仿真模擬在油層物理實驗教學中的運用

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摘要：油層物理課是石油工程專業必修課程,是一門以實驗為基礎發展起來的專業基礎課程。因此，油層物理實驗是油層物理課的必修環節。為提高實驗教學效果，針對油層物理實驗教學中存在的局限性和難題，編制了仿真實驗教學軟件。該文對仿真實驗教學的優越性進行了闡述，對油層物理仿真實驗教學軟件及應用情況進行了介紹。仿真實驗教學作為新的實驗教學模式的改革和嘗試，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：油層物理;實驗教學;仿真

實驗教學是培養學生創新能力、解決實際問題能力、理論聯系實際能力的重要環節。實踐和實驗環節的缺失或薄弱，勢必造成理論與實踐的脫節，培養出來的學生高分低能，缺乏創新能力。這樣的學生很難適應社會的需求[1-3]。實驗教學需要投入大量資金購買儀器設備，需要場地建設實驗室。近幾年學校招生規模迅速擴大，實驗室出現資金及實驗面積不足、設備臺套數不足、指導教師缺乏等問題。嚴重影響實驗教學質量。隨著計算機多媒體技術的迅猛發展，仿真技術在各領域應用越來越廣泛。作為新的實驗教學手段，仿真實驗教學得到了廣泛應用。它具有開發、維護費用低，不受場地限制，功能強大等優勢。不僅可以節省很多的人力、物力和財力，而且還可以提高學生的興趣。

1仿真模擬教學的優越性

與傳統的實驗教學相比，仿真模擬教學具有以下優勢[4-5]。(1)節省成本。由于專業實驗儀器通用性差，一般價格比較昂貴，維修困難。仿真軟件可以大大降低成本，不受臺套數限制。仿真實驗軟件的運行只需要一臺電腦，而目前電腦的普及程度非常高，已成為人們學習和生活的基本工具。電腦成本也越來越低。(2）節省空間。專業實驗儀器利用率低，購買大量儀器不僅需要大量資金，而且占用實驗室面積。大部分時間閑置，勢必會造成極大的浪費。仿真軟件的應用不受實驗地點限制，不需購置專門的實驗儀器。這樣就節省了空間。(3）使用方便。由于網絡的應用，學生無論在機房、在宿舍都可以開展實驗，不受地點限制。無論節假日、周末學生可以在任何時間開展實驗，不受時間限制。(4）便于維護。仿真軟件不像實驗儀器容易損壞，學生可以多次反復操作，而不用擔心出現儀器故障。(5）可以實現實驗中無法完成的功能。仿真實驗不僅可以完全模擬實際的實驗過程，它還可以實現實際實驗難以實現的功能。比如井下工具的結構及工作原理，利用實物很難讓學生看清楚，利用動畫則可以一目了然。氣錨的工作原理，老師在課堂上講解非常費時、費力，但利用動畫展示，氣錨分離氣液的過程看得清清楚楚。(6）提高學生興趣及創新激情。仿真動畫軟件色彩豐富，動畫效果好，學生有身臨其境的感覺。學生就會對實驗產生興趣。同時會刺激學生自己動手設計實驗、編寫實驗軟件的沖動。提高學生的學習興趣和創作激情。(7）拓展實驗內容。受學時、資金和場地的限制，一般必做的實驗項目內容相對簡單、時間短。因此，實際實驗使培養學生的實驗技能和創新能力受到一定限制。仿真實驗則可以很好地解決這一問題。學校只要少量投入，就可以編寫出拓展性實驗內容，供有興趣的學生學習使用。例如，相對滲透率曲線測定實驗，這是油田開發的一個基礎實驗，但實驗過程非常耗時，完成一個實驗需要數天時間。學生很難在實驗室開展這類實驗。利用仿真軟件就可以很輕松地掌握實驗的操作。

2油層物理仿真軟件介紹

油層物理仿真軟件是采用Flash7.0編寫的。在Windows2000及更高版本的操作系統下均可運行。實驗內容包括兩部分：基本參數測定實驗和拓展實驗。基本參數測定包括巖石孔隙度測定、巖石滲透率測定、比表面積測定和碳酸鹽含量測定四個實驗。拓展實驗包括毛管壓力曲線測定、相對滲透率曲線測定和巖石潤濕性測定三個實驗。每個實驗是一個獨立的執行程序，包括四個模塊：實驗原理、實驗儀器、實驗操作步驟和數據處理。實驗操作模塊有實驗操作方法的配音解說、有字幕、有實驗操作。具有很好的人機交互功能。學生可以根據提示一步一步進行操作。圖1為仿真軟件的截圖。

3軟件的應用及效果評價

目前軟件主要用于兩個方面：（1）必修實驗的課前預習。實驗課之前，學生配合實驗指導書在計算機上進行模擬實驗，等完全掌握了實驗過程再進入實驗室。（2）拓展實驗的自選學習。實驗室對學生開放，學生可以根據自己的興趣，利用仿真軟件自行學習自己感興趣的選修實驗內容。仿真軟件在本科油層物理實驗教學中已應用了四屆，深受學生的歡迎。教學效果良好，通過仿真軟件的應用，提高了學生預習效率和預習效果，降低了實驗過程中的出錯率。通過拓展實驗，學生學到了更多的實驗內容。

4仿真軟件編寫中注意的問題

(1）注重細節。實驗的成敗和實驗精度很大程度上決定于實驗人員的細心程度，因此，仿真模擬要想收到好的效果，必須注重實驗細節的交代和動畫實現。(2）提高仿真程度。逼真的場景可以讓學生很快進入角色，提高教學效果。達到真實實驗所要達到的目標。(3）必要的警示。實際實驗操作過程中，不當的操作可能會損壞儀器，或者使整個實驗報廢，甚至對人體帶來危險。而仿真軟件可以多次重復。難以體會錯誤操作帶來的嚴重后果。因此，仿真模擬過程中的錯誤操作，必須給予必要的警示或相應的懲戒，以引起學生的足夠重視。

5結語

仿真模擬打破了傳統的實驗教學模式，為傳統實驗教學模式注入了新的活力。為消除傳統實驗教學中存在的種種局限開辟了一條新路。仿真模擬不僅可以節約成本、節約空間，而且可以實現一些實際實驗無法實現的功能。仿真模擬對培養學生創新能力和實驗技能具有不可替代的作用。但是由于仿真模擬畢竟是對實際實驗的模擬，與實際實驗還是存在差異。因此，在實際教學過程中不能完全代替實際實驗。只能作為實際實驗教學的補充和擴展。因此，處理好仿真模擬與實際實驗之間的關系尤為重要。

作者:李春蘭 單位:中國石油大學（北京）石油工程學院

參考文獻:

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