新工科背景下地热地球化学课程教学改革与实践

摘  要：在新工科背景下，地热地球化学课程的教学改革与实践具有重要意义。该文通过分析传统地热地球化学教学方法的优势与局限性，反思传统教学方法并提出新工科的需求。针对这些需求，设计地热地球化学课程教学改革方案，其中包括以新工科核心素养为基础、引入现代教学技术与资源以及强调课程设计实践与应用。通过实施和评价课程改革，发现学生对改革后的课程给予积极的反馈，并且使教学效果显著增强。研究对于推动地热地球化学课程的教学改革和提升学生综合能力具有重要启示。

关键词：地热地球化学；新工科背景；教学改革；课程实践；核心素养

中图分类号：G642 文献标志码：A         文章编号：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

地热能是一种具有丰富潜力的可再生能源，能够为人类提供持久、可靠、低碳的能源供给。地热资源的开发利用对于推动新能源产业发展具有重要意义[1]。然而，作为地热资源勘探的核心基础课程，地热地球化学课程教学在传统教学框架下存在一些问题，如知识内容较为单一、应用与实践环节不足等[2]。为了适应新工科背景下对人才培养的需求，有必要对地热地球化学课程的教学进行改革并实践。

本文的研究背景主要关注地热地球化学课程的传统教学方法及其局限性，以及对传统教学方法的反思与需求[3]。传统教学方法在地热地球化学课程中存在一些不足之处。首先，知识内容相对单一，主要侧重于基础概念和理论，缺乏对实际应用的深入探讨。这种单一的知识传授方式限制了学生对地热能资源开发利用的全面理解和应用能力的培养。其次，传统教学方法中的应用与实践环节较少，学生很难通过实际操作和实验来深入了解和掌握地热地球化学的具体应用。

为了解决这些问题并适应现代教育的要求，需要对地热地球化学课程进行教学改革并实践[4]。改革的目的是提高教学质量，培养学生的综合能力和创新精神，让他们从地球化学角度对地热能的开发利用有更深入的认识和实践经验。为此，本研究以新工科背景下的核心素养为基础，将地热地球化学课程与现代教学技术与资源相结合，强调实践与应用的教学设计[5]。

通过教学改革实践，可以提升学生的学习效果和能力培养。课程教学将更加注重培养学生的实际操作能力和创新思维，引导学生进行实践项目、实验研究等活动，让他们亲身参与地球化学在地热资源的开发利用，从而增强对地热地球化学的理解和应用能力[6]。通过对改革的实施和步骤进行描述，并结合学生的反馈与评价，可以对地热地球化学课程教学改革的效果进行评价，进一步了解改革的效果与启示，为今后的教学改革提供有益的经验和参考。

一  地热地球化学课程传统教学方法分析

（一）  传统教学方法的优势与局限性

地热地球化学课程的传统教学方法在许多方面具有一定的优势。首先，传统教学方法可以提供经典的理论知识，如化学热力学、化学动力学的概念和理论，使学生对地热地球化学的基本概念和原理有所了解[7]。通过传统的讲授、演示和讨论的方式，学生可以与教师和其他同学进行互动交流，从而加深对地热地球化学的理解。传统教学方法还能够提供标准化的考试和评估方式，方便对学生的学习进度和成果进行评价，使教学过程更加规范和可量化。然而，传统教学方法也存在一些局限性。首先，地热地球化学是一门实践性较强的学科，传统教学方法往往难以真实地还原实际的地热地球化学实验和实践过程。仅仅靠课堂讲授很难让学生亲身体验到地热地球化学在地热资源勘探的实际操作和实验环境。其次，传统教学方法以教师为中心，学生的参与度相对较低。学生在被动接受知识的过程中，很难充分发挥自己的学习主动性和探索能力。此外，传统教学方法往往过于注重理论知识的灌输，较少重视学生的实际操作能力和解决问题能力的培养，限制了学生在实践应用方面的发展。因此，针对地热地球化学课程的传统教学方法，我们需要进行专业需求的思考。在新工科背景下，培养学生的创新思维、实践能力和团队合作精神是十分重要的。为此，我们需要探索一种新的教学方法，能够更好地融合理论与实践，培养学生的创新能力和问题解决能力。新的教学方法可以包括引入现代教学技术与资源，如虚拟仿真实验室和模拟软件，以增强学生的实践能力和实际操作经验[8]。同时，强调实践与应用，在课程中引入项目式学习和实践任务，比如地热田地球化学勘探课程设计，让学生能够将所学知识应用到解决实际问题中去，培养其解决问题和综合能力。这样的教学方法能够更好地适应新工科背景下对学生综合素质的培养需求。

（二）  对传统教学方法的反思与需求

针对传统教学方法的局限性，我们需要进行对专业培养需求的思考，探索更适合新工科背景下地热地球化学课程的教学方法。为此，我们需要引入现代教育技术和资源来增强学生的学习体验和参与度。多媒体教学可以利用图像、动画和视频等丰富的形式来呈现地热地球化学的概念和实验过程，让学生更加直观地理解和记忆。虚拟仿真实验室则可以模拟地热地球化学实验，让学生通过实际操作和观察来深入理解地热地球化学的实践过程。在线教学平台可以提供学习资源和互动交流的平台，方便学生随时随地进行学习和讨论。

此外，我们还应该强调实践与应用，将理论知识与实际问题相结合，让学生通过解决实际问题来巩固和应用所学的地热地球化学知识[9]。可以组织学生参与真实的地热地球化学实验和项目，让他们亲身体验地热能的开发和利用过程。通过实践锻炼，学生可以更深入地理解理论知识的应用，培养解决实际问题的能力。

另外，我们还可以采用项目导向和团队合作的教学模式，培养学生的团队合作精神和创新能力。通过让学生组成小组，共同完成一个地热地球化学项目，通过合作和交流来实现学习目标。这样不仅能培养学生的社会交往能力，还可以提升他们的创新意识和解决问题能力。

总之，传统教学方法已经不能满足新工科背景下地热地球化学课程的教学需求。我们需要积极探索适合新工科背景的教学方法，以培养学生的创新能力、实践能力和团队合作精神为目标，更好地适应未来社会的需求。

二  地热地球化学课程教学改革设计

（一）  以新工科背景下的核心素养为基础

地热地球化学课程教学改革的设计基于新工科背景下的核心素养。新工科背景下，培养学生的创新思维、跨学科合作能力、实践能力和解决复杂问题的能力已成为教育的重要目标。对于地热地球化学课程来说，其作为一门专业基础课程，旨在通过教学改革，提升学生的专业素养和能力。地热地球化学课程的教学改革将以新工科的核心素养为基础，着重培养学生在地热资源研究和应用方面的认知和能力。学生需要掌握地热地球化学课程的基本理论和实践技能，了解地热资源的特点、分布和开发利用方式。通过理论教学和实践操作相结合的方式，学生将学会使用相关实验室化学测量和分析仪器，进行地热地球化学实验和分析。此外，课程还将强调学生运用所学知识和技能解决实际问题的能力。通过地热田案例分析和团队合作项目，学生将学会分析和解决地热地球化学领域的实际问题，培养创新思维和解决问题的能力。为了适应复杂的地球资源能源问题，地热地球化学课程还将注重培养学生的跨学科合作能力[10]。学生将有机会与其他专业领域的学生合作，共同解决跨学科性质的地球能源问题。通过团队合作和交流，学生将学会有效地与不同领域的人合作，发掘和利用各自的专业优势，实现协同创新。综上所述，地热地球化学课程教学改革基于新工科背景下的核心素养，旨在培养学生的地热地球化学专业素养，同时注重培养学生的创新思维和跨学科合作能力，以应对复杂的地质能源问题。

（二）  引入现代教学技术与资源

为了提高地热地球化学课程的教学效果，教学改革设计中引入了现代教学技术与资源。现代教学技术包括计算机辅助教学、虚拟仿真实验室、远程教育等。计算机辅助教学通过使用PHREEQC软件和多媒体教具，可以模拟地热地球化学实验过程，让学生在虚拟环境中进行实践[11]。这样的教学方法能够提供更直观、生动的教学环境，激发学生的学习兴趣和参与度。虚拟仿真实验室则通过模拟真实实验室的操作和实验过程，让学生在没有实际设备和物质的情况下进行实验，提供了更加安全和便捷的实践机会。远程教育则通过网络平台和在线教学资源，让学生可以随时随地进行学习，不受时间和空间的限制。

除了教学技术，还可以利用互联网资源、地热地球化学数据库和地热田案例等来丰富教学内容。互联网资源包括在线资料、教学视频、电子书籍等，可以提供丰富的学习资料和知识点讲解。地热地球化学数据库则收集整理了大量的地热田地球化学数据，可以让学生接触到真实地热田的数据和实践经验，增加他们对课程的实际应用和实用性的认知。同时，实际地热田案例可以通过分析真实的地热地球化学问题和挑战，让学生将理论与实践相结合，培养解决问题的能力和实践能力。通过引入现代教学技术和资源，地热地球化学课程的教学内容更加丰富多样，学生能够充分接触到真实的数据和实践经验，提高他们的学习效果和实践能力。

（三）  强调实践与应用

地热地球化学课程教学改革设计要强调实践与应用。传统的地热地球化学课程往往过于理论化，缺乏实践操作和应用环节，使学生难以将所学知识与实际问题联系起来。因此，在教学改革中，引入了实践性课程设计和地热田案例分析，让学生能够亲自进行地热地球化学实验和实地参观考察，了解地热资源开发和利用的实际操作过程，并结合实际案例进行分析和讨论。通过实践和应用，可以帮助学生更好地理解和掌握地热地球化学的核心理论，培养他们解决实际问题的能力。

在实践性课程中，学生将有机会亲自参与地热地球化学实验。他们可以学习和掌握实验室中使用的仪器设备，进行地热样品的采集、处理和分析。通过实际操作，学生可以从中获得实践经验，掌握实验技巧，并深入理解地热地球化学的原理和方法。

此外，实地考察是地热地球化学课程中不可或缺的一部分。学生将有机会亲自去实地探索和观察地热资源的分布、特征以及利用情况。通过到康定地热发电站、西南民大地源热泵工程等实际项目现场进行考察，并与相关工程师进行交流和讨论。学生可以真实感受地热资源的存在和利用实践进一步加深对地热地球化学的理解。

另外，配套的课程设计引入实际地热田案例进行分析和讨论，这也是地热地球化学课程改革的一项重要举措。学生将面对真实的地热地球化学问题，通过分析和讨论实际案例，可以提高他们解决实际问题的能力。他们将学会将地热地球化学理论应用到实际案例中，找出问题所在，并提出解决方案。通过这种案例分析的方式，学生可以培养批判性思维和分析问题的能力。目前专业已建立我国、美国、意大利、日本和新西兰等地热田地球化学案例库。