新時代《地球科學概論》教材編寫的思考

楊樹鋒 陳漢林 程曉敢

一、新時代對教材的要求

教材建設是事關未來的戰(zhàn)略工程、基礎工程。為進一步貫徹落實中央關于加強教材建設的重要決策部署，我們要對教材編寫工作深入研究與思考，以適應新時代的要求。新時代對教材建設提出的要求體現(xiàn)在以下幾方面。

一是要實現(xiàn)通識教育目標。在現(xiàn)代多元化的社會中，通識教育為受教育者提供通行于不同人群之間的知識、思維方式和價值觀。通識教育也是素質教育最有效的實現(xiàn)方式之一，在通識教育中要貫徹“博學與精專相統(tǒng)一的個性化素質教育”這一理念，培養(yǎng)學生哲學社會科學素養(yǎng)、人文素養(yǎng)、自然科學與技術素養(yǎng)、美學藝術素養(yǎng)以及實踐能力素養(yǎng)。通識教育不僅僅是科普一些知識，還要培養(yǎng)能力素質和價值觀，鼓勵學生結合自己實際跨學科、跨專業(yè)自由選課，充分發(fā)展個性，博學多識;鼓勵學生從難、從嚴，從自身實際出發(fā)自主選課，從而增強學生學習主動性，全面提高素質，把握未來發(fā)展格局。

浙江大學的通識教育采用了“6+1”類課程設計，分別是“中華傳統(tǒng)”“世界文明”“當代社會”“科技創(chuàng)新”“文藝審美”與“自然與生命探索”6個大類，加上強調實踐技能培養(yǎng)的“博雅技藝”1個大類。要求每位學生至少修讀1門通識核心課程和1門“博雅技藝”類課程，理工農醫(yī)學生在“中華傳統(tǒng)”“世界文明”“當代社會”“文藝審美”4類中至少修讀2門，人文社科學生在“科技創(chuàng)新”“自然與生命探索”2類中至少修讀2門。

“地球科學概論”屬于“自然與生命探索”類的通識課程。在設課之初，我們僅僅將其作為一門地球科學的入門課程，著重講授知識。但經(jīng)過20年的不斷實踐，我們發(fā)現(xiàn)除了教授基本知識之外，更需要把地球科學學科的思維方式和研究方法傳授給學生。因此，在新時代教材編寫中，不僅要體現(xiàn)知識的傳授，更要體現(xiàn)思維方式和社會主義核心價值觀的融合與培養(yǎng)，努力實現(xiàn)通識教育目標。

二是要符合信息社會的要求。隨著信息技術尤其是移動互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，人類社會開始由工業(yè)社會步入信息社會。信息技術正在給大學的教育理念、教學模式、管理體制、保障機制、教學方法等帶來巨大的沖擊。面對移動互聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，必須有與之相適應的教育理念指導大學的教育教學改革。

信息技術將知識的傳播媒介數(shù)字化。互聯(lián)網(wǎng)對人和物鏈接產生的聚合效應，使得每個人都可能成為知識的創(chuàng)造者和傳播者，突破了物理空間的束縛，教師和學生的“自由度”空前加大。傳統(tǒng)教材編寫者往往習慣于紙質教材編寫，在信息社會的要求下，要轉變?yōu)槌浞掷眯畔⒓夹g，融合創(chuàng)新教材編寫內容以及形式。

移動互聯(lián)網(wǎng)時代的教學模式要更加多樣化、開放化和專業(yè)化。當代學生是在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下成長起來的，屬于網(wǎng)絡世界的“原住民”，互聯(lián)網(wǎng)已成為他們獲取知識和信息的重要來源。學生通過網(wǎng)絡可以很容易地獲取碎片化的知識，但是這些知識的局限性也是顯而易見的。教材要科學引導學生將碎片化、眼球化的學習方式與系統(tǒng)性的學習方式結合起來，探索在信息知識冗余時代提高學生的注意力和專注度，在知識傳授中要更加注重思維的訓練;把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入人才培養(yǎng)過程之中。當前高校教學工作中“老師上課講PPT，學生考試背PPT” 的現(xiàn)象仍然十分突出，并沒有把思維方式的訓練融入教學之中。所以我們如何編一本好的教材，來使學生既學到系統(tǒng)的知識，又能夠得到思維的培養(yǎng)，這是新時代對我們的教材編寫工作的一個新挑戰(zhàn)。

三是要滿足學科發(fā)展的要求。當前學科交叉與地球系統(tǒng)科學發(fā)展迅猛，新研究、新成果層出不窮。地球系統(tǒng)科學強調地球的整體概念，將大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈、地幔和地核看成是具有有機聯(lián)系的“地球系統(tǒng)”。地球系統(tǒng)科學將以全球性、統(tǒng)一性的整體觀、系統(tǒng)觀和多時空尺度，研究地球的整體行為。就狹義概念而言，地球系統(tǒng)科學是為了解釋地球動力、地球演變和全球變化，對組成地球系統(tǒng)各組成部分、各圈層相互作用機制進行綜合研究的一門科學。廣義概念而言，地球系統(tǒng)科學跨越一系列自然科學與社會科學。地球系統(tǒng)科學基于高度綜合的整體研究思維方式，研究對象從局部向整體拓展，研究內容主要面向以問題為導向的跨學科研究，研究形式常采用多學科和多圈層相互作用的綜合研究，強調國際合作，綜合應用空間技術、信息技術、測試技術等方法與手段。

以前的教材里面沒有體現(xiàn)地球系統(tǒng)科學相關思想和內容，但是當前我們的學科已經(jīng)發(fā)展到系統(tǒng)科學的新階段，所以應該把這些學科發(fā)展狀況和未來前沿及時地反映在教材里面。

四是要實現(xiàn)目前高校通識課程的對象對教材的期望。通識教育大部分的對象是剛剛高中畢業(yè)的新生，他們習慣于知識點的學習，缺乏思維方法的訓練;習慣于了解碎片化知識，缺乏對知識體系框架的系統(tǒng)性理解。

我們知道，對于科學問題的解決，數(shù)學家和物理學家側重于運用邏輯思維，通過演繹法正演求得唯一解;地球物理學家往往運用邏輯思維，通過反演方式，獲得的結果往往具有多解性;而地質家則會基于地學基礎知識以及多學科知識，綜合運用邏輯思維、抽象思維，通過歸納、演繹等多種方法來解釋、預測相關現(xiàn)象。作為通識課程，如何做到“知識與思維并重”，引導新生的學習與思維方式，這也是對新時代教材編寫的挑戰(zhàn)。

二、現(xiàn)有教材的剖析

分析現(xiàn)有地球科學概論教材現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)：（1）普遍存在“將通識課程簡單地理解為高級科普”的誤區(qū)。課程與科普講座不是一回事，不是聽一聽就可以了，大學生要通過課程理解并掌握相關內容。（2）現(xiàn)有地球科學概論教材的作者往往是兩類學科專家，一類是地質學領域的專家，編寫的教材內容主要以表層地球科學和固體地球科學為主，對于大氣圈和水圈相關內容涉及較少;另一類是自然地理學領域的專家，編寫的教材內容主要以自然地理學的相關內容為主。但到了現(xiàn)今的地球系統(tǒng)科學層面，這些教材都顯得不夠全面，需要我們重新梳理教材內容，并且處理好以下幾個問題：一是重知識概念，缺思維方法;二是重學科現(xiàn)狀，缺前沿未來;三是重層圈內部，缺界面聯(lián)系。

此外，現(xiàn)有教材的內涵以地球科學的知識點為主，碎片化明顯，缺少系統(tǒng)性，更沒有體現(xiàn)地球系統(tǒng)科學。特別是教材的前沿性缺失，往往以傳統(tǒng)的學科內容為主，沒有體現(xiàn)地球科學前沿成果，比如數(shù)字地球科學、地球系統(tǒng)科學等方面的相關內容。

三、新編教材的思考

思考一：知識學習和科學思維的培養(yǎng)

科學研究具有不同的思維方式，以“大陸漂移學說”和“海底擴張學說”產生過程為例，這兩種學說產生的科學思維方式是有明顯差別的。魏格納提出大陸漂移學說的科學思維方式是“假定—論證—學說”，即根據(jù)南美和非洲大陸輪廓的相似性，提出兩個大陸原來連在一起、后來分開的假設，再通過古生物證據(jù)、古氣候證據(jù)、巖石學證據(jù)等進行論證，最終提出大陸漂移學說，即全球大陸曾經(jīng)是一個超級大陸，這個大陸叫泛大陸，200百萬年前，泛大陸裂解成一個個小的塊體，并漂移到現(xiàn)在的位置。而赫斯和迪斯提出海底擴張學說的科學思維方式是“數(shù)據(jù)—解釋—學說”，即通過海底調查獲得了大量海底地形、大陸邊緣、洋中脊的重力、地磁和年齡等大量數(shù)據(jù)，瓦因–馬修斯假說解釋了洋中脊所觀察到的現(xiàn)象，最終形成了海底擴張學說。所以未來的教材要體現(xiàn)知識學習和科學思維的培養(yǎng)。

自然科學的基本研究方法一是“發(fā)現(xiàn)”，即觀察現(xiàn)象，這是科學研究的基本功;二是“抽象”，即對規(guī)律的提煉，要合乎邏輯，建立因果體系。同時通過對科學研究成果的重復性、預測性進行檢驗，來判斷成果的正確性。所以對未來的教材而言，如何將知識的傳授和方法的培養(yǎng)融合在一起，同樣值得我們深入思考。

思考二：傳統(tǒng)（紙質）教材與數(shù)字教材相結合

隨著信息社會的到來以及信息技術的快速發(fā)展，出現(xiàn)了大量的數(shù)字教材。數(shù)字教材即數(shù)字化教材，主要是指利用多媒體技術將傳統(tǒng)紙質內容進行數(shù)字化處理，轉化為適用于各類電子終端的互動性教材。數(shù)字教材充分發(fā)揮了信息技術優(yōu)勢，融合了文字和音頻、視頻、圖片及動畫等元素，具有表達更加生動形象、有利于互動交流、有利于分層施教、有利于修訂完善等優(yōu)越性。

數(shù)字教材大致可以分為四個層次：第一個層次是紙質教材數(shù)字化。紙質教材數(shù)字化是數(shù)字化的最基礎層面，表現(xiàn)為靜態(tài)的電子教材，教學方式主要為引導學生閱讀和練習。第二個層次是多媒體數(shù)字教材。多媒體數(shù)字教材即多媒體的電子教材，含有音頻、視頻、動畫等，教師不僅引導學生閱讀和練習，還包括傾聽和觀察。第三個層次是互動式數(shù)字教材。互動式數(shù)字教材是能夠實現(xiàn)互動的數(shù)據(jù)式教材，它能夠支持讀者與數(shù)字教材的互動、師生互動、學生之間互動，以及教師、學生與數(shù)字教材作者之間的互動，引導對話、交流、分享成為必要的教學方式。第四個層次是集聚式數(shù)字教材。集聚式數(shù)字教材是數(shù)字資源集聚的數(shù)據(jù)式教材，是前三個層次的整合和提升，是最高形態(tài)的數(shù)字教材，教師的教學方式在于以學習終端為載體、以學習云平臺為支撐，實現(xiàn)多主體、多維度、多層次的高效互動。

教材編寫者應該將傳統(tǒng)教材與數(shù)字教材相結合，總結、提煉傳統(tǒng)教材的優(yōu)點和經(jīng)驗，發(fā)揮數(shù)字教材的技術優(yōu)勢，更好地實現(xiàn)二者的融合創(chuàng)新。

思考三：傳統(tǒng)地球科學與現(xiàn)代地球信息科學相結合

傳統(tǒng)的地球科學是以地球為研究對象的科學體系。從不同角度對地球的不同圈層進行研究、形成了地球科學的各個分支學科（如固體地球科學、表層地球科學等）。而現(xiàn)代的地球信息科學是以傳統(tǒng)地球科學為基礎，綜合運用系統(tǒng)科學、信息科學的研究思想與方法形成的，包括地球信息哲學、地球信息機理、地球信息技術、地球信息工程等內容與分支。

現(xiàn)在又出現(xiàn)了“數(shù)字地球”這一地球信息科學的最新概念，它是目前最大規(guī)模的地球信息工程。數(shù)字地球是一種可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)的多分辨率和三維的地球的表示，是對真實地球及其相關現(xiàn)象的統(tǒng)一的數(shù)字化重現(xiàn)和認識，它以互聯(lián)網(wǎng)為基礎，以空間數(shù)據(jù)為依托，以虛擬現(xiàn)實技術為特征，是一個具有三維界面和多種分辨率瀏覽器的、面向公眾的、超巨大的空間信息系統(tǒng)。這些內容也應該在教材中有所體現(xiàn)。

思考四：傳統(tǒng)知識與學科前沿相結合

以生命演化為例，長期以來，我們的古生物學家通過卓越的研究形成了大量分門別類的成果。但現(xiàn)在我們通過對海底熱液系統(tǒng)與深海生物圈的前沿研究，在海底發(fā)現(xiàn)了海底熱液煙囪，在黑暗的海底熱液煙囪附近發(fā)現(xiàn)了大量生物，有大量的生物是非常原始的、與地球上最早時期出現(xiàn)的生命一致，揭示了海底深海生物圈。這就挑戰(zhàn)了我們對生命演化的傳統(tǒng)認知，應該思考怎么把這些前沿的研究與傳統(tǒng)的知識結合起來，把深海生物圈成因、深海生物基因利用以及地球生命起源等方面內容編入教材。

思考五：單學科知識與地球系統(tǒng)科學相

結合

青藏高原是地球系統(tǒng)科學研究的最佳區(qū)域之一，包括東亞季風、中國黃土堆積、中亞內陸干旱化、山岳冰川、生命演化、地質資源與災害等，都可以從青藏高原中找到理想模型。教材不僅要介紹青藏高原的地形地貌、如何形成，更需要介紹青藏高原在地球系統(tǒng)圈層作用中扮演怎樣的角色，青藏高原將帶給我們怎樣的改變，我們又將如何應對。這些研究涵蓋了地質、地球物理、大氣、地理、資源、生物等多學科知識，所以我們要綜合考慮，在新編教材時將單學科知識與地球系統(tǒng)科學相結合。

思考六：從“地球科學”向“行星科學”延展

隨著我國“深地”“深時”“深空”大型基礎研發(fā)計劃的開展，以及航空航天事業(yè)跨越式推進和探月工程的實施，“行星科學”研究逐步進入大眾視野。把地球看作整個行星系統(tǒng)中的一員，將有助于認識地球早期演化、生命起源。“行星科學”是未來全人類共同關注的科學領域，地學通識課的教學要盡快從“地球科學”向“行星科學”教學延展。

[責任編輯：余大品]