仿真模拟在油层物理实验教学中的应用

李春兰

摘 要：油层物理课是石油工程专业必修课程，是一门以实验为基础发展起来的专业基础课程。因此，油层物理实验是油层物理课的必修环节。为提高实验教学效果，针对油层物理实验教学中存在的局限性和难题，编制了仿真实验教学软件。该文对仿真实验教学的优越性进行了阐述，对油层物理仿真实验教学软件及应用情况进行了介绍。仿真实验教学作为新的实验教学模式的改革和尝试，取得了良好的教学效果。

关键词：油层物理 实验教学 仿真

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（b）-0112-03

Abstract：Petroleum physics is a required course of petroleum engineering.It is a specialized basic course based on experiments.So experiments is a compulsory part of this course.In order to improve the effect of experiment teaching，have written simulation software of experiment teaching，aiming at the limitation and difficulty in reservoir physics experiment teaching.This paper expounds the superiority of the simulation experiment teaching，and introducd the application of simulation software in reservoir physics experiment teaching.as a new reform and attempt，achieved good teaching results in experiment teaching.

Key Words：Reservoir Physics；Experiment teaching；Simulation

实验教学是培养学生创新能力、解决实际问题能力、理论联系实际能力的重要环节。实践和实验环节的缺失或薄弱，势必造成理论与实践的脱节，培养出来的学生高分低能，缺乏创新能力。这样的学生很难适应社会的需求[1-3]。

实验教学需要投入大量资金购买仪器设备，需要场地建设实验室。近几年学校招生规模迅速扩大，实验室出现资金及实验面积不足、设备台套数不足、指导教师缺乏等问题。严重影响实验教学质量。

随着计算机多媒体技术的迅猛发展，仿真技术在各领域应用越来越广泛。作为新的实验教学手段，仿真实验教学得到了广泛应用。它具有开发、维护费用低，不受场地限制，功能强大等优势。不仅可以节省很多的人力、物力和财力，而且还可以提高学生的兴趣。

1 仿真模拟教学的优越性

与传统的实验教学相比，仿真模拟教学具有以下优势[4-5]。

（1）节省成本。

由于专业实验仪器通用性差，一般价格比较昂贵，维修困难。仿真软件可以大大降低成本，不受台套数限制。仿真实验软件的运行只需要一台电脑，而目前电脑的普及程度非常高，已成为人们学习和生活的基本工具。电脑成本也越来越低。

（2）节省空间。

专业实验仪器利用率低，购买大量仪器不仅需要大量资金，而且占用实验室面积。大部分时间闲置，势必会造成极大的浪费。仿真软件的应用不受实验地点限制，不需购置专门的实验仪器。这样就节省了空间。

（3）使用方便。

由于网络的应用，学生无论在机房、在宿舍都可以开展实验，不受地点限制。无论节假日、周末学生可以在任何时间开展实验，不受时间限制。

（4）便于维护。

仿真软件不像实验仪器容易损坏，学生可以多次反复操作，而不用担心出现仪器故障。

（5）可以实现实验中无法完成的功能。

仿真实验不仅可以完全模拟实际的实验过程，它还可以实现实际实验难以实现的功能。比如井下工具的结构及工作原理，利用实物很难让学生看清楚，利用动画则可以一目了然。气锚的工作原理，老师在课堂上讲解非常费时、费力，但利用动画展示，气锚分离气液的过程看得清清楚楚。

（6）提高学生兴趣及创新激情。

仿真动画软件色彩丰富，动画效果好，学生有身临其境的感觉。学生就会对实验产生兴趣。同时会刺激学生自己动手设计实验、编写实验软件的冲动。提高学生的学习兴趣和创作激情。

（7）拓展实验内容。

受学时、资金和场地的限制，一般必做的实验项目内容相对简单、时间短。因此，实际实验使培养学生的实验技能和创新能力受到一定限制。仿真实验则可以很好地解决这一问题。学校只要少量投入，就可以编写出拓展性实验内容，供有兴趣的学生学习使用。例如，相对渗透率曲线测定实验，这是油田开发的一个基础实验，但实验过程非常耗时，完成一个实验需要数天时间。学生很难在实验室开展这类实验。利用仿真软件就可以很轻松地掌握实验的操作。

2 油层物理仿真软件介绍

油层物理仿真软件是采用Flash7.0编写的。在Windows2000及更高版本的操作系统下均可运行。

实验内容包括两部分：基本参数测定实验和拓展实验。基本参数测定包括岩石孔隙度测定、岩石渗透率测定、比表面积测定和碳酸盐含量测定四个实验。拓展实验包括毛管压力曲线测定、相对渗透率曲线测定和岩石润湿性测定三个实验。

每个实验是一个独立的执行程序，包括四个模块：实验原理、实验仪器、实验操作步骤和数据处理。实验操作模块有实验操作方法的配音解说、有字幕、有实验操作。具有很好的人机交互功能。学生可以根据提示一步一步进行操作。图1为仿真软件的截图。

3 软件的应用及效果评价

目前软件主要用于两个方面：（1）必修实验的课前预习。实验课之前，学生配合实验指导书在计算机上进行模拟实验，等完全掌握了实验过程再进入实验室。（2）拓展实验的自选学习。实验室对学生开放，学生可以根据自己的兴趣，利用仿真软件自行学习自己感兴趣的选修实验内容。

仿真软件在本科油层物理实验教学中已应用了四届，深受学生的欢迎。教学效果良好，通过仿真软件的应用，提高了学生预习效率和预习效果，降低了实验过程中的出错率。通过拓展实验，学生学到了更多的实验内容。

4 仿真软件编写中注意的问题

（1）注重细节。

实验的成败和实验精度很大程度上决定于实验人员的细心程度，因此，仿真模拟要想收到好的效果，必须注重实验细节的交代和动画实现。

（2）提高仿真程度。

逼真的场景可以让学生很快进入角色，提高教学效果。达到真实实验所要达到的目标。

（3）必要的警示。

实际实验操作过程中，不当的操作可能会损坏仪器，或者使整个实验报废，甚至对人体带来危险。而仿真软件可以多次重复。难以体会错误操作带来的严重后果。因此，仿真模拟过程中的错误操作，必须给予必要的警示或相应的惩戒，以引起学生的足够重视。

5 结语

仿真模拟打破了传统的实验教学模式，为传统实验教学模式注入了新的活力。为消除传统实验教学中存在的种种局限开辟了一条新路。仿真模拟不仅可以节约成本、节约空间，而且可以实现一些实际实验无法实现的功能。仿真模拟对培养学生创新能力和实验技能具有不可替代的作用。但是由于仿真模拟毕竟是对实际实验的模拟，与实际实验还是存在差异。因此，在实际教学过程中不能完全代替实际实验。只能作为实际实验教学的补充和扩展。因此，处理好仿真模拟与实际实验之间的关系尤为重要。

参考文献

[1]赵经成.运用现代技术开展仿真模拟实验教学[J].中国高等教育，2003（10）：30-31.

[2]周艳.虚拟现实与教育[J].开放教育研究，2000，25（3）：16-19.

[3]王晓蒲，霍煎青，杨旭，等.大学物理仿真实验和教学实践[J].物理实验，2001，21（1）：28-29.

[4]刘桂斌.运用模拟实验提高教学效果[J].中国电化教育，2002，183（4）：30-31.

[5]注成为，高文，王行仁.虚拟现实技术的理论、实验及应用[M].北京：清华大学出版社，1996.