教學(xué)資源和平臺(tái)
教學(xué)體系
在多年的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，教學(xué)與研究團(tuán)隊(duì)按照“加強(qiáng)基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)，注重素質(zhì)教育和能力培養(yǎng)，抵近人才市場(chǎng)，增強(qiáng)畢業(yè)生適應(yīng)性”的原則， 將油氣鉆、采、輸理論、工藝原理與虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，開(kāi)發(fā)和制作了多種類型的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和教學(xué)資源， 初步構(gòu)建起了集基礎(chǔ)、綜合、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)一體的教學(xué)層次分明的、課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相互促進(jìn)的三大類虛擬仿真系統(tǒng) (包括：基于半實(shí)物仿真的系列仿真模擬操作平臺(tái)、基于三維嚴(yán)肅游戲理論的虛擬仿真操作平臺(tái)、基于虛擬現(xiàn)實(shí)和工程實(shí)際的仿真操作和開(kāi)發(fā)平臺(tái))， 可滿足石油與天然氣工程相關(guān)專業(yè)人才基本技能和實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)、考核及安全教育的需要，積累了豐富的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。 已開(kāi)發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)資源分布如圖1所示。
該教學(xué)體系在人才培養(yǎng)中扮演著重要的角色：
1)作為學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分
利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建的互動(dòng)式“作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)”，感性地理解課程中涉及的理論研究對(duì)象、內(nèi)容以及理論應(yīng)用場(chǎng)所，通過(guò)學(xué)生的互動(dòng)式參與， 激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和探索的熱情，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提高教、學(xué)效率和效果。可用于石油與天然氣工程專業(yè)教育主要三個(gè)階段的特色如下：
（1）專業(yè)課之前的 “認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)”
在專業(yè)課之前，對(duì)于從未到過(guò)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的學(xué)生，可在利用實(shí)物仿真模型、半實(shí)物仿真模型或全數(shù)字化動(dòng)態(tài)模型構(gòu)建的“作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)”中， 通過(guò)在陸地及海洋石油工程作業(yè)的地面現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、井筒和地下環(huán)境的動(dòng)態(tài)虛擬漫游及三維實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)，讓學(xué)生全面的認(rèn)識(shí)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境、 主要設(shè)備用途及主要的工藝流程等，使學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)，了解“學(xué)以致用”的場(chǎng)所和目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，為專業(yè)理論的教、學(xué)奠定基礎(chǔ)。
（2）專業(yè)理論教學(xué)過(guò)程中的“理論應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)”
學(xué)生可將學(xué)到的理論在平臺(tái)上進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐。比如，學(xué)完《鉆井與完井工程》的“鉆井液性能”及水力參數(shù)設(shè)計(jì)理論，學(xué)生可利用所學(xué)的理論知識(shí)， 進(jìn)行水力參數(shù)設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)的水力參數(shù)輸入到仿真模擬系統(tǒng)，用于虛擬的鉆井過(guò)程中，可以形象直觀地看到自己所設(shè)計(jì)的參數(shù)對(duì)鉆井泵等設(shè)備、 對(duì)井筒壓力及機(jī)械鉆速等工程性能的作用和影響；學(xué)習(xí)“井控理論”時(shí)，學(xué)生可根據(jù)所學(xué)理論和方法，自己設(shè)計(jì)井控壓井作業(yè)參數(shù)， 并在仿真平臺(tái)上進(jìn)行“壓井作業(yè)”；對(duì)抽象的“定向鉆井”的相關(guān)知識(shí)，可在平臺(tái)提供的虛擬三維地下空間場(chǎng)景下，進(jìn)行“鉆定向井”， 直觀地展示井眼的空間形狀、鉆井過(guò)程及井眼形狀、工具等對(duì)工程的限制等。通過(guò)這種形象化的理論應(yīng)用試驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生真正消化和掌握所學(xué)知識(shí)， 提高學(xué)以致用及理論聯(lián)系實(shí)際的能力，并激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探索和拓展相關(guān)理論的學(xué)習(xí)欲望。
（3）專業(yè)理論知識(shí)學(xué)完后，系統(tǒng)的“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”
在專業(yè)理論學(xué)完之后，畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，可利用數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行全面、系統(tǒng)的實(shí)踐技能訓(xùn)練。利用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)， 教師可根據(jù)實(shí)踐的時(shí)間限制和教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)實(shí)踐訓(xùn)練的項(xiàng)目和內(nèi)容。學(xué)生置身于安全、舒適的仿真環(huán)境中，可自行設(shè)計(jì)石油工程作業(yè)參數(shù)， 反復(fù)操作實(shí)物、半實(shí)物和數(shù)字化虛擬設(shè)備，并觀察仿真儀表、虛擬儀表的參數(shù)變化情況，掌握作業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)行、監(jiān)測(cè)、調(diào)整和控制技能， 掌握現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)流程中各環(huán)節(jié)的常規(guī)操作及常見(jiàn)意外事故判斷與處理方面的知識(shí)與技能。
彌補(bǔ)長(zhǎng)期以來(lái)生產(chǎn)實(shí)習(xí)中無(wú)法上鉆臺(tái)、無(wú)法在鉆采現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)手操作等“只能有限制地看，絕對(duì)不能摸”的不足，也能彌補(bǔ)學(xué)生在有限的時(shí)間和有限的實(shí)習(xí)場(chǎng)所， 只能了解某一方面的生產(chǎn)工藝，而不能對(duì)整個(gè)石油工程領(lǐng)域的主要生產(chǎn)工藝進(jìn)行較全面了解這種“管中窺豹”式的實(shí)習(xí)缺陷。
國(guó)外實(shí)踐表明，通過(guò)這種系統(tǒng)、全面且與時(shí)俱進(jìn)的仿真實(shí)踐訓(xùn)練，學(xué)生畢業(yè)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，能很快熟悉現(xiàn)場(chǎng)工作， 在很短的時(shí)間內(nèi)完成有學(xué)生到企業(yè)職工的轉(zhuǎn)變，并能將所學(xué)理論很好地與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用相結(jié)合，這正是企業(yè)歡迎的人才。
2)作為學(xué)科建設(shè)和課程建設(shè)的重要支撐
借助于這一現(xiàn)代化的、緊密結(jié)合石油與天然氣工程教育的、并可隨石油與天然氣工程技術(shù)發(fā)展而持續(xù)更新的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)， 可為石油與天然氣工程各學(xué)科的建設(shè)，尤其是教學(xué)資源比較缺乏的專業(yè)學(xué)科，如“海洋油氣工程”等提供輔助教學(xué)平臺(tái)；對(duì)相關(guān)課程建設(shè)， 如“鉆井與完井工程”、“海洋鉆井工程”、“海洋采油工程”等提供輔助教學(xué)資源和手段；對(duì)各級(jí)各類精品視頻課程和資源共享課程的建設(shè)提供支撐條件。
3)作為校企合作的重要媒介
我?！笆团c天然氣國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”多年積累的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源和實(shí)驗(yàn)手段，不僅可用于教學(xué)， 也可以建成或申報(bào)石油與天然氣工程職業(yè)技能培訓(xùn)基地，甚至鑒定機(jī)構(gòu)，為油田職業(yè)技能培訓(xùn)和鑒定提供社會(huì)服務(wù)， 擴(kuò)大學(xué)校的社會(huì)影響力和社會(huì)服務(wù)功能。多年的校企合作開(kāi)發(fā)、研制和利用虛擬仿真資源，不僅強(qiáng)化校企的產(chǎn)學(xué)研合作， 所建立的“油氣開(kāi)發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”已經(jīng)成為了校際、校企交流的重要媒介。
4)作為學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)的重要平臺(tái)
油氣開(kāi)發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和科學(xué)研究的興趣，對(duì)有潛力的本科生或研究生， 可以為他們自動(dòng)設(shè)計(jì)和提供石油工程領(lǐng)域的設(shè)備和工藝改進(jìn)以及新技術(shù)應(yīng)用方面的課外科技課題，將平臺(tái)作為他們成果檢驗(yàn)、展示和應(yīng)用的測(cè)試平臺(tái)， 從而為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、獨(dú)立分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力提供實(shí)踐平臺(tái)。
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有資源的進(jìn)一步整合與建設(shè)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將彌補(bǔ)現(xiàn)有石油與天然氣工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，其創(chuàng)新性體現(xiàn)在：
1）能實(shí)現(xiàn)宏觀仿真和微觀仿真的有機(jī)結(jié)合，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)真實(shí)仿真“虛實(shí)”結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。 對(duì)石油與天然氣工程中的復(fù)雜物理系統(tǒng)問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真模擬研究，以解決室內(nèi)物理模型實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的科學(xué)問(wèn)題。 可用于碩士、博士以及博士后等高端人才的仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研能力的培養(yǎng)，以及本科生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
2）利用半實(shí)物仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)仿真相結(jié)合，將油氣鉆、采、輸作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)“搬”到學(xué)校室內(nèi)虛擬實(shí)驗(yàn)中心或共享網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)， 實(shí)現(xiàn)半實(shí)物“虛實(shí)”結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。即構(gòu)建安全、經(jīng)濟(jì)的教學(xué)平臺(tái)，形成融“工程背景認(rèn)識(shí)”、“專業(yè)理論實(shí)驗(yàn)”、 “單項(xiàng)或綜合操作技能訓(xùn)練”為一體的工科理論與實(shí)踐有效結(jié)合的分段式、立體化的、同時(shí)滿足通識(shí)教育與專業(yè)技能人才需求的人才培養(yǎng)模式。
3）自動(dòng)實(shí)現(xiàn)高度虛擬仿真的設(shè)備功能、設(shè)備拆裝的實(shí)踐教學(xué)，同時(shí)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)、高成本以及高危復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐訓(xùn)練， 學(xué)生真正實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用，使虛擬教學(xué)中心成為校企人才培養(yǎng)和利用的真正紐帶。
4）構(gòu)建了適應(yīng)油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域高技能人才培養(yǎng)課程體系、教學(xué)質(zhì)量保障體系以及評(píng)價(jià)體系。即形成了油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域“虛實(shí)”結(jié)合的公共教育平臺(tái)。