新工科背景下地熱地球化學課程教學改革與實踐

王迎春　姜光政　張超　胡杰　左銀輝

摘? 要：在新工科背景下，地熱地球化學課程的教學改革與實踐具有重要意義。該文通過分析傳統地熱地球化學教學方法的優勢與局限性，反思傳統教學方法并提出新工科的需求。針對這些需求，設計地熱地球化學課程教學改革方案，其中包括以新工科核心素養為基礎、引入現代教學技術與資源以及強調課程設計實踐與應用。通過實施和評價課程改革，發現學生對改革后的課程給予積極的反饋，并且使教學效果顯著增強。研究對于推動地熱地球化學課程的教學改革和提升學生綜合能力具有重要啟示。

關鍵詞：地熱地球化學；新工科背景；教學改革；課程實踐；核心素養

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2024）16-0127-05

Abstract： Under the background of new engineering， the teaching reform and practice of geothermal geochemistry are of great significance. This paper analyzes the advantages and limitations of traditional geothermal geochemistry teaching methods， rethinking the traditional teaching methods and puts forward new engineering demands. To meet these needs， we have designed a teaching reform plan of geothermal geochemistry course， which includes taking new engineering core literacy as the basis， introducing modern teaching technology and resources， and emphasizing curriculum design practice and application. Through the implementation and evaluation of the curriculum reform， we found that students gave positive feedback to the reformed curriculum and obtained remarkable teaching results. This study has important implications for promoting the teaching reform of geothermal geochemistry course and improving the comprehensive ability of students.

Keywords： geothermal geochemistry; new engineering background; teaching reform; curriculum practice; core literacy

地熱能是一種具有豐富潛力的可再生能源，能夠為人類提供持久、可靠、低碳的能源供給。地熱資源的開發利用對于推動新能源產業發展具有重要意義[1]。然而，作為地熱資源勘探的核心基礎課程，地熱地球化學課程教學在傳統教學框架下存在一些問題，如知識內容較為單一、應用與實踐環節不足等[2]。為了適應新工科背景下對人才培養的需求，有必要對地熱地球化學課程的教學進行改革并實踐。

本文的研究背景主要關注地熱地球化學課程的傳統教學方法及其局限性，以及對傳統教學方法的反思與需求[3]。傳統教學方法在地熱地球化學課程中存在一些不足之處。首先，知識內容相對單一，主要側重于基礎概念和理論，缺乏對實際應用的深入探討。這種單一的知識傳授方式限制了學生對地熱能資源開發利用的全面理解和應用能力的培養。其次，傳統教學方法中的應用與實踐環節較少，學生很難通過實際操作和實驗來深入了解和掌握地熱地球化學的具體應用。

為了解決這些問題并適應現代教育的要求，需要對地熱地球化學課程進行教學改革并實踐[4]。改革的目的是提高教學質量，培養學生的綜合能力和創新精神，讓他們從地球化學角度對地熱能的開發利用有更深入的認識和實踐經驗。為此，本研究以新工科背景下的核心素養為基礎，將地熱地球化學課程與現代教學技術與資源相結合，強調實踐與應用的教學設計[5]。

通過教學改革實踐，可以提升學生的學習效果和能力培養。課程教學將更加注重培養學生的實際操作能力和創新思維，引導學生進行實踐項目、實驗研究等活動，讓他們親身參與地球化學在地熱資源的開發利用，從而增強對地熱地球化學的理解和應用能力[6]。通過對改革的實施和步驟進行描述，并結合學生的反饋與評價，可以對地熱地球化學課程教學改革的效果進行評價，進一步了解改革的效果與啟示，為今后的教學改革提供有益的經驗和參考。

一? 地熱地球化學課程傳統教學方法分析

（一）? 傳統教學方法的優勢與局限性

地熱地球化學課程的傳統教學方法在許多方面具有一定的優勢。首先，傳統教學方法可以提供經典的理論知識，如化學熱力學、化學動力學的概念和理論，使學生對地熱地球化學的基本概念和原理有所了解[7]。通過傳統的講授、演示和討論的方式，學生可以與教師和其他同學進行互動交流，從而加深對地熱地球化學的理解。傳統教學方法還能夠提供標準化的考試和評估方式，方便對學生的學習進度和成果進行評價，使教學過程更加規范和可量化。然而，傳統教學方法也存在一些局限性。首先，地熱地球化學是一門實踐性較強的學科，傳統教學方法往往難以真實地還原實際的地熱地球化學實驗和實踐過程。僅僅靠課堂講授很難讓學生親身體驗到地熱地球化學在地熱資源勘探的實際操作和實驗環境。其次，傳統教學方法以教師為中心，學生的參與度相對較低。學生在被動接受知識的過程中，很難充分發揮自己的學習主動性和探索能力。此外，傳統教學方法往往過于注重理論知識的灌輸，較少重視學生的實際操作能力和解決問題能力的培養，限制了學生在實踐應用方面的發展。因此，針對地熱地球化學課程的傳統教學方法，我們需要進行專業需求的思考。在新工科背景下，培養學生的創新思維、實踐能力和團隊合作精神是十分重要的。為此，我們需要探索一種新的教學方法，能夠更好地融合理論與實踐，培養學生的創新能力和問題解決能力。新的教學方法可以包括引入現代教學技術與資源，如虛擬仿真實驗室和模擬軟件，以增強學生的實踐能力和實際操作經驗[8]。同時，強調實踐與應用，在課程中引入項目式學習和實踐任務，比如地熱田地球化學勘探課程設計，讓學生能夠將所學知識應用到解決實際問題中去，培養其解決問題和綜合能力。這樣的教學方法能夠更好地適應新工科背景下對學生綜合素質的培養需求。

（二）? 對傳統教學方法的反思與需求

針對傳統教學方法的局限性，我們需要進行對專業培養需求的思考，探索更適合新工科背景下地熱地球化學課程的教學方法。為此，我們需要引入現代教育技術和資源來增強學生的學習體驗和參與度。多媒體教學可以利用圖像、動畫和視頻等豐富的形式來呈現地熱地球化學的概念和實驗過程，讓學生更加直觀地理解和記憶。虛擬仿真實驗室則可以模擬地熱地球化學實驗，讓學生通過實際操作和觀察來深入理解地熱地球化學的實踐過程。在線教學平臺可以提供學習資源和互動交流的平臺，方便學生隨時隨地進行學習和討論。

此外，我們還應該強調實踐與應用，將理論知識與實際問題相結合，讓學生通過解決實際問題來鞏固和應用所學的地熱地球化學知識[9]。可以組織學生參與真實的地熱地球化學實驗和項目，讓他們親身體驗地熱能的開發和利用過程。通過實踐鍛煉，學生可以更深入地理解理論知識的應用，培養解決實際問題的能力。

另外，我們還可以采用項目導向和團隊合作的教學模式，培養學生的團隊合作精神和創新能力。通過讓學生組成小組，共同完成一個地熱地球化學項目，通過合作和交流來實現學習目標。這樣不僅能培養學生的社會交往能力，還可以提升他們的創新意識和解決問題能力。

總之，傳統教學方法已經不能滿足新工科背景下地熱地球化學課程的教學需求。我們需要積極探索適合新工科背景的教學方法，以培養學生的創新能力、實踐能力和團隊合作精神為目標，更好地適應未來社會的需求。

二? 地熱地球化學課程教學改革設計

（一）? 以新工科背景下的核心素養為基礎

地熱地球化學課程教學改革的設計基于新工科背景下的核心素養。新工科背景下，培養學生的創新思維、跨學科合作能力、實踐能力和解決復雜問題的能力已成為教育的重要目標。對于地熱地球化學課程來說，其作為一門專業基礎課程，旨在通過教學改革，提升學生的專業素養和能力。地熱地球化學課程的教學改革將以新工科的核心素養為基礎，著重培養學生在地熱資源研究和應用方面的認知和能力。學生需要掌握地熱地球化學課程的基本理論和實踐技能，了解地熱資源的特點、分布和開發利用方式。通過理論教學和實踐操作相結合的方式，學生將學會使用相關實驗室化學測量和分析儀器，進行地熱地球化學實驗和分析。此外，課程還將強調學生運用所學知識和技能解決實際問題的能力。通過地熱田案例分析和團隊合作項目，學生將學會分析和解決地熱地球化學領域的實際問題，培養創新思維和解決問題的能力。為了適應復雜的地球資源能源問題，地熱地球化學課程還將注重培養學生的跨學科合作能力[10]。學生將有機會與其他專業領域的學生合作，共同解決跨學科性質的地球能源問題。通過團隊合作和交流，學生將學會有效地與不同領域的人合作，發掘和利用各自的專業優勢，實現協同創新。綜上所述，地熱地球化學課程教學改革基于新工科背景下的核心素養，旨在培養學生的地熱地球化學專業素養，同時注重培養學生的創新思維和跨學科合作能力，以應對復雜的地質能源問題。

（二）? 引入現代教學技術與資源

為了提高地熱地球化學課程的教學效果，教學改革設計中引入了現代教學技術與資源?，F代教學技術包括計算機輔助教學、虛擬仿真實驗室、遠程教育等。計算機輔助教學通過使用PHREEQC軟件和多媒體教具，可以模擬地熱地球化學實驗過程，讓學生在虛擬環境中進行實踐[11]。這樣的教學方法能夠提供更直觀、生動的教學環境，激發學生的學習興趣和參與度。虛擬仿真實驗室則通過模擬真實實驗室的操作和實驗過程，讓學生在沒有實際設備和物質的情況下進行實驗，提供了更加安全和便捷的實踐機會。遠程教育則通過網絡平臺和在線教學資源，讓學生可以隨時隨地進行學習，不受時間和空間的限制。

除了教學技術，還可以利用互聯網資源、地熱地球化學數據庫和地熱田案例等來豐富教學內容?；ヂ摼W資源包括在線資料、教學視頻、電子書籍等，可以提供豐富的學習資料和知識點講解。地熱地球化學數據庫則收集整理了大量的地熱田地球化學數據，可以讓學生接觸到真實地熱田的數據和實踐經驗，增加他們對課程的實際應用和實用性的認知。同時，實際地熱田案例可以通過分析真實的地熱地球化學問題和挑戰，讓學生將理論與實踐相結合，培養解決問題的能力和實踐能力。通過引入現代教學技術和資源，地熱地球化學課程的教學內容更加豐富多樣，學生能夠充分接觸到真實的數據和實踐經驗，提高他們的學習效果和實踐能力。

（三）? 強調實踐與應用

地熱地球化學課程教學改革設計要強調實踐與應用。傳統的地熱地球化學課程往往過于理論化，缺乏實踐操作和應用環節，使學生難以將所學知識與實際問題聯系起來。因此，在教學改革中，引入了實踐性課程設計和地熱田案例分析，讓學生能夠親自進行地熱地球化學實驗和實地參觀考察，了解地熱資源開發和利用的實際操作過程，并結合實際案例進行分析和討論。通過實踐和應用，可以幫助學生更好地理解和掌握地熱地球化學的核心理論，培養他們解決實際問題的能力。

在實踐性課程中，學生將有機會親自參與地熱地球化學實驗。他們可以學習和掌握實驗室中使用的儀器設備，進行地熱樣品的采集、處理和分析。通過實際操作，學生可以從中獲得實踐經驗，掌握實驗技巧，并深入理解地熱地球化學的原理和方法。

此外，實地考察是地熱地球化學課程中不可或缺的一部分。學生將有機會親自去實地探索和觀察地熱資源的分布、特征以及利用情況。通過到康定地熱發電站、西南民大地源熱泵工程等實際項目現場進行考察，并與相關工程師進行交流和討論。學生可以真實感受地熱資源的存在和利用實踐進一步加深對地熱地球化學的理解。

另外，配套的課程設計引入實際地熱田案例進行分析和討論，這也是地熱地球化學課程改革的一項重要舉措。學生將面對真實的地熱地球化學問題，通過分析和討論實際案例，可以提高他們解決實際問題的能力。他們將學會將地熱地球化學理論應用到實際案例中，找出問題所在，并提出解決方案。通過這種案例分析的方式，學生可以培養批判性思維和分析問題的能力。目前專業已建立我國、美國、意大利、日本和新西蘭等地熱田地球化學案例庫。

綜上所述，地熱地球化學課程教學改革設計強調實踐與應用。通過實踐性課程、實地考察和案例分析，學生可以更好地理解和掌握地熱地球化學的核心理論，并培養解決實際問題的能力。這種針對實踐和應用的教學方式，為學生提供了與理論聯系緊密的實際操作的機會，促進了他們的綜合素質的發展和提高。

三? 地熱地球化學課程教學改革實踐與效果評價

（一）? 課程改革的實施和步驟

地熱地球化學課程教學改革的實施和步驟需要從多個方面進行考慮。首先，我們通過重新設計課程內容和教學方法，以適應新工科的背景和要求。在重新設計課程內容時，應該考慮到地熱地球化學領域的最新發展和研究成果，將這些最新的知識融入課程，使學生能夠緊跟領域的前沿動態。同時，還要關注培養學生的核心素養，包括科學素養、工程素養和創新素養等。教學方法的重新設計要注重培養學生的實踐能力和創新思維，可以通過實驗、項目實踐和案例分析等方式來提升學生的動手能力和問題解決能力。此外，還可以運用啟發式教學法，引導學生主動探索和發現知識，激發他們的學習興趣和積極性。其次，課程改革需要注重師資力量的培養和提升。教師在課程改革中應積極探索和應用現代教學技術和資源，如虛擬仿真實驗室、在線教學平臺等。這些教學技術和資源可以為教師提供更多的教學手段和教學資源，同時也能夠提高教學效果和學生的學習體驗。教師還應積極參與教學改革的研究和實踐，不斷提高自身的教學能力和水平。再次，課程改革還需要注重評價和反饋機制的建立。評價和反饋機制可以幫助教師了解學生的學習情況和需求，及時調整教學內容和方法。評價和反饋機制還可以幫助學生了解自己的學習情況和進步，激勵他們積極參與學習。因此，我們可以建立多樣化的評價方式，如作業評價、實驗報告評價、課程評價等，并及時給予學生針對性的反饋和指導。最后，在課程改革的實施和步驟中，還要注重與相關部門和行業、企業的合作?？梢耘c地熱能公司、環境保護部門等建立合作關系，邀請相關行業專家和從業人員參與課程教學（外聘專家），舉辦學術研討會和行業實踐活動，為學生提供更多的學習機會和實踐平臺。通過與相關部門和行業的合作，可以使課程更貼近實際應用，提高學生的就業競爭力和職業素養。綜上所述，地熱地球化學課程教學改革的實施和步驟要從課程設計、教師培養、評價機制和校企合作等方面進行考慮，以提高教學質量和學生能力的綜合培養。

（二）? 學生的反饋與評價

在地熱地球化學課程教學改革實踐中，學生的反饋和評價是非常重要的。通過收集學生的意見和建議，我們可以了解他們對課程內容、教學方法和學習成果的看法。學生的反饋可以包括對課程內容的理解程度、教學方法的有效性以及對學習成果的評價。通過定期的問卷調查和面談，我們可以深入了解學生對課程的認知和體驗，并根據他們的反饋進行相應調整和改進。

在收集學生的意見和建議時，我們應該注重學生的參與和主動性?？梢酝ㄟ^課堂討論、小組討論、反饋表格和在線平臺等方式收集學生的反饋。值得注意的是，我們需要提供一個安全和開放的環境，讓學生可以自由表達和分享自己的看法，同時保證學生的反饋是真實、準確和有建設性的。

學生的反饋和建議可以幫助我們發現課程中存在的問題和改進的方向。他們可能會指出課程內容的不夠清晰或難以理解之處，教學方法的不足或無效之處，學習成果的不夠實際或缺乏應用之處。通過仔細分析和傾聽學生的聲音，我們可以及時對課程進行調整和改進，以滿足學生的學習需求和期望。

此外，學生的評價也可以作為教師教學能力和課程設計改革效果的重要指標。學生的評價可以反映教師的教學水平、教學方法的有效性以及課程改革的效果。通過定期的評估和問卷調查，我們可以收集學生對教師教學態度、教學效果和個人能力的評價意見。這些評價意見對教師的職業發展和教學改進非常有價值。

綜上所述，學生的反饋和評價在地熱地球化學課程教學改革實踐中起著重要作用。通過收集學生的意見和建議，我們可以了解他們對課程的看法和期望，并及時調整和改進課程設計。學生的評價也可以作為教師教學能力和課程改革效果的重要指標，在評估和改進課程中具有重要意義。因此，在地熱地球化學課程教學改革實踐中，應該重視并充分利用學生的反饋和評價。

（三）? 課程改革的效果評價與改革啟示

地熱地球化學課程教學改革的效果是通過多方面的評估來確定的。首先，我們可以對學生的學習成績進行統計分析，比較改革前后學生的平均成績、通過率等指標，以評估課程改革對學生學習成果的影響。通過統計數據的比較，我們可以發現，在課程改革之后，學生的學習成績明顯提升，通過率也有所增加。這表明地熱地球化學課程教學改革對學生的學習成果產生了積極的影響。

其次，我們可以通過學生的實際應用能力和創新思維能力的提升來評估課程改革的效果。在課程改革之后，學生學習到了更多實際應用的知識和技能，能夠更好地將理論知識應用到實際問題中解決。同時，他們的創新思維能力也得到了鍛煉和提升，能夠獨立思考和解決問題。這表明地熱地球化學課程教學改革對學生的實踐能力和創新思維能力的提升有顯著的效果。

再次，從學生的就業情況和畢業生的反饋中，我們也可以評價課程改革對學生就業競爭力的提升效果。經過課程改革的學生更加具備實踐經驗和綜合能力，在就業市場上更具競爭力。許多畢業生反饋稱，通過參與地熱地球化學課程教學改革，他們在求職過程中獲得了明顯的優勢，并成功找到了與專業課程內容相關的工作崗位。

通過地熱地球化學課程教學改革的實踐與效果評價，我們得出了一些啟示。首先，課程改革需要與現實需求和新工科背景相結合，注重培養學生的實踐能力和創新思維。課程設置應緊密關聯實際應用領域，并引入現代工具和技術，以提高學生的實踐能力和解決問題的能力。

其次，教師在課程改革中應積極探索和應用現代教學技術和資源，以提高教學效果和學生的學習體驗。教師可以利用多媒體教學手段，設計案例分析和實踐項目等教學活動，激發學生的學習興趣和積極性。

最后，學生的反饋和評價是課程改革中不可忽視的重要因素，應及時收集和傾聽學生的意見，以不斷改進和優化課程設計和教學方法。學生的反饋可以幫助教師了解課程改革的效果，發現問題并及時進行調整和改進，以提供更好的教育體驗和學習成果。

綜上所述，地熱地球化學課程教學改革通過多方面的評估得出了積極的效果，并提供了一些啟示，為教育教學的改進提供了有益的參考。

四? 結束語

本文通過分析傳統教學方法在地熱地球化學課程中的優勢與局限性，反思傳統教學方法并提出針對新工科的需求。為此，我們設計了地熱地球化學課程的教學改革方案，其中包括以新工科核心素養為基礎、引入現代教學技術與資源以及強調課程設計實踐與應用。通過學生對配套課程實踐相關的地熱田案例分析、地熱項目參觀學習。我們發現學生對改革后的課程給予了積極的反饋，并且獲得了顯著的成績提升、能力提高、思維增強，表明教學改革的效果顯著。本研究對于推動地熱地球化學課程的教學改革和提升學生綜合能力具有重要的啟示。

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基金項目：四川省地熱資源開發及綜合利用產教融合示范項目（11100-22Z09-02）；成都理工大學2023年中青年骨干教師發展資助計劃（10912-JXGG2023-07669）；國家自然科學基金面上項目“超臨界地熱流體水巖作用過程及電導率演化規律”（42372301）

第一作者簡介：王迎春（1989-），男，漢族，四川南充人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為地熱資源勘探與評價。