渗流力学教学中探究式课堂教学方法实例

摘要：为充分发挥学生自主探究渗流规律、培养学生综合实践和终身学习的能力，在渗流力学课堂教学中，应以探究式教学方法引导学生独立完成对渗流规律的揭示，结合教材渗流边界条件3个实例分析，引导学生认知渗流物理现象的客观存在性，培养学生发现问题、思考问题、解决问题的能力，调动学生参与课堂教学的积极性，发挥学生自主探究的能动性。

关键词：渗流力学；探究式课堂教学；自主探究；能动性

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2013）01-0102-02

探究式课堂教学是指在课堂理论教学中，在教师的启发引导下，学生通过自主阅读、观察、实验、思考、讨论、听讲等途径去独立探究，自行发现并掌握所学知识的一种教学方法。

最早提出探究课堂教学方法的是美国教育家杜威，他认为科学教育不仅仅是让学生学习大量的知识，更重要的是学习科学研究的过程或方法。美国芝加哥大学J.J.Schwab教授强调学生的学习方法与过程，认为探究式过程和方法适合培养学生的创造力，培养学生自我汲取知识的能力。

渗流力学教学中的探究式课堂教学方法

传统的渗流力学教学方法是教师“讲解式”传授，学生“被动式”学习，教师讲授是学生获得知识的唯一来源。教学模式主要采用“师讲生听”的教学模式，重视渗流力学经典理论的讲授，学生缺乏建构知识的动态认识。课堂教学是以教师为圆心，以教材为半径，学生在一个封闭的课堂圈内打转，教与学局限于教材，是封闭式的教学过程。教学过程中教师起着传话筒的作用，只是向学生单向灌输知识。

渗流力学探究式课堂教学遵循学生的认知规律，以素质教育思想为指导，以学生主动参与课堂教学为前提，以油气渗流力学教材为探究内容，以学生现实生活为参照对象，在教师的讲授和指导下，自主探索特定的渗流物理现象，认识和解决特有的渗流问题的方法和步骤，发现渗流物理现象各因素的内在联系，找出符合特有渗流现象的规律。在渗流力学教学过程中，教师的任务是调动学生的积极性，培养学生自己发现问题、分析问题、解决问题、获取知识的能力；要设置探究情境，把握探究的深度，营造探究的氛围，促进探究的进程，评价探究的成败。学生根据教师提供的渗流物理现象条件，明确探索的目标，发现探究的问题，探索探究的方法，理顺探索的思路，交流探究的内容，总结探究的结果。渗流力学探究式课堂教学是教师和学生双方都参与的活动，均以双重身份进入渗流力学理论教学课堂。

渗流力学中探究式课堂教学的意义

渗流力学探究式课堂教学是渗流力学理论教学的创新，改变了传统课堂教学重传授、强记忆、机械独立的训练，以讨论式、协作式启发探究为主，重视创造能力的培养，改变了传统课堂教学教师是传授者，学生是被动接受者的关系。

渗流力学探究式课堂教学遵循现代教育以人为本的教学理念，顺应课程教学改革的趋势，提倡学生提出问题、分析问题、解决问题的创新能力培养，以培养学生独立、自主的学习能力，充分发挥自主的创造思维。

渗流力学探究式课堂教学适应现代教学运行机制，调动学生参与教学的积极性，发挥学生自主探究的能动性，培养学生的团队精神，使课堂教学焕发出生机。教学形式的转变，要最大限度地减少教师的讲授，最大限度地满足学生自主发展的需要，尽可能做到让学生在参与中学习，在探索中发展，在合作中进步，在探究中创新。

渗流力学探究式课堂教学有助于学生综合能力的培养，体现知识创新与实践能力的结合。通过让学生参与实际的渗流问题思考与互动的教学实践，能提高学生收集处理信息的能力、独立完成任务能力、合作交流能力、语言表达能力、实践动手能力和设计创新能力。

渗流力学探究式课堂教学有助于学生终身学习能力的锻炼，使学生真正成为自主学习的主人，激发学习的自主性。学生通过对实际渗流现象分析筛选，学会参透复杂的表象，深入把握渗流规律的本质，通过对不同渗流物理现象存在的原因的探究，不断提高自己探究学习方法的能力，有利于终身学习能力的培养。

渗流力学探究式教学方法实例

结合渗流力学课堂教学的探究式教学方法，引导学生发现渗流物理现象的客观性，可以培养学生严密思考问题的能力。

完整的渗流数学模型包括综合微分方程和定解条件，与时间有关的定解条件为初始条件，与空间位置有关的定解条件为边界条件。根据渗流规律给出的已知条件将渗流中的边界条件分为三类。

一是势已知的边界——第一类边界。

引入势Φ=■P可知，将有方向的压力P矢量转为标量表示，Φ具有压力的含义，在势已知的条件下即压力为已知。

例1：圆形定压边界油层中心一口井稳定渗流模型。

引导学生分析命题条件：（1）圆形油层中心一口井，由圆柱坐标Laplace算子映射到平面上的二维平面径向流■■r■。（2）稳定渗流，运动要素与时间无关■■=0，所以渗流数学模型为：■■r■=■+■■=0。（3）定压边界，即供给边界上压力恒定P|r=r■=Pe；再根据达西定律Q=■可知，要保证Q一定，则有P|r=r■=Pw一定。

数学模型为：

■+■■=0P|r=r■=P 内边界条件P|r=r■=Pe 外边界条件（1）

微分方程有两个未知数P、r，有两个边界条件，则该方程可求解。

二是流量或流速已知——第二类边界。

由达西定律Q=Av=A■■=A■=AΦ"可知，流量或流速已知即为Φ"已知。

例2：圆形封闭地层中心一口井弹性不稳定渗流。

分析命题条件：（1）圆形油层中心一口井，圆柱坐标Laplace算子映射到平面上的二维平面径向流为■■r■。（2）弹性不稳定渗流，与时间有关的运动要素为■■，所以渗流数学模型为：■■r■=■+■■=■■。（3）在井未生产时，地层压力为初始压力，即P|t=0=Pi。（4）在距离井中心为r处地层渗流服从达西定律Q=2πrh■■，则r=■=■；在封闭边界r=re处由于不渗透层或者断层作用没有流体流入，则Q=2πrh■■=0，即■|r=r■=0；在内边界r=rw处在时间ti时刻产量为Qi，则r■|r=r■=■。

数学模型为：

■■r■=■+■■=■■P|t=0=P （rw＜r＜re）r■|r=r■=■ （t=ti＞0）内边界条件■|r=r■=0 （t＞0）外连界条件（2）

微分方程有三个未知数P、r、t，有两个边界条件和一个初始条件，则该方程可求解。

三是势、流量和流速均未知——第三类边界。

势、流量和流速均未知，但它们的关系Q=F（Φ）或者Q=F（Φ"）已知。

例3：圆形有界定压油层中心一口井不稳定渗流。

分析命题条件：（1）圆形油层中心一口井，圆柱坐标Laplace算子映射到平面上的二维平面径向流为■■r■。（2）弹性不稳定渗流，则与时间有关的运动要素为■■，所以渗流数学模型为：■■r■=■+■■=■■。（3）在井未生产时，地层压力为初始压力，即P|t=0=Pi。（4）定压边界，即供给边界上压力恒定P|r=re=Pe；在内边界r=rw处地层渗流服从达西定律，在时间ti时刻产量为Qi，则r■|r=r■=■。

数学模型为：

■■r■=■+■■=■■P|t=0=P （rw＜r＜re）r■|r=r■=■ （t=ti＞0）内边界条件■|r=r■=Pe （t＞0）外连界条件（3）

微分方程有三个未知数P、r、t，有两个边界条件和一个初始条件，则该方程可求解。从例3的分析过程中可看出，它集例1和例2的边界条件在一起，故又可称为混合边界。

通过教材设置的实例情境，引导学生分析渗流数学模型的来源依据，对每一个存在的渗流条件深入地分析，揭示其渗流运动规律及物理意义，可以充分调动学生自主学习的能动性，培养学生发现问题、思考问题、解决问题的能力，也让学生体会到了学习的乐趣，提高学生渗流理论课程学习的兴趣，锻炼学生综合能力。

渗流力学探究式课堂教学是在教师的讲授和启发下，以教材内容为依据，以学生自主探索为主，引导学生对客观存在的渗流物理现象进行观察、思考，发现特定渗流过程存在的问题，分析发生渗流现象的物理参数之间的内在联系，解释与之符合的渗流规律，揭示特有渗流现象的实质。渗流力学探究式课堂教学是渗流力学课堂教学的创新，是顺应以人为本的教学理念的改革，适应了现代教学的运行机制，有助于学生综合能力和终身学习能力的培养。

参考文献：

[1]金凤，徐尚福，邓江，等.探究式学习在药理学实验教学中应用初探[J].山西医科大学学报（基础医学教育版），2011（11）：1095-1096.

[2]傅桦，王蕾，张明庆.高师院校自然地理学课程探究式教学的特点与实施[J].首都师范大学学报（自然科学版），2009（12）：40-44.

[3]J J Schwab.The teaching of science as enquiry [M].The teaching of science，Cambridge，Harvard University Press，1962.

[4]李明川，姚军，冯其红，等. 渗流力学探究式实验教学方法探讨[J].高等理科教育，2011（6）：167-169.

[5]廖燕子.例谈物理教学中的问题设计[J].山西师范大学学报（自然科学版），2008（S1）：48-49.

[6]张建国，杜殿发，侯健，等.油气层渗流力学[M].东营：中国石油大学出版社，2009.

作者简介：

李明川（1976—），男，四川资中人，博士，中国石油大学石油工程学院讲师，研究方向为渗流力学理论、油气田开发以及天然气水合物等。

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