新能源科学与工程专业“地热资源勘查”课程教学内容与方法分析

张洪伟 常海滨

摘要：为培养新能源行业需求的高素质人才，探讨了矿业院校新能源科学与工程专业《地热资源勘查》课程教学目的、教学内容及方法，提出了以“理论-技术-应用”为主线的教学内容体系，内容涵盖了勘查理论与方法、勘探技术与评价、等教学内容，讨论了应用于该课程的案例教学、实践导向教学、问题驱动教学等教学方法，以期为相关矿业类高效的新工科课程体系建设提供一定思路。

关键词：矿业高效；新能源科学与工程；地热资源勘查；教学方法

长期以来，我国对清洁能源的发展非常重视，已成为全球最大的太阳能和风能发电国，可再生能源发电装机占全球的34%以上，其中，风电机组零部件及整机产量已经占据了全球50%以上的市场份额，光伏产业为全球市场供应超过70%的组件。未来能源结构的持续转型，离不开能源科学技术的进步，更离不开能源类人才的培养。

地热资源作为一种清洁、可再生的能源，在发展国民经济中已显示出越来越重要的作用，并受到政府有关机构、地矿与石油、煤炭等部门及科研院所的重视。地热资源的勘查是地热能开发利用的关键环节，对于培养具备地热资源勘查能力的专业人才至关重要。2010年国务院通过了《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，提出要培育和发展包括新能源产业在内的七大战略性新兴产业。随后教育部发文鼓励有条件的高校申办战略性新兴产业相关专业，并于2010年首次批准浙江大学、华北电力大学等11所大学开设“新能源科学与工程”专业，2011年和2012年又先后批准了23所大学开办该专业，其他地区高校根据目前高等教育改革的实际要求调整现有的本科专业设置体系，不断完成新能源科学与工程专业的申报和筹备工作。当前，我国近百所高校设立了新能源科学与工程专业[1-3]。随着能源行业的转型发展与新旧动能转换，很多矿业类院校也相继设立了新能源科学与工程专业[4，5]，如中国矿业大学、中国矿业大学（北京）等，以中国矿业大学（北京）为例，该校一直致力于培养工程技术和资源管理领域的专业人才，近年来，为了积极响应国家能源战略对新能源技术人才需求和教育部“新工科”建设的重要举措，申报并获准增设了新能源科学与工程专业，2020年开始招生，该专业由能源与矿业学院主持申报与建设。新能源科学与工程专业将地热资源开发与利用纳入课程体系，并作为学生的一个重要培养方向，核心课程之一为《地热资源勘查》。

地热资源勘查是指通过探测地下岩石、土壤、水体等介质中的地热能量，对地下热储资源进行预测、评价和利用。将其设置为一门独立的课程，需要涉及到许多学科，如地球物理学、地质学、岩石学、矿物学等，也需要运用大量的先进技术，如高分辨率测量技术、地球物理勘探技术等，这些学科的交叉和技术的创新应用，不仅可以推动学科发展，也可以提升科技创新水平。针对课程的教学内容，学校做了一定时间的教学时间和经验总结。

一、教学目标

《地热资源勘查》课程旨在培养学生掌握地热勘查的基本理论、技能和工作方法，使学生具有对地热地质、形成分布规律等进行研究和综合分析的基本能力；掌握与不同类型地热资源有关的测试方法与分析技术、勘查技术和基本地质规范，具有对地质、地球化学、地球物理等现代勘查方法的信息采集、处理、成果解释和应用的初步能力；掌握勘查过程数字可视化技术，具有地热资源综合评价和经济分析的基本能力。

二、教学内容设置

《地热资源勘查》課程设置以来，确定了以“理论-技术-应用”为主线的教学内容，计划32学时，旨在介绍地热资源的勘查方法、技术和现场应用，让学生能够学以致用。需要特别指出的是，地热资源勘查涉及到许多国家标准、行业标准等，如中华人民共和国国家标准《地热资源地质勘查规范》GB/T 11615-2010、中华人民共和国地质矿产行业标准《地热资源评价方法及估算规程》DZ/T 0331-2020、中华人民共和国能源行业标准《地热地球物理勘查技术规范》NB/T 10264-2019等，在教学过程中，需要将这些标准有机融入课程，并作为教学与实践的桥梁，让学生融会贯通。

《地热资源勘查》主体教学内容包括：（1）地热资源概述，主要是介绍地热资源的定义、分类、形成原理以及在能源领域的重要性；（2）地热勘查方法，主要涵盖地质、地球物理、地球化学和遥感等多种勘查方法的原理和应用，如地表热流测量、地电、地磁、重力、地震勘查、热泉水化学分析等；（3）地热资源评价，目的是介绍地热资源的评价指标和方法，如温度梯度、热流密度、地下水温度分布、地层热导率等参数的测量和分析；（4）地热资源勘探技术，向学生展示井探测技术、测井技术、地热地球化学勘查技术、地震反射法、电法、重力法等地球物理勘探方法；（5）地热资源开发技术，简要介绍地热资源的开发方式和技术，包括干热岩地热资源开发、地下水循环系统、地热发电技术等。（6）地热资源利用技术，简要介绍地热资源在供暖、电力生产、温室农业、温泉疗养等方面的应用和前景。（7）地热工程案例分析，选取身边典型的案例，分析不同地质环境下地热资源的勘查、开发、利用过程中遇到的问题及解决方案。（8）环境保护与可持续发展，主要探讨地热资源开发利用过程中可能产生的环境影响，并提出环境保护措施和可持续发展策略。在此，值得指出的是，由于该课程知识涵盖面大，学时少，如果只是将多个学科的知识简单堆积和拼凑，那么不同知识之间就缺乏关联性，因此，在把握课堂主线的同时，要发挥学生的主观能动性，提供课外文字资料或多媒体资料让学生主动学习，教师在课堂上重点围绕地热勘查讲解，对于扩展内容或相通内容要做到详略得当。

三、教学特色

中国矿业大学（北京）学科专业体系以工科为主、以矿业为特色，尤其是在矿产资源开发方面别具特色和实力，因此《地热资源勘查》的教学内容完全可以借鉴其他矿产资源勘查与开发相近的教学内容，使得教学内容更加饱满和扎实。比如说，与之相近的课程之一是《采矿学》，地热和矿物都是从地壳中开采能源资源，具有相近的理论基础，不同的是地热能开发与利用针对蕴藏在岩层中的热能资源，一般以流体为载体开发利用，属于水气矿产开发，而采矿工程针对的则是煤炭、金属以及非金属等固体矿床开采。两者的勘查方法由有所相同，从球物理勘探方法上来讲，都是通过各种地球物理场（密度、弹性、导电性、磁性、放射性以及导热性等）的不同来探测地层岩性、地质构造、赋存情况等条件。因此，在《地热资源勘查》课程内容设置上，具有如下主要特色：

（1）矿业背景深化与学科交叉。充分利用学校矿业专业的优势，强调地热资源勘查与矿业的关联，突出课程在矿产地质、能源开采等方面的专业性特色。整合地质学、采矿工程、地球物理勘查、环境科学等多个学科的知识，培养学生的综合素质和跨学科的研究能力。

（2）突出科研与实践导向。结合学校实践教学传统，注重实地勘查实践，课堂上现场案例式教学，选取国内外典型地热资源勘查案例进行分析，让学生了解不同地质背景下的勘查方法和技术应用，培养其案例分析和问题解决能力；实习过程中组织学生到地热资源富集区进行实地考察和勘查工作，提升学生的实践操作能力；通过大学生创新训练项目，鼓励学生参与地热资源勘查相关的科研项目和实践活动，培养学生的创新能力。

（3）注重前沿技术应用。借助学校在地质勘查技术和矿业工程技术方面的研究优势，介绍最新的地热资源勘查技术和设备，引入最新的地热资源勘查技术和设备，如地震探测技术、热成像技术、无人机遥感技术等，培养学生掌握前沿技术的能力。

（4）培养工程化思维。强调地热资源勘查的工程化思维，注重勘查结果的工程可行性和经济性评估，培养学生将理论知识转化为实际工程应用的能力。

通过这些特色，可以平衡其在传统能源和新能源领域之间的关系，培养具备综合能力的学生，适应能源行业的变革和可持续发展的需要，有助于学生更好的掌握课程内容并达到学以致用的目的。

四、教学方法

在矿业类高效面向新能源科学与工程专业的学生设置《地热资源勘查》课程，需要采用一系列既有针对性又有特色的教学方法，让学生找到“新能源”与“常规能源”之间的平衡点，促进学生的学习效果和专业能力的提升。

（一）采用案例教学法，引入实际问题及解决方案

选取一些具有代表性的地热资源勘查案例，如国内外的地热田、地热温泉区等，通过案例分析，让学生了解地热资源的地质特征、勘查方法和应用情况，分析案例中的勘查过程、技术应用和问题解决方案，从而加深对地热资源勘查的理解和掌握。

（二）利用实践导向教学法，注重实践能力培养

通过实验课程或实习教学环节，组织学生进行实地考察和实验操作，或通过探访国家重点实验室及相关企业的科创中心，让学生体会地热资源的勘查过程和技术手段段，尤其是要让学生亲眼看到相关的勘查装备和组成，才能更加深刻的理解课堂内容。实践活动包括地热资源勘查区域的实地考察、地下水温度测量等，通过实践活动，学生可以加深对地热资源勘查方法和技术的理解，提高实践操作能力。

（三）突出问题驱动式学习，激发学生好奇心

任课教师需要提出一些实际的勘查问题，让学生在小组合作或个人研究的方式下寻找解决方案。教师抛出的问题可以涉及地热资源的勘查方法、勘查数据的分析与解释、勘查结果的评价等方面，注重学生的主动参与和探究，激发学生的学习兴趣和求知欲。

（四）增加實验室教学环节，让学生动手实践

利用学校实验室设施进行地热资源勘查实验，如热流测量、地下水温度测量、地热能转换实验等。通过实验操作，学生可以掌握实验技能和数据处理方法，加深对地热资源勘查原理和技术的理解，提高实践操作能力。

（五）设置小组讨论与合作学习，培养团队意识

将学生分成小组，以小组为单位进行讨论和合作学习，进行勘查方案设计、勘查数据分析等实践性任务。通过小组讨论，学生可以相互交流、分享经验，共同解决问题，培养团队合作能力和沟通能力。

举例说明：引入雄安新区地热资源勘查与开发规划，增强学生自信心。雄安新区是我国规划建设的重要国家级新区，地热资源作为一种清洁、可再生的能源，具有巨大的潜力和优势，可以为雄安新区提供可持续的能源保障，并已经实现了地热资源的大范围应用。通过让学生学习雄安新区的地热地质背景、成因、类型、地形地貌、气候特征等，了解该地区的地热资源潜力和利用需求。最后，让学生以小组形式，选取某一区域，按照所学知识制定雄安新区地热资源勘查步骤与实施计划，包括勘查区域划分、勘查方法选择、数据采集与分析等。在实习环节，可以组织学生进行实地考察活动或者模拟实地考察活动，使用地热勘查仪器进行地温、地热流量等数据的采集，并利用地质地球物理学知识对勘查区域进行分析，最后通过数据处理和分析，评估雄安新区某一区域的地热资源分布情况、储量潜力和利用条件。值得指出的是，教学环节需要注重学生方案的呈现与集体讨论，学生向同学和老师展示某一区域勘查方法或方案时，要进行讨论和交流，分享各自的设计理念和解决方案，最后教师点评并找到方案的优缺点。通过这样的案例教学，学生不仅可以了解地热资源勘查的实际过程和挑战，还能培养解决问题的能力和团队合作精神，认识到勘查过程中的不足或者合理性，为未来从事相关工作做好充分准备。

与此同时，需要特别注意的是，《地热资源勘查》需要涉及到许多学科，也需要运用大量的先进技术，因此，必须合理规划课程教学内容，实现相关知识大融合，而不是大杂烩，使得教学目标明确，主线清晰，内容丰满且详略得当。回顾既往的教学内容上的不足，很多时候容易出现的问题是学生浅尝辄止，无专业认同感。因此，需要精选课程、压缩课堂教学学时，利用现代信息技术手段进行多媒体教学来提高教学效率，尤其是要广泛融入实例、动画演示；另外，需要跟踪前沿技术，使学生了解先进的勘查技术和组织管理方法，了解地热资源勘查方法和装备的最新动态，增强学生综合素质能力。

结语

地热资源勘查是对地下热储资源进行预测、评价和利用的技术手段，具有典型的学科交叉特色。鉴于中国矿业大学（北京）等矿业院校陆续设立了新能源科学与工程专业，对相关课程《地热资源勘查》开展了一些课程教学方法探讨：以“理论-技术-应用”为主线设置教学内容；设置包括勘查理论与方法、勘查技术与评价、开发与利用技术、工程案例分析、环境保护等教学章节；利用矿业类院校在矿产资源开发方面的优势，促进教学内容的矿业背景深化与学科交叉、突出科研与实践教学导向、融入勘查前沿技术、培养勘查工程化思维等，让学生找到“新能源”与“常规能源”之间的平衡点；在教学方法上，采用一系列既有针对性又有特色的教学方法，如案例式、问题导向式、团队合作等教学方法，促进学生的学习效果和专业能力的提升。

参考文献：

[1]沈少华，郭烈锦.新工科背景下新能源科学与工程专业“通专融合”课程体系建设[J].高等工程教育研究， 2023，（S1）：84-87.

[2]陈登宇.新能源科学与工程专业（生物质能方向）人才培养探索[J].课程教育研究， 2015，（01）：236-237.

[3]韩新月，何志霞，王谦，等.新能源科学与工程专业人才培养探讨[J].中国电力教育， 2013，（05）：9-11.

[4]张洪伟，周宏伟，赵毅鑫，等.矿业类高校新能源科学与工程专业建设实践及思考--以中国矿业大学（北京）为例[J].高教学刊， 2023， 9（3）：9-12.

[5]张源，万志军，严红，等.美国高校新能源类专业建设研究与启示[J].煤炭高等教育， 2019，37（05）：17-23.

基金项目：中国矿业大学（北京）本科教育教学改革与研究项目资助“《地热资源勘查》教学体系与教学方法研究”（编号：J231108）；北京中国矿业大学教育基金会“深部固体煤炭资源流态化开采项目”资助

作者简介：张洪伟（1990— ）男，汉族，山东邹城人，博士，讲师，硕士研究生导师，研究方向：采矿工程、地热开发。