能源转型与碳中和背景下的地热学教学体系建设

相比石油、煤炭等高排放的不可再生能源，地热既属于清洁能源，又属于可再生能源，在未来的能源消耗中，地热能有望占据重要地位［1-3］。目前，中共中央明确提出碳中和目标和包括地热能在内的新能源发展政策。在地热资源研究的热潮以及地热能产业良好发展的时代背景下，能源类高校有必要对地热学教育提高重视，加强地热地质专业化人才培养。作为能源类高校，有必要把握能源教育转型的先机，制订和完善相应的课程和人才培养计划，走在新兴能源专业教育的前沿［4-6］。依托地热地质学方面的科研、教学优势，及时把握新能源教育的发展机遇，在原有地热学教学课程和教学资源的基础上，从理论教学和教材建设、实践教学体系建设、教师团队和产学研一体化建设、课程思政教育等方面系统地建立地热学教学体系，在国内率先形成了完善的“地热学”课程教学和人才培养体系，抢占了新能源教育的先机和高地，大力提升了中国石油大学（北京）地球科学学院在地热学教学和科研领域的影响力。所取得的成果无疑为学校在新时代清洁能源专业人才教育方面的发展提供了开创性的支撑。能源类高校对地热学教育开始提高重视，加强地热地质专业化人才培养，本文所取得的认识也可为能源类高校进行新能源教学体系建设提供参考。一、地热学教学体系建设的实施途径（一）理论课程和学科建设培养具有扎实理论知识和较强实践能力的工程技术人才需要注重专业建设的综合设计［7］。地球科学专业领域进行地热学学科建设，首先是加强“地热地质学”的课程教育，其次是加强与地热勘探开发单位的合作，产学研结合育人。本项目通过文献调研、信息检索、交流访问等调查生产单位对地热人才的需求情况和地热教育机构对地热人才的教育培训情况，从地热人才的需求状况、地热教育的现状和问题两方面入手，提出我校地热学理论课程和学科建设的方向并逐步具体实施。（二）教材建设项目系统调研了国内外地热学相关教材和专著的出版情况，发现现有教材无法满足新时代的地热学教学，主要存在以下缺点：（1）内容覆盖面窄，缺少对地热学和地热能的系统介绍。（2）仅针对地热学的基础理论进行介绍，或者仅介绍地热能的地面开发利用技术，缺乏从地热资源形成、分布及评价开发进行系统介绍。（3）内容过于庞杂，包含了行星热状态、古气候等与地热资源无关的内容，无法有效用于教学。本项目系统梳理现存教材或教学参考书的优缺点，吸收经典地热学理论和最新的地热开发利用技术，编撰了适用于当前我国地热学理论课程的教材《沉积盆地地热学》［8］5-6。（三）实践教学平台建设实验和实训教学是包括地热地质学在内的能源、地质类课程教学的重要环节［9］。本课题针对用人单位需求、专业培养要求、实践能力培养等，对目前教学内容进行优化，吸收、利用国内相关生产单位和科研院所实验室建设及工程实践的先进经验与场地资源，有序推进我校地热地质学实践教学平台的建设。与校外单位联合建立地热学勘探开发和综合利用等各环节的实践基地，形成合理、成熟的地热地质学实践教学体系。同时，依托正在进行的教学实践平台的硬件建设，编写实习指导书，进行实践教学体系和实验教学平台运行、管理方面的建设。（四）产学研一体化培养体系和教师团队建设新时代的教学工作还需革新人才培养模式、加强教师团队建设，建立产学研一体化的培养体系［10-11］。教师团队建设中，建立以校内教学、科研的学术带头人为负责人的校级教学团队，理论教学以校内带头人和青年教师为主，现场教学和案例教学以及前沿课程教学以中国科学院地质与地球物理研究所地热研究中心、天津地热勘查开发设计院和北京市地质勘查技术院等从事地热一线科研和开发的校外专家为主，通过集中备课、教学培训等环节，不断对教学方法进行改进，通过解决教学过程中碰到的各种问题，提高教师的教学水平，凝聚团队协作精神，实现团队的梯队化建设，打造国内领先的产学研一体化新能源领域的教学团队。同时，依托生产单位和科研院所的生产案例、试验和工程场地，进行校内实验平台之外的实训和案例教学。（五）课程思政建设结合课程内容，向学生介绍地热资源在碳达峰与碳中和“双碳”形式下的兴起背景以及在能源升级和可持续发展中的重要性，引入典型思想政治教育案例并结合国家重要倡议和发展规划，达到思想政治教育目标：（1）激发学生能源报国情怀，提升学生的专业自豪感，鼓动学生热爱能源专业，坚定为祖国发展奉献能源的信念。（2）坚定学生专业创新担当的责任感，激发学生为能源转型勇于专业创新的热情。（3）提升学生投身能源事业的参与感，帮助学生建立“我是能源事业的参与者和接班人”的主人翁意识，提升学生学习的主观能动性。针对思政教学目标（1）开展的教学活动和教学改革包括：从能源的概念引入，讲解不同工业化阶段和社会发展过程中各类能源形式的变革，能源对国家工业发展和国家安全、人们生活的重要性。结合我国近现代能源史，以李四光、王进喜等英模人物始终以国家民族对能源的需求为个人奋斗方向的典型事迹，激发学生的能源报国情怀。针对思政教学目标（2）开展的教学活动和教学改革包括：以党和国家领导人对新能源发现的工作指示和国家新出台能源政策为素材，宣传中央对新能源的推动精神，使学生在明确我国节能减排政策和中央精神的基础上，深入理解地热资源开发利用对环境和可持续发展的重要性，激发学生为能源转型勇于专业创新的干劲。结合校级教改课题，进行国内外地热产业和地热教育发展现状调研，发表教改论文《我国地热资源产业现状与地热教育发展前景》。针对思政教学目标（3）开展的教学活动和教学改革包括：通过实际素材讲解地热资源对“一带一路”、雄安新区、首都北京的重要性，通过专业实践教改课题，在教学实验室中增加思政元素（悬挂李四光等人的展板等），与实际参与雄安新区和京津冀地热开发的单位组建产学研合作教学基地，带领学生赴雄安、天津、北京的地热单位参观，邀请生产专家到校举办讲座，带领学生参与首都“双百行动”的地热调研等，提升学生的专业参与感。二、地热学教学体系建设成果（一）理论课程和学科建设成果通过项目实施，在原有的1门研究生课程“含油气盆地温压场”的基础上，新开设3门与地热相关的研究生课程“地热学基础”“地热资源开发利用”“地热资源开发应用前沿”以及1门本科生课程“地热资源勘查”，上课的研究生、本科生平均每年已超200人次。除新增相关课程外，还对前期已有的研究生课程“含油气盆地温压场”的课程体系进行了优化，依托地温场和热年代学实验平台，不断对课程知识体系进行调整，真正让学生通过理论联系实际、提高动手能力的角度开拓科学思维。近年来，依托团队优势和实验室平台建设，执行了“国内外高等院校‘地热学’相关课程开设情况调研”“地热学系列课程理论及实践教学体系建设”“地质年代学和热年代学”及“高精度地质年代学”等课程教改项目，地热学教学体系臻于完善。依托现有教学科研资源，在地质资源与地质工程学科新设立了“地热资源评价”招生方向（现改为“新能源地质与勘探”），该方向已持续5年（2017—2021年），招收硕士研究生、博士研究生30余名。与其他团队共同组建了地热研究中心。承担地热资源领域重点研发计划的课题、子课题多项，大力完善了地热学科建设。（二）教材建设成果本教学团队负责人邱楠生主编的《沉积盆地热体制研究的理论与应用》［12］是我国国内第一部系统介绍沉积盆地热体制研究的专著和地热学专业参考书，在我校一直作为研究生课程“含油气盆地温压场”的教学材料，并在国内其他兄弟院校中作为教学参考书使用。针对近年来地热学产业发展和人才培养需求，邱楠生教授领衔，与中国科学院大学胡圣标、何丽娟研究员共同主编出版了石油高等教育“十三五”规划教材《沉积盆地地热学》［8］5-6。该教材为国内外第一部系统论述沉积盆地地热学的教材，全面阐述了地热学相关课程要求掌握的基本理论与知识。该教材已被中国石油大学（华东）、中国矿业大学、成都理工大学、中国科学院大学等多所高校采用为“地热地质学”“地热资源概论”等课程的指定教材，以及“固体地球物理学”“地球动力学”“石油地质学”“煤田地质学”等相关课程的补充教材。该教材的出版发行对我国地热地质学相关领域的教学、科研工作起到了积极的推动作用。（三）实践教学平台建设成果已建成系统的热年代学、地温及岩石热物性测试、地球化学分析、数值模拟平台等多位一体的综合性地热学教学实验室实践教学平台。1.热年代学实验平台，包括裂变径迹自动测试仪、氦提取测量仪、LA-ICP-MS等大型仪器设备，可开展裂变径迹、（U-Th）/He、U-Pb等定年分析的实践教学。2.岩石热物性实验平台，包括HotDisk岩石热物性测试系统、TCS岩石热导率测试系统、便携式热导仪，可进行岩心、岩屑、流体的热导率、热扩散率、比热容等热物性的测量教学。3.地热流体地球化学实验平台，包括流体离子色谱仪、流体荧光示踪仪等设备，可进行流体成分分析和热储连通性及流体活动分析的实验教学。4.地热开发数值模拟实验平台，包括COMSOL、OGS、FEFLOW等数值模拟软件，可进行地热资源开发利用数值模拟的实操教学。（四）产学研一体化和教师团队建设成果组建3个产学研教学团队。“沉积盆地温压场”课程邀请中国科学院地质与地球物理研究所胡圣标研究员讲授大地热流测量的相关内容；“地热资源开发利用”课程由中国科学院地热中心的孔彦龙、黄永辉博士进行地热开发效率、优化方案的案例教学，由天津地热勘查设计院的徐明高工、北京市地质勘察技术院的雷晓东高工进行天津地区地热开发和梯级利用以及北京市地热资源利用的案例教学；在“地热资源开发应用前沿”的教学团队中，既有我校地热地质和开发领域的学术带头人，也有中国科学院地质与地球物理研究所胡圣标研究员等前沿科学家。教学团队形成了产学研互补，老中青结合，教学团队负责人获得了2020年度中国产学研合作创新个人奖。（五）课程思政建设成果有效激发了学生对能源事业的热情和信心，学生上课积极、学习效果好。选修该课程的20余名研究生通过学校、工作站提供的机会参与了我国第一个地热资源方面的重点研发计划项目“雄安新区深层地热资源探测评价技术示范”的课题或子课题，其中多人在国内外SCI期刊发表地热资源相关的学术文章，在国内一级学术会议上获评优秀报告。课程建设与学科建设、人才培养相结合，除完成课程教学、指导相关方向的研究生完成地热学方向的论文外，积极依托教学实验设备设立学生科技创新、科研零距离等育人活动。近3年依托地热能开展的科技创新活动5项，地热能方向4人获校级优秀学位论文，教学实验室获评学校“地热资源开发利用多学科联合大学生创新创业实验室”。三、推广应用在国内率先探索并建立理论课程与实践教学平台、实训基地相结合的地热学教育体系，在碳中和的背景下，进一步提升了我校地热资源教育方面的优势，也可为我校和其他院校新能源方向的课程和学科建设以及产学研一体化建设提供成功经验。紧跟地热产业发展趋势，与一线地热资源开发利用企业和地热科研机构联合，发挥各自优势，组建全方位科研和育人体系，建立了成熟的产学研一体化教学团队，形成了全产业链专业教育的新模式，并在京津冀区域合作方面体现出了综合优势。产学研教学团队的多家合作单位共同参与了我国第一个地热资源方面的重点研发计划项目“雄安新区深层地热资源探测评价技术示范”的课题1项和子课题2项。该项目的实施，进一步为产学研结合提供了条件。团队通过建立研究生工作站、导师自主选派工作站联合培养等方式共同培养地热学方面的研究生10余人，其中多人在国内外SCI期刊发表地热资源相关的学术文章，在国内一级学术会议上获评优秀报告。系统的教学体系以及产学研结合的育人模式有力提升了我校地热教育方面的实力，课程教学和人才培养取得了突出效果，为学校相关学科影响力的提升贡献了力量。团队积极将科学研究、学科建设、课程建设与人才培养相结合，除指导相关方向的硕士研究生、博士研究生完成地热学方向的论文外，还积极依托科研项目和实验设备设立本科生毕业设计、大学生科技创新、科研零距离等人才培养活动。近年来，团队培养的研究生中有9人的学位论文获评校级以上优秀论文。目前，我校在“联合国可持续发展目标SDG7（经济适用的清洁能源）”的排名中位列中国高校第1位、全球第80位，地热学被列入我校“十四五”发展规划。包括地热能在内的清洁能源的教学科研和人才培养工作必将为学校在能源产业转型升级与服务构建现代能源体系方面的举措提供支撑。教学团队依托本学科建设成果积极服务社会。地热学教学团队青年教师主持的服务首都“四个中心”建设、“双百行动”、“京津冀地热开发利用现状及存在问题调研”等项目，为京津冀地区地热资源开发利用工作提供了参考。该项目顺利通过北京市教工委验收，并获评2019年“双百行动”教师组优秀团队项目。结语“双碳”背景下，本教学体系建设工作面向国家新能源人才培养工作的需求，进行了全面的理论课程、实践平台、教学团队和思想政治教育方面的建设，在新能源教育特色、产业融合和产学研结合以及地域协助等方面取得了创新。（一）专业特色方面作为能源类高校专业改革的一部分，地热学是一个活力