新能源科學與工程專業(yè)“地熱資源勘查”課程教學內容與方法分析

張洪偉 常海濱

摘要：為培養(yǎng)新能源行業(yè)需求的高素質人才，探討了礦業(yè)院校新能源科學與工程專業(yè)《地熱資源勘查》課程教學目的、教學內容及方法，提出了以“理論-技術-應用”為主線的教學內容體系，內容涵蓋了勘查理論與方法、勘探技術與評價、等教學內容，討論了應用于該課程的案例教學、實踐導向教學、問題驅動教學等教學方法，以期為相關礦業(yè)類高效的新工科課程體系建設提供一定思路。

關鍵詞：礦業(yè)高效；新能源科學與工程；地熱資源勘查；教學方法

長期以來，我國對清潔能源的發(fā)展非常重視，已成為全球最大的太陽能和風能發(fā)電國，可再生能源發(fā)電裝機占全球的34%以上，其中，風電機組零部件及整機產量已經占據了全球50%以上的市場份額，光伏產業(yè)為全球市場供應超過70%的組件。未來能源結構的持續(xù)轉型，離不開能源科學技術的進步，更離不開能源類人才的培養(yǎng)。

地熱資源作為一種清潔、可再生的能源，在發(fā)展國民經濟中已顯示出越來越重要的作用，并受到政府有關機構、地礦與石油、煤炭等部門及科研院所的重視。地熱資源的勘查是地熱能開發(fā)利用的關鍵環(huán)節(jié)，對于培養(yǎng)具備地熱資源勘查能力的專業(yè)人才至關重要。2010年國務院通過了《關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的決定》，提出要培育和發(fā)展包括新能源產業(yè)在內的七大戰(zhàn)略性新興產業(yè)。隨后教育部發(fā)文鼓勵有條件的高校申辦戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關專業(yè)，并于2010年首次批準浙江大學、華北電力大學等11所大學開設“新能源科學與工程”專業(yè)，2011年和2012年又先后批準了23所大學開辦該專業(yè)，其他地區(qū)高校根據目前高等教育改革的實際要求調整現有的本科專業(yè)設置體系，不斷完成新能源科學與工程專業(yè)的申報和籌備工作。當前，我國近百所高校設立了新能源科學與工程專業(yè)[1-3]。隨著能源行業(yè)的轉型發(fā)展與新舊動能轉換，很多礦業(yè)類院校也相繼設立了新能源科學與工程專業(yè)[4，5]，如中國礦業(yè)大學、中國礦業(yè)大學（北京）等，以中國礦業(yè)大學（北京）為例，該校一直致力于培養(yǎng)工程技術和資源管理領域的專業(yè)人才，近年來，為了積極響應國家能源戰(zhàn)略對新能源技術人才需求和教育部“新工科”建設的重要舉措，申報并獲準增設了新能源科學與工程專業(yè)，2020年開始招生，該專業(yè)由能源與礦業(yè)學院主持申報與建設。新能源科學與工程專業(yè)將地熱資源開發(fā)與利用納入課程體系，并作為學生的一個重要培養(yǎng)方向，核心課程之一為《地熱資源勘查》。

地熱資源勘查是指通過探測地下巖石、土壤、水體等介質中的地熱能量，對地下熱儲資源進行預測、評價和利用。將其設置為一門獨立的課程，需要涉及到許多學科，如地球物理學、地質學、巖石學、礦物學等，也需要運用大量的先進技術，如高分辨率測量技術、地球物理勘探技術等，這些學科的交叉和技術的創(chuàng)新應用，不僅可以推動學科發(fā)展，也可以提升科技創(chuàng)新水平。針對課程的教學內容，學校做了一定時間的教學時間和經驗總結。

一、教學目標

《地熱資源勘查》課程旨在培養(yǎng)學生掌握地熱勘查的基本理論、技能和工作方法，使學生具有對地熱地質、形成分布規(guī)律等進行研究和綜合分析的基本能力；掌握與不同類型地熱資源有關的測試方法與分析技術、勘查技術和基本地質規(guī)范，具有對地質、地球化學、地球物理等現代勘查方法的信息采集、處理、成果解釋和應用的初步能力；掌握勘查過程數字可視化技術，具有地熱資源綜合評價和經濟分析的基本能力。

二、教學內容設置

《地熱資源勘查》課程設置以來，確定了以“理論-技術-應用”為主線的教學內容，計劃32學時，旨在介紹地熱資源的勘查方法、技術和現場應用，讓學生能夠學以致用。需要特別指出的是，地熱資源勘查涉及到許多國家標準、行業(yè)標準等，如中華人民共和國國家標準《地熱資源地質勘查規(guī)范》GB/T?11615-2010、中華人民共和國地質礦產行業(yè)標準《地熱資源評價方法及估算規(guī)程》DZ/T?0331-2020、中華人民共和國能源行業(yè)標準《地熱地球物理勘查技術規(guī)范》NB/T?10264-2019等，在教學過程中，需要將這些標準有機融入課程，并作為教學與實踐的橋梁，讓學生融會貫通。

《地熱資源勘查》主體教學內容包括：（1）地熱資源概述，主要是介紹地熱資源的定義、分類、形成原理以及在能源領域的重要性；（2）地熱勘查方法，主要涵蓋地質、地球物理、地球化學和遙感等多種勘查方法的原理和應用，如地表熱流測量、地電、地磁、重力、地震勘查、熱泉水化學分析等；（3）地熱資源評價，目的是介紹地熱資源的評價指標和方法，如溫度梯度、熱流密度、地下水溫度分布、地層熱導率等參數的測量和分析；（4）地熱資源勘探技術，向學生展示井探測技術、測井技術、地熱地球化學勘查技術、地震反射法、電法、重力法等地球物理勘探方法；（5）地熱資源開發(fā)技術，簡要介紹地熱資源的開發(fā)方式和技術，包括干熱巖地熱資源開發(fā)、地下水循環(huán)系統(tǒng)、地熱發(fā)電技術等。（6）地熱資源利用技術，簡要介紹地熱資源在供暖、電力生產、溫室農業(yè)、溫泉療養(yǎng)等方面的應用和前景。（7）地熱工程案例分析，選取身邊典型的案例，分析不同地質環(huán)境下地熱資源的勘查、開發(fā)、利用過程中遇到的問題及解決方案。（8）環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展，主要探討地熱資源開發(fā)利用過程中可能產生的環(huán)境影響，并提出環(huán)境保護措施和可持續(xù)發(fā)展策略。在此，值得指出的是，由于該課程知識涵蓋面大，學時少，如果只是將多個學科的知識簡單堆積和拼湊，那么不同知識之間就缺乏關聯(lián)性，因此，在把握課堂主線的同時，要發(fā)揮學生的主觀能動性，提供課外文字資料或多媒體資料讓學生主動學習，教師在課堂上重點圍繞地熱勘查講解，對于擴展內容或相通內容要做到詳略得當。

三、教學特色

中國礦業(yè)大學（北京）學科專業(yè)體系以工科為主、以礦業(yè)為特色，尤其是在礦產資源開發(fā)方面別具特色和實力，因此《地熱資源勘查》的教學內容完全可以借鑒其他礦產資源勘查與開發(fā)相近的教學內容，使得教學內容更加飽滿和扎實。比如說，與之相近的課程之一是《采礦學》，地熱和礦物都是從地殼中開采能源資源，具有相近的理論基礎，不同的是地熱能開發(fā)與利用針對蘊藏在巖層中的熱能資源，一般以流體為載體開發(fā)利用，屬于水氣礦產開發(fā)，而采礦工程針對的則是煤炭、金屬以及非金屬等固體礦床開采。兩者的勘查方法由有所相同，從球物理勘探方法上來講，都是通過各種地球物理場（密度、彈性、導電性、磁性、放射性以及導熱性等）的不同來探測地層巖性、地質構造、賦存情況等條件。因此，在《地熱資源勘查》課程內容設置上，具有如下主要特色：

（1）礦業(yè)背景深化與學科交叉。充分利用學校礦業(yè)專業(yè)的優(yōu)勢，強調地熱資源勘查與礦業(yè)的關聯(lián)，突出課程在礦產地質、能源開采等方面的專業(yè)性特色。整合地質學、采礦工程、地球物理勘查、環(huán)境科學等多個學科的知識，培養(yǎng)學生的綜合素質和跨學科的研究能力。

（2）突出科研與實踐導向。結合學校實踐教學傳統(tǒng)，注重實地勘查實踐，課堂上現場案例式教學，選取國內外典型地熱資源勘查案例進行分析，讓學生了解不同地質背景下的勘查方法和技術應用，培養(yǎng)其案例分析和問題解決能力；實習過程中組織學生到地熱資源富集區(qū)進行實地考察和勘查工作，提升學生的實踐操作能力；通過大學生創(chuàng)新訓練項目，鼓勵學生參與地熱資源勘查相關的科研項目和實踐活動，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

（3）注重前沿技術應用。借助學校在地質勘查技術和礦業(yè)工程技術方面的研究優(yōu)勢，介紹最新的地熱資源勘查技術和設備，引入最新的地熱資源勘查技術和設備，如地震探測技術、熱成像技術、無人機遙感技術等，培養(yǎng)學生掌握前沿技術的能力。

（4）培養(yǎng)工程化思維。強調地熱資源勘查的工程化思維，注重勘查結果的工程可行性和經濟性評估，培養(yǎng)學生將理論知識轉化為實際工程應用的能力。

通過這些特色，可以平衡其在傳統(tǒng)能源和新能源領域之間的關系，培養(yǎng)具備綜合能力的學生，適應能源行業(yè)的變革和可持續(xù)發(fā)展的需要，有助于學生更好的掌握課程內容并達到學以致用的目的。

四、教學方法

在礦業(yè)類高效面向新能源科學與工程專業(yè)的學生設置《地熱資源勘查》課程，需要采用一系列既有針對性又有特色的教學方法，讓學生找到“新能源”與“常規(guī)能源”之間的平衡點，促進學生的學習效果和專業(yè)能力的提升。

（一）采用案例教學法，引入實際問題及解決方案

選取一些具有代表性的地熱資源勘查案例，如國內外的地熱田、地熱溫泉區(qū)等，通過案例分析，讓學生了解地熱資源的地質特征、勘查方法和應用情況，分析案例中的勘查過程、技術應用和問題解決方案，從而加深對地熱資源勘查的理解和掌握。

（二）利用實踐導向教學法，注重實踐能力培養(yǎng)

通過實驗課程或實習教學環(huán)節(jié)，組織學生進行實地考察和實驗操作，或通過探訪國家重點實驗室及相關企業(yè)的科創(chuàng)中心，讓學生體會地熱資源的勘查過程和技術手段段，尤其是要讓學生親眼看到相關的勘查裝備和組成，才能更加深刻的理解課堂內容。實踐活動包括地熱資源勘查區(qū)域的實地考察、地下水溫度測量等，通過實踐活動，學生可以加深對地熱資源勘查方法和技術的理解，提高實踐操作能力。

（三）突出問題驅動式學習，激發(fā)學生好奇心

任課教師需要提出一些實際的勘查問題，讓學生在小組合作或個人研究的方式下尋找解決方案。教師拋出的問題可以涉及地熱資源的勘查方法、勘查數據的分析與解釋、勘查結果的評價等方面，注重學生的主動參與和探究，激發(fā)學生的學習興趣和求知欲。

（四）增加實驗室教學環(huán)節(jié)，讓學生動手實踐

利用學校實驗室設施進行地熱資源勘查實驗，如熱流測量、地下水溫度測量、地熱能轉換實驗等。通過實驗操作，學生可以掌握實驗技能和數據處理方法，加深對地熱資源勘查原理和技術的理解，提高實踐操作能力。

（五）設置小組討論與合作學習，培養(yǎng)團隊意識

將學生分成小組，以小組為單位進行討論和合作學習，進行勘查方案設計、勘查數據分析等實踐性任務。通過小組討論，學生可以相互交流、分享經驗，共同解決問題，培養(yǎng)團隊合作能力和溝通能力。

舉例說明：引入雄安新區(qū)地熱資源勘查與開發(fā)規(guī)劃，增強學生自信心。雄安新區(qū)是我國規(guī)劃建設的重要國家級新區(qū)，地熱資源作為一種清潔、可再生的能源，具有巨大的潛力和優(yōu)勢，可以為雄安新區(qū)提供可持續(xù)的能源保障，并已經實現了地熱資源的大范圍應用。通過讓學生學習雄安新區(qū)的地熱地質背景、成因、類型、地形地貌、氣候特征等，了解該地區(qū)的地熱資源潛力和利用需求。最后，讓學生以小組形式，選取某一區(qū)域，按照所學知識制定雄安新區(qū)地熱資源勘查步驟與實施計劃，包括勘查區(qū)域劃分、勘查方法選擇、數據采集與分析等。在實習環(huán)節(jié)，可以組織學生進行實地考察活動或者模擬實地考察活動，使用地熱勘查儀器進行地溫、地熱流量等數據的采集，并利用地質地球物理學知識對勘查區(qū)域進行分析，最后通過數據處理和分析，評估雄安新區(qū)某一區(qū)域的地熱資源分布情況、儲量潛力和利用條件。值得指出的是，教學環(huán)節(jié)需要注重學生方案的呈現與集體討論，學生向同學和老師展示某一區(qū)域勘查方法或方案時，要進行討論和交流，分享各自的設計理念和解決方案，最后教師點評并找到方案的優(yōu)缺點。通過這樣的案例教學，學生不僅可以了解地熱資源勘查的實際過程和挑戰(zhàn)，還能培養(yǎng)解決問題的能力和團隊合作精神，認識到勘查過程中的不足或者合理性，為未來從事相關工作做好充分準備。

與此同時，需要特別注意的是，《地熱資源勘查》需要涉及到許多學科，也需要運用大量的先進技術，因此，必須合理規(guī)劃課程教學內容，實現相關知識大融合，而不是大雜燴，使得教學目標明確，主線清晰，內容豐滿且詳略得當。回顧既往的教學內容上的不足，很多時候容易出現的問題是學生淺嘗輒止，無專業(yè)認同感。因此，需要精選課程、壓縮課堂教學學時，利用現代信息技術手段進行多媒體教學來提高教學效率，尤其是要廣泛融入實例、動畫演示；另外，需要跟蹤前沿技術，使學生了解先進的勘查技術和組織管理方法，了解地熱資源勘查方法和裝備的最新動態(tài)，增強學生綜合素質能力。

結語

地熱資源勘查是對地下熱儲資源進行預測、評價和利用的技術手段，具有典型的學科交叉特色。鑒于中國礦業(yè)大學（北京）等礦業(yè)院校陸續(xù)設立了新能源科學與工程專業(yè)，對相關課程《地熱資源勘查》開展了一些課程教學方法探討：以“理論-技術-應用”為主線設置教學內容；設置包括勘查理論與方法、勘查技術與評價、開發(fā)與利用技術、工程案例分析、環(huán)境保護等教學章節(jié)；利用礦業(yè)類院校在礦產資源開發(fā)方面的優(yōu)勢，促進教學內容的礦業(yè)背景深化與學科交叉、突出科研與實踐教學導向、融入勘查前沿技術、培養(yǎng)勘查工程化思維等，讓學生找到“新能源”與“常規(guī)能源”之間的平衡點；在教學方法上，采用一系列既有針對性又有特色的教學方法，如案例式、問題導向式、團隊合作等教學方法，促進學生的學習效果和專業(yè)能力的提升。

參考文獻：

[1]沈少華，郭烈錦.新工科背景下新能源科學與工程專業(yè)“通專融合”課程體系建設[J].高等工程教育研究，?2023，（S1）：84-87.

[2]陳登宇.新能源科學與工程專業(yè)（生物質能方向）人才培養(yǎng)探索[J].課程教育研究，?2015，（01）：236-237.

[3]韓新月，何志霞，王謙，等.新能源科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)探討[J].中國電力教育，?2013，（05）：9-11.

[4]張洪偉，周宏偉，趙毅鑫，等.礦業(yè)類高校新能源科學與工程專業(yè)建設實踐及思考--以中國礦業(yè)大學（北京）為例[J].高教學刊，?2023，?9（3）：9-12.

[5]張源，萬志軍，嚴紅，等.美國高校新能源類專業(yè)建設研究與啟示[J].煤炭高等教育，?2019，37（05）：17-23.

基金項目：中國礦業(yè)大學（北京）本科教育教學改革與研究項目資助“《地熱資源勘查》教學體系與教學方法研究”（編號：J231108）；北京中國礦業(yè)大學教育基金會“深部固體煤炭資源流態(tài)化開采項目”資助

作者簡介：張洪偉（1990—?）男，漢族，山東鄒城人，博士，講師，碩士研究生導師，研究方向：采礦工程、地熱開發(fā)。