模拟实验；（3）石油运移动力、阻力分析实验；（4）达西定律演示实验。通过这些动态模拟实验，加深对油气运移过程（通道、路径、方向）的理解，培养动手能力；特别是二维运移的开放模拟实验，需要设计地质模型，来动态展示油气运移的路径、通道和方向，起到了激发创新思维、培养创新能力的效果。此外，依托“沥青化学实验室”和“气相色谱实验室”，开展烃源岩可溶有机质提取及有机地化指标求取演示实验，详细了解样品处理与分析流程，以及获取地球化学数据的方法。

四、综合课程设计的建设成果

为了全面提升综合实践能力和科研素质，在课内习题和实验进行重点问题的单项训练的基础上，在综合课程设计环节进行了科研全过程的实践。通过分析具体数据、利用相关软件编绘图件、撰写研究报告、学术论文、以及成果展示汇报，对科研过程进行了全过程的实践训练。具体的实践内容仍然紧密围绕课程的核心理论知识展开，主要包括：对烃源岩的地球化学特征的综合评价（属于核心问题1）、油气成藏过程的评价（属于核心问题2）、圈闭的综合评价（属于核心问题3）、论文撰写以及成果展示汇报。

在综合评价环节，主要进行：①烃源岩的地球化学特征的综合评价、②油气成藏过程的评价、③圈闭的综合评价。此部分的综合评价与课内习题侧重点不同，更强调掌握相关软件使用方法与编图技能、提高综合分析技能。具体来说：（1）在烃源岩评价部分，需要根据提供的地球化学数据，利用Excel、Grapher、Resform、Coreldraw等软件进行烃源岩的发育层段、有机质类型、成熟度和生烃演化史的综合分析；（2）在油气成藏过程评价部分，需要利用提供的原油性质与成分数据，经过综合分析，判断原油的成因类型；根据地层流体的温度、压力等资料，利用地质软件编绘相关的平面图和剖面图，进行油气的运聚方向、成藏期次的分析；（3）在圈闭的评价部分，需要利用盆地模拟软件进行烃源岩的生烃史模拟，结合回剥技术获得的圈闭发育史，评价圈闭的有效性。

在论文撰写环节，需要对我国典型含油气盆地/坳陷基本石油地质条件及油气成藏规律的调研和综述，总结其油气藏形成的基本条件、油气成藏过程以及油气分布规律，并提出进一步的勘探方向，并按照科技论文的格式进行撰写8000-10000字的论文。此部分内容主要训练文献资料的调研、分析与撰写论文的科研素质，为本科毕业设计以及之后的研究工作打下坚实的基础。在成果展示环节，需要把主要图件和观点用ppt汇报展示，训练了学生的逻辑思维能力、表达能力以及沟通交流能力。更重要的是，通过成果交流汇报过程的教师点评，可以及时反馈存在的不足，在之后的学习和研究工作不断改进，显著提高了必备的科研素质。

五、实践环节的建设成效分析

针对石油地质学实践教学环节的建设，紧密结合专业认证和培养目标，构建了系统的“三位一体”实践教学体系、建立了静态描述与动态模拟相结合的实践教学平台、以及创立了全过程的实践能力和科研素质培养的新模式。在实践教学体系建设、实验平台建设以及全过程实践能力培养新模式，都取得了显著的教学成果，助力大学生科技创新和学科竞赛，达到了专业培养目标，支撑了专业认证和一流专业建设。

“三位一体”的实践教学体系与实验平台建设，在校内得到了广泛应用，支撑了实践教学和人才培养。通过本次实践教学环节建设，形成了系统的实践体系，系统编制了习题、实验和课程设计的3本讲义，建设了校内教学实践平台，在2016-2020年的资源勘查工程专业，有673名学生得到了系统的教学实践训练，以及为校内其他专业的432名学生提供了实践基地，提高了实践能力和科研素质，为提高毕业设计提供了保障。此外，校内实践教学平台起到了服务社会、助力大学生科技创新和学科竞赛活动。2018-2019年多次接待了北京市昌平区昌盛园小学的参观学习，进行科普教育，起到了服务社会的功能。2016-2020年，共有133名学生在实验室进行了开放性实验，支撑了大学科技创新活动（49人次）和全国油气地质大赛等学科竞赛活动（36人次）。其中，大学生科技创新获得二等奖1项、三等奖1项；“全国油气地质大赛”获得一等奖1项、二等奖1项和三等奖2项。

校内静态与动态模拟相结合的实践教学平台支撑了专业认证工作，并在地质院校起到了示范和引领作用。2016-2017年新建或改建的校内教学实践平台，是油气勘探与开放国家级教学示范中心的重要组成部分，2017年迎接了教育部本科专业认证专家组的现场考察与评估，支撑了资源勘查工程专业的专业认证工作。“油气成藏模拟实验”的多数仪器设备为专门研发设备，申请了实用新型专利2项，有效的保护了知识产权，在国内具有领先地位，吸引了多所高校和油田单位来实验室进行考察。

六、结论

基于“石油地质学”的核心理论知识和专业培养目标，本次系统进行了“石油地质学”的实践环节建设。率先建立了紧密结合专业培养目标的“三位一体”（课内习题+实验+综合课程设计）的实践教学体系。课内习题强化对关键概念的理解和单项技能的训练；课内实验加深对关键理论的理解，提升知识的应用能力、数据获取能力和创新能力；综合课程设计全面训练基本方法与技能，提高科研素质。

[参考文献]

[1] 柳广弟, 高先志, 李潍莲, 陈冬霞.“石油地质学”精品课程建设的经验与启示[J]. 中国地质教育, 2008, (4): 109-112.

[2] 王凤琴.“石油天然气地质学”课程建设与教学实践[J].中国地质教育, 2006, 4: 109-111.

[3] 柳广弟,孙明亮.“石油地质学”课程研究性教学探索与实践[J].中国地质教育, 2013, 22(1): 43-47.

[4] 姜福杰, 柳广弟, 高先志, 黄志龙.“石油地质学”课程教学过程的优化与实践[J]. 中国地质教育, 2014, 23(3): 40-42.

[5] 李平平. 典型高校“石油地质学”课程教学内容和方法对比研究[J]. 中国地质教育, 2015, 24(3): 103-106.

[6] 李平平, 孙明亮, 邹华耀. 留学生“石油地质学”教学内容和环节的设计[J]. 教育教学论坛, 2018, 20, 95-97.

[7] 李潍莲, 柳广弟, 孙明亮, 李平平. 勘查技术与工程专业“石油地质学”课程教学改革实践[J]. 中国地质教育, 2020, 29(3): 70-72.

[8] 柳广弟, 宋泽章, 陈冬霞, 姜福杰, 孙明亮.“石油地质学”课程思政体系的构建[J]. 教育教学论坛, 2021, 9: 51-54.

[9] 陈冬霞, 吴胜和, 柳广弟等.利用行业优势培养资源勘查专业学生工程实践创新能力[J]. 中国地质教育, 2018, 27(1), 40-42.

[10] 柳广弟. 石油地质学（第五版）[M]. 北京：石油工业出版社，2018.

Design of “Petroleum Geology" Practice Teaching and Application Effect

Li Ping-ping, Sun Ming-liang, Li Wei-lian, Liu Guang-di, Chen Dong-xia

(College of Geosciences, China University of Petroleum (Beijing), Beijing, 102249)

Abstract: The practice teaching is very important to improve students' comprehensive practical ability and is an important supplement to classroom theory teaching. In order to comprehensively improve students' practical ability, scientific research quality and innovative spirit, the "petroleum geology" practice teaching has been systematically designed. Considering the training objectives and core theoretical knowledge, a practical teaching system including in-class exercises, experiments and comprehensive curriculum design has been established, which has innovated training model of the practical ability and scientific research quality. On the whole, the practical teaching system of "Petroleum Geology" has achieved good teaching results, and the relevant experience is worth promoting in China.

Keywords: petroleum geology, practical teaching, in-class exercises, experimental platform, comprehensive curriculum design