“雙碳”背景下新能源科學與工程專業地熱學課程建設與存在的問題思考

摘"要：地熱能作為五大非碳基能源之一，在當前“雙碳”背景能源轉型下已得到廣泛關注。基于對我國地礦類高校新能源科學與工程專業建設中地熱學教學相關課程設置情況的調研，探討該課程在人才培養目標的清晰性和特色性、教材選取和實驗平臺的搭建、師資隊伍產學研一體化構建、實習基地建設、教學方法與策略等方面的內容，指出在上述內容建設過程中應重點關注的方面，并對該課程建設中存在的問題進行討論，指出問題存在的原因。通過上述舉措可為地礦類高校新能源專業的建設提供參考與思路，為地熱產業技術人員培訓提供可行思路。

關鍵詞：地熱能；“雙碳”背景；新能源；課程建設；地熱產業

隨著化石能源的日益枯竭及其在利用過程中造成的環境污染問題，為保證國家能源安全和經濟的可持續發展，同時積極響應國家“雙碳”目標的需求導向，地熱能作為五大非碳基能源之一，其既是清潔能源，又是可再生能源，且以其穩定、清潔、可再生的特點，逐漸成為能源研究和開發的熱點［12］。眾多高校紛紛開展新能源科學與工程專業的建設來滿足未來的產業升級及新興產業中新能源和節能環保行業的需求［3］，地熱能作為新能源科學與工程專業內部重要的一部分，尤其是對于地礦類高校，地熱學課程的設置開展中，地熱地質、地熱資源勘探與評價、地熱資源開發與利用、熱儲工程學等已經成為該類院校新能源專業建設的核心。為確保地熱課程建設的合理性，培養目標的清晰性，并制訂完善的人才培養方案，走在地礦類能源高校的前沿顯得尤為重要和急迫。

目前，據不完全統計，新能源科學與工程專業建設高校數量已經達近百所［4］，在上述高校中，中國石油大學（北京）是國內率先系統開展地熱學相關教學的高校，依托其雄厚的地學基礎、師資力量、實驗平臺資源等，已建立起完善的地熱學相關教學體系；近年來，隨著“雙碳”目標下能源轉型的現實需求，眾多高校紛紛調整人才培養方案，增設地熱學相關課程的建設與教學，目前，包含地熱學相關課程的地礦能源類高校主要包括有中國石油大學（華東和北京）、中國礦業大學（徐州和北京）、中國地質大學（武漢和北京）、成都理工大學、吉林大學、西南石油大學等。借助地熱學發展欣欣向榮的時機，眾高校應積極根據自身的優勢與特色，積極開展相應課程的調整與設置，力爭搶占地熱能甚至是新能源科學人才培養的先機，進而提升本校在課程方面的教學影響力。本文就地熱學課程建設與存在的問題進行思考探討，可為能源類高校進行地熱學課程建設提供參考。

一、地熱學相關教學課程體系建設思考

（一）人才培養目標清晰性和特色性

首先，清晰的人才培養目標是實現本科生人才培養的前提，一個清晰和明確的人才培養目標是高等教育成功的關鍵因素之一，它有助于確保教育活動與社會需求相一致，可以確保教育資源和教學活動都集中在實現這些目標上，進而提高教育質量［5］；同時，明確的人才培養目標可以幫助教育機構設計和優化課程體系，確保課程內容與培養目標相匹配。因此，地熱學課程在設置之初要確定好明確的培養目標，如旨在培養一批未來從事地熱資源勘探方面的人才，則其課程設置及配套課程更應該側重于地熱地質、地球熱歷史熱演化、不同勘探方法在地熱學方面等相關課程。如旨在是培養資源量評價、開發利用分析等方面的人才，則以“地熱資源評價方法”“熱儲工程”“地熱工程”等課程的教學為主。

其次，人才培養目標一定要具有特色，特色性可以在一定程度上保證人才培養在未來行業中的具有優勢和競爭性。如地礦高校A在油氣資源方面具有特色和優勢，則其地熱學相關的配套課程設置中更應側重油氣相關的介紹，借助其行業影響力及豐富的校友資源做好該課程的授課、行業需求反饋等，從而培養一批能夠從事油氣熱史演化、油氣地熱資源勘探開發等方面的人才。如地礦高校B在礦山行業具有特色和優勢，其地熱學相關課程的配套課程設置應更加側重礦山開發利用相關的介紹，培養一批能夠從事礦山地熱開發利用等方面的人才。

（二）教材的選取和實驗平臺的搭建

同其他課程一樣，地熱學相關教程的選取應符合學校人才培養目標的要求，有利于培養學生的創新思維和創新能力；應優先選用近三年出版的新教材或修訂版教材，特別是理工類；同時，應具有較高的理論性和系統性，并且應優先選用國家級、省部級規劃教材或獲獎教材［6］。然而，地熱學作為各高校剛開設不久的課程，其教材的選取對象相對較少，目前由中國石油大學邱楠生教授主編的《沉積盆地地熱學》是最適于本科生教學的教材之一，以其邏輯性、系統性、全面性而被眾多地礦高校選定［7］；其他教材內容則相對過于龐雜或過于單一，其系統性相對較差，并不適合本科生教學，而更加偏向于科研工作者；而部分教材則過于老舊，其內部內容急需更新和補充，如《地熱學基礎》等；目前，其他高校可選擇《沉積盆地地熱學》作為基礎性教材，在授課的過程中結合自身高校的特色與優勢，補充講授相關內容，如礦山地熱、熱儲工程等。

對于地熱學相關實驗平臺的搭建，各高校應結合自身的實驗平臺及經費充裕情況，因地制宜地選擇相應的儀器設備；對于本科生教學，儀器的選取應以介紹儀器運行的原理性、實驗目的為主，同時要考慮安全性和便捷性，提高可操作性，不應該過于追求高精端的設備。如地熱學教學中最常見的重要設備之一為鉆孔測溫設備，目前地熱科研研究所用探頭測溫最高可達350℃，測量精度可達±0.5℃，壓力可達約70MPa，探頭長達3m以上，但是該設備的使用需要3～5人協同且需要380V電壓，同時在校園內部難以找到適用的鉆孔。相較之下，開發或購置一個簡易的測溫設備作為輔助或主導，用于本科生教學會更加合適。地熱學教學中另一個重要設備為巖石熱導儀，目前主流的儀器包括有巖石熱導率測試系統（TCS）、Hot"Disk巖石熱物性測試系統等。同樣，各高校應根據自身情況擇取或研發合適的設備以便于教導學生如何通過該儀器獲取不同巖石類型的導熱性能，包括前期準備、實驗步驟及硬件連接等內容。

（三）師資隊伍和實習基地的建設

本科生師資隊伍和實習基地的建設是高等教育質量的重要保障，對于培養應用型、創新型、復合型人才具有重要意義［810］。對于地熱學相關課程師資隊伍建設，可以由三部分教師組成：第一部分教師重點介紹地熱學相關學科背后基礎的地學知識，尤其是普通地質學或地球科學概論等，重點介紹地層、巖性、構造及地下水等相關方面的知識。該部分內容的講解可以從校內地球科學相關學院引入資深授課老師，目的是為地熱學相關課程的授課做好基礎。第二部分教師重點介紹地熱學相關學科的核心知識，需要由有良好熱學知識體系背景、從事教學和科研的教師來負責，也可邀請國內知名專家進行部分章節內容的講解。如巖石圈熱結構內容可邀請國內知名專家中國科學院地質與地球物理研究所胡圣標研究員；大地熱流測量等內容可邀請成都理工大學能源學院青年學者姜光政研究員等，該部分教師作為地熱學相關課程授課的核心能夠確保課程授課的專業性、全面系統性及前沿性。第三部分教師可邀請從事生產地熱資源開發利用相關的高級工程師來擔任，目的是讓學生了解地熱資源在開發利用過程中存在的問題與不足，以需求為導向，啟發學生思考相應的解決方案和途徑。上述師資隊伍的組成中既包含有從事教學和科研的知名教授，又包含有從事生產一線的高級專業人員，實現產學研一體化，保障授課質量。

實習基地的建設目的是進一步加強產學研結合，共同培養更多具有高級技術和管理能力的人才［11］。對于地熱學相關實習基地的建設，可以基于師資隊伍建設過程中與各生產及科研單位建立起的聯系及以上述單位為橋梁介紹的相關地熱單位，推動自身高校與企業單位等建立起合作關系，共同建設實習基地，為學生提供真實的工作環境。同時，上述單位中除了生產企業，還可以與科研機構等建立合作關系，為學生提供多樣化的實習機會；在實習的過程中，可以邀請師資隊伍第三部分經驗豐富的教師擔任實習指導，為學生提供指導和幫助。最后，要根據行業發展趨勢和學生需求，定期對實習基地進行調整和優化。通過上述措施，可以有效地提升本科生實習基地的實踐教學效果，為培養高素質的本科生提供堅實的基礎。

（四）教學研究方法和教學策略

對于教學研究方法，在地熱學相關課程建設中，可以但不限于下屬幾種。一是多媒體教學法：主要是利用視頻、動畫等多媒體資源展示地溫場分布特征、地熱能的形成過程、開發利用技術等，使學生在視覺上獲得更直觀的理解。二是案例分析法：通過具體的地熱資源開發案例，如冰島、新西蘭等國家的地熱能利用，以及我國雄安新區水熱型地熱資源、青海共和縣及唐山馬頭營干熱型地熱資源等地熱能開發利用等示范工程，幫助學生理解地熱能的利用場景和應用范圍，案例分析可以激發學生的興趣，增強他們對地熱地質、地熱資源開發利用的理解。實驗教學法：在實驗室中開展地熱相關的實驗，如巖石熱導率測試、地下水流動模擬等；通過實驗，學生可以直觀地了解熱傳導、熱對流等傳熱方式的原理，掌握相關的實驗技能。同時，實地考察法也是直觀理解地熱相關知識的方式之一，如條件合適，可以組織學生前往地熱資源豐富的區域進行實地考察，如雄安新區等，讓學生親自體驗地熱井、溫泉等地熱現象，有助于學生將理論與實踐結合，提高觀察和分析能力。

對于地熱學課程教學相關策略，為了提高地熱地質相關課程的授課效果，可采取以下策略：一是課程整合，將地熱地質與其他相關課程（如普通地質、能源科學、地下水等）進行內容進行整合，形成跨學科的學習體系，豐富教學內容，培養學生的興趣和綜合素質。二是小組討論即問題導向學習，針對地熱學中的一些熱點問題或爭議性話題，如熱流分布與地震之間的關聯性分析、干熱巖壓裂是否誘發地震、干熱巖開發的前景與挑戰、地熱資源開發對環境的影響等，組織學生進行小組討論。每個小組在討論結束后進行匯報，分享小組的觀點和討論結果，教師進行點評和總結，引導學生深入思考問題，培養學生的團隊合作能力和批判性思維。三是項目導向學習，鼓勵學生參與地熱相關項目的申報，如大學生三下鄉、大創項目、挑戰杯大賽等，培養他們的團隊合作能力和創新思維，不僅能提高學生的實踐能力，還能增強他們對地熱資源開發的社會責任感。四是評估與反饋，通過多元化的評估方式，如線上小程序、匿名投票等，及時反饋學生的學習情況，促進他們持續改進。

二、地熱學課程建設存在的問題思考

（一）專業基礎知識的多樣性

地熱學相關課程，作為一門較為新興的領域，目前眾多的地礦類高校把該課程設置在新能源科學與工程專業的內部，而非地球科學相關專業或學院內，其旨在培養一批地熱能、太陽能、生物質能、風能、核能等新能源領域的復合型人才。然而，這樣的安排設置會導致專業基礎知識極其多樣性，包括太陽能專業基礎課程如光伏物理與太陽能電池等、生物質能相關專業基礎課程如生物質能工程、風能相關專業基礎課程如風力發電原理與動力工程、核能相關專業基礎課程如核工程與核技術、核反應堆物理分析等。然而，這勢必會導致地熱學相關配套基礎課程的是課時量減少，進而對地熱學基礎知識的認識不足；假設高校C在地熱學課程設置之初的目的是側重于地熱資源開發利用或地熱工程學等應用地熱學領域，在新能源科學與工程專業本科生培養方案中，由于眾多專業的原因會導致地熱地質等理論地熱學相關內容的課程較少，更會導致地熱學背后的地學專業基礎知識的授課少之又少甚至沒有，最終會導致培養出的人才對巖石、地層、構造、地下水、地溫場、巖石圈熱結構等地質和地熱地質基礎理論知識認識不足；對于地熱學相關課程的設置，其更加適于融合到地質工程、資源勘查工程等專業內。

（二）教學資源相對稀缺

相較于其他地球科學相關課程，如普通地質學、構造地質學、巖石地化礦床等，地熱學相關課程的教學資源則顯得相對稀缺，其主要體現在兩個方面：一是適用于本科生教學的教材相對較少，二是網絡教學資匱乏。這主要是由于近年來伴隨著“雙碳”背景下能源轉型的迫切需求，地熱學相關課程在各地礦能源高校快速地開展設置，而教學資源的建設需要一定的周期和時間，因而顯得相對緊缺。首先對于適用教材，應優先選用近三年出版的新教材或修訂版教材及國家級、省部級規劃教材等，目前系統全面性介紹地熱學相關課程內容的教材主要有《沉積盆地地熱學》（2019年）、《地熱學及其應用》（2015年）、《地熱學基礎》（2009年）、《沉積盆地熱體制研究的理論與應用》（2004年）、《地熱學導論》（1988年），相對而言在數量上較少。其次是網絡教學資源匱乏，在相關知名的在線開放共享課程網站中，幾乎沒有地熱學相關課程的講授；近期，網絡上發布了邀請國內不同單位知名專家進行的學術交流的視頻，可以很好地彌補視頻資源匱乏的局面，但該視頻更多面向的是學術科研交流，對于本科生培養來說可能缺少一定的詳細性和系統性，可以作為重要的參照資料。

結語

在“雙碳”背景能源轉型下，地熱學得到廣泛的重視，眾多地礦能源類高校紛紛調整人才培養方案，設置地熱學相關課程，使得地熱學在本科生培養方面得到顯著加強；為了使地熱學得到更好的發展，各高校在開設課程之外應結合自身的特色與優勢選擇合適的地熱方向作為培養目標，并在合適的專業設置地熱學相關課程；同時，在重視地熱資源開發利用對節能減排助力“雙碳”目標實現時，課程設置更應該注重應用地熱學相關的地熱學基礎理論知識及其地球科學專業基礎知識的傳授。加強地熱學相關課程資源的建設是一項重要的工作，要不斷更新內容保證課程資源的豐富性和全面性，實現地熱學相關學科更卓越的發展。

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基金項目：安徽省高等學校省級質量工程項目（2023"xxkc137）；安徽理工大學校級重大線上教改項目“新形勢下地礦類專業信息化教學質量評估指標研究”（校黨政辦〔2020〕22號）；安徽省高等學校質量工程教學研究重點項目“地質實踐教學的質量標準體系建設研究”（2023jyxm"0300）

作者簡介：王朱亭（1992—"），男，漢族，山東濟寧人，博士研究生，講師，研究方向：地熱地質、地熱資源評價。