1. 引言
在全球科技与产业革命的大背景下，我国教育界于2016年首次提出了新工科的概念[1]，高等教育更加重视多元化、创新型人才的培养。为提高专业学位研究生培养质量，教育部先后出台了《关于改进和加强研究生课程建设的意见》《关于加强专业学位研究生案例教学和联合培养基地建设的意见》《专业学位研究生教育发展方案(2020~2025)》等一系列指导性文件。可以看出，工程领域专业学位研究生核心课程的案例建设正日益成为工程教育改革与创新的主要手段。
专业学位研究生教育兼具学术性、实践性、职业导向性的特点，需要面向经济社会主战场，面向产业发展的最前沿。全日制专业硕士学位研究生由于缺少行业经验，仅仅通过理论知识学习、课堂及课后的实训，还是远远达不到职业导向培养目标的要求，而必须应用好工程案例资源的设计与教学实施这一最重要的抓手[2]。
中国石油大学(北京)地质工程(油气地质方向)专业学位研究生的培养已有10多年的历史，近年来招生规模及比例的日益扩大，其核心是要面向油气产业发展的主战场，培养更多的适应该行业的应用型人才。2020年开展了培养方案的改革，设置专业核心课程三门，分别针对三个培养方向，即油气综合勘探、油气田开发地质、新能源地质工程。在课程内容体系的设计上，针对课程教学的实践性、职业导向性方面还存在的诸多不足，提出了遵循的学术性、实践性、职业导向性协同原则，大力提倡工程案例库建设与教学设计的改革。本文以近年来我校地质工程领域专业核心课程《油气田开发地质工程》的教学改革成果为依托，总结该领域研究生核心课程案例建设与教学设计的理念与实践。
2. 工程案例建设与教学设计的基本目标
案例教学方法(Case-Based Learning)是以案例为基础，根据教学内容及目标，选择典型案例，将学习者引入一个特定的真实情境中，通过师生之间的双向及多向互动，使学生充分认识工程问题，确定解决方案，最终达到提高学生参与程度、达成课程教学目标的一种教学形式[3]。在案例教学中，教师通过案例资源建设与教学方法设计，引导学生多角度、多层次、多环节剖析案例，通过研讨，提出最终解决方案。因此，工程案例教学是推动工科专业人才培养模式的必要要求[4]。
概括起来，工程案例建设及教学设计的主要目标包括以下3个主要方面。
培养学生工程意识与工程素养。工程案例教学的根本的目标，就是要通过案例的剖析，增强学生对所从事工程领域的性质及其与社会的和经济的关系的认识，建议自己所学专业的责任意识，也就是增加学生的工程意识[5]。同时，通过学习，更好地理解该领域的关键技术及工作流程，夯实从事该领域必须具备的知识能力基础及工程素养。这就是说，工程案例建设及教学实施有利于培养专业学位硕士研究生的工程意识与基本工程素养[6]。
提升学生的学习兴趣与参与度。兴趣是最好的老师。专业理论的讲授有时候显得很枯燥，如果不与工程实际问题联系起来，就会造成学生对理论教学缺乏兴趣，理解起来也较为抽象。特别是对这些理论在工程实际中如何有效地加以应用，更是难以建立完整的认知。坚持理论与案例教学的结合，通过工程案例剖析，引入相关概念及理论，一方面可以提高学生对基本理论的感性认识，另一方面也有利于提升学生的课堂投入，即课程参与度[7]，包括认知参与、行为参与等。因此，案例建设及其教学实施可以提升学生学习的兴趣以及主动性。
启迪学生科研思路与思维创新。科研思维的启迪是研究生培养中非常重要的一环，通过系统的工程案例教学实施、案例分析研讨，可以让学生在这一过程中直观地发现工程问题，并主动探求相关解决方案。这对于锻炼学生的科研能力与创新思维的启迪是十分有益的。
在专业核心课程教学设计与实施过程中，通过工程案例资源的充分准备，案例教学的精心设计，教学方法的合理采用(如问题研讨、翻转课堂、团队协作等)，那么就一定能够达到核心课程的教学目标，提高课程的达成度以及创新型人才的培养目标。
3. 工程案例建设的基本原则
一个好的工程案例的准备是开展工程案例教学的重要基础和前提。在案例资源优选、工程案例编写、教学方法设计过程中，教学团队需要投入大量精力，去精心挑选案例资源，科学开展归纳总结，合理进行教学设计。在案例资源建设过程中，应遵循以下原则。
3.1. 系统性原则
通过到油公司相关研究与设计部门开展实地交流调研，在严格遵守油公司商业秘密的前提下，优先选择研究基础扎实、工程资料详实、目标针对性强、数据支撑性强、方案系统完整的工程案例资源。也就是要能从这一案例资源中，有效地总结和提炼出该案例的产生背景、工程目标、技术应用、解决方案。
例如，在水驱开发油田水淹层评价案例资源调研过程中，我们团队对中国石油大港油田分公司四个典型水驱开发区块的石油地质背景资料、取心井岩心分析资料、注水开发动态资料、地质及地球化学录井资料、地球物理测井资料等原始数据、岩心照片、录井图谱、试油结论等进行了全面详尽细的收集，再次基础上编制了相关地质平面图、连井剖面图、综合柱状图，为该工程案例的编写与教学设计、教学实施打下了坚实的资料基础。
3.2. 典型性原则
典型性也就是指工程案例的代表性。首先，工程案例要符合相关的国家标准或行业标准，具有普遍适用性，也就是各相关工业部门基本上都是按照这一模式在进行相关研究或者工程设计；第二，案例能够充分反映当前该领域的工程技术前沿[8]，尽可能多地体现目前该领域先进技术手段、技术创新思维的应用及其效果。
以再新疆油田开展的“油气储量评估”工程案例的准备为例，针对储量计算中油水界面高度、含油面积、油层有效厚度、地下有效孔隙度、原始含油饱和度、原油体积系数确定所涉及的各种原始数据，确定油层有效厚度下限的多种技术方法，储量计算中涉及的国际国内评估标准等进行了分类收集。因此案例资源中充分反映了国际通行的SEC储量评估标准，储层孔隙结构评价的核磁共振等前沿技术，油层物性下限确定的先进理念和思想。
3.3. 启发性原则
在工程案例准备过程中，要十分重视收集和提炼工程案例启发性方面的信息[9]。能够从工程案例中凝练相关工程问题，为启发学生的科研思维创新，培养学生独立思考能力，锻炼学生开展科学研究的能力。
仍以水驱开发油田的水淹层评价为例，在现场录井评价评价方法案例编写过程中，围绕如何从众多地球化学参数中合理优选评价指标，通过地球化学测试技术原理与测试结果影响因素、影响机理的角度，启发和引导学生去思考如何去降低录井样品采样过程中不同石油组分(不同分子量单体烃)挥发速率不一致的影响，如何利用不同类型样品(岩屑、井壁岩心、钻井取心)之间的测定数据开展烃类损失恢复，如何在利用饱和烃气相色谱图像进行定性分析之外去构建合理参数开展定量评价等创新思维，指导他们一步一步开展科学研究。
3.4. 实践性原则
工程案例的实践性是指学生能够应用工程案例对相关问题进行归纳总结、对关键技术应用进行实际操作、对解决方案进行补充完善，也就是要围绕工程案例，利用翔实的基础数据，让学生在课前、课内和课后都能充分发动起来，开展理论分析、操作实训、方案改进等。这是使学生学以致用，也是提高案例教学效能十分重要的途径[10]。
以水驱开发过程中油藏性质变化案例建设为例，在案例编写过程中，为学生提供了很多基础数据供其在课前开展基础分析图件的编制，在案例教学结束之后又提供与本案例分析结果完全相反的一个开发区块的资料让他们课后去分析并得出结果，并旨在让学生利用所学的开发地质理论对结果的差异性进行成因探讨，以明确不同的地质条件下油藏性质变化规律的差异性及其变化机理。
4. 工程案例课程教学设计的基本思想
课程教学设计是根据教学目标的要求，以及教学内容与教学对象的特点，对教学诸要素进行有序的安排，制定科学的教学方案的过程[11]。工程案例教学的设计与一般的理论教学设计不同，它有自身的特点。前面以及提到，专业学位研究生工程案例课的教学目标是提升学生工程素养、提升学生的学习兴趣、启迪学生的科研思维，最终提高课程的教学效果。因此在其教学设计中，就要遵循工程案例教学必须秉持的启发性和实践性的原则，加强课前学生预习设计、课内案例解剖的设计、课后学习巩固等不同环节的设计。
下面就以工程案例“大规模水驱开发前后储层性质变化规律与变化机理”作为例子，以流程图的形成来展示该案例教学的设计思想(图1)。
首先，在课前环节，提前给学生提供相关数据，让学生编制相应的基础分析图件，主要包括统计对比图、频率直方图、参数相关图，要求编制的图件要元素齐全、美观大方、符合地质规范。同时，让学生勘探图件的初步分析，总结地质认识。
课堂环节，首先在介绍开发区块的地质背景(如沉积背景、储层类型特征)、开发历史与目前面临的问题的基础上，明确开展储层特征变化规律研究的目的；然后结合不同岩性储层(如粗砂岩、细砂岩、粉砂岩等)、不同层位储层(主要是沉积环境差异，包括曲流河储层、辫状河储层)，不同开发阶段(大规模水驱开发前、大规模水驱注水后)的对比，分析储层宏观储集物性(孔隙度、渗透率)变化规律，储层微观孔隙结构(孔隙类型，孔径大小)变化规律，黏土杂基(如含量、类型)变化规律，岩石胶结类型(颗粒接触关系、胶结物含量)变化规律，通过与学生的互动交流、研讨，让学生基于所学的开发地质理论(如储层敏感性理论、储层非均质性理论等)总结这些变化规律的内在变化机理。
Figure 1. Engineering case teaching design flowchart on the changes and mechanisms of reservoir properties before and after large-scale water drive development
图1. 大规模水驱开发前后储层性质变化规律与变化机理工程案例教学设计流程
课后环节，主要是让学生通过另一个开发区块(B区块)的资料进行储层性质图件编制、变化特征分析、变化机理探究，进一步总结规律和提升认识，最终达到形成学生认识问题、分析问题、提出方案的科学研究思路，培养学生的工程素养以及科研工作能力的目标。
5. 工程案例建设与教学设计实施效果
《油气田开发地质工程》从2022年初教改项目立项之后，开始着手进行工程案例建设及教学设计，在2023年春季教学中正式实施，当年就取得得了很好的效果。图2是2021~2023年该课程期末考试成绩的统计结果对比。从图可以看出：2021年选课学生86人，最低55分，最高94分，平均分76.2分；2022年选课学生74人，最低57分，最高93分，平均分77.4分；2023年选课学生86人，最低56分，最高95分，平均分82.1分，与教改实施前两年相比，平均成绩提高了4.7~5.9分。从成绩的分布也可以看出，80分以上的人数占比有较大提高。由于课程考试题型及难度基本一致，这一对比结果就能够充分显示案例教学在工程核心课程教学的重要价值。
Figure 2. Comparison of the final exam scores from 2021 to 2023
图2. 2021~2023年度期末考试成绩对比
6. 结语
工程案例建设与教学设计的出发点旨在提升学生的学习兴趣与教学参与度，培养学生的工程意识与工程素养，启迪学生的科研思路与创新思维，最终达到提高教学效果的最终目标。一个好的工程案例，从案例资源准备到案例设计编写，应围绕系统性、典型性、启迪性、实践性等4个方面的原则来精心组织，在案例教学设计中应充分考虑课前、课中、课后等三个阶段，让学生系统参与进来，从过课前作业、课内研讨、课后提升，最终达到使学生能够举一反三、学以致用的效果。从工程案例建设与教学设计前后两个阶段学生考试结果的对比可以看出，工程案例教学实施后，课程达成度及优秀率得到了较大幅度的提升。
基金项目
中国石油大学(北京)研究生教育质量与创新工程重点项目“地质工程专业研究生核心案例课程建设”(YJS2022002)。