研究“地球科學”有何重要意義

鄭永春

今年全國兩會期間，全國政協委員、中國科學院院士周忠和提出了“關于將中學地理課程升級為地球科學課程的提案”，他直言：“現行中學地理課程缺少地球科學整體視野，難以容納其他分支學科內容，無法適應高校對地學人才早期培養的要求，問題和矛盾十分突出。”

其實近幾年來，幾乎每年都有全國兩會代表委員提出構建地球科學課程體系的建議，那么，地球科學究竟是一門怎樣的科學？它納入中小學教育課程，對于我國科技發展有何重要意義？

自然科學的六大支柱之一

自然科學的研究對象是整個自然界，它有六大支柱，分別是數學、天文學、物理學、化學、地球科學和生命科學。

作為六大基礎科學之一，地球科學是認識行星地球形成和演化的自然科學，主要以地球系統（包括大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈和日地空間）的過程與變化及其相互作用為研究對象。它包括大氣科學、地理學、地質學、地球物理學和空間物理、地球化學、海洋科學等分支學科，以及在各分支學科基礎上集成發展出來的地球系統科學——

大氣科學：研究地球和行星大氣中的各種現象及其演變規律，并利用這些規律為人類服務。

地理學：研究地球表面地理環境中各種自然現象和人文現象的空間分布規律、時間演變過程和區域特征，以及它們之間的相互關系。

地質學：研究地球和行星的物質組成、內部構造、外部特征、各層圈之間的相互作用和演變歷史，主要研究對象為地球的固體硬殼。

地球物理學和空間物理：通過地震、彈性波、重力、磁、電、熱等物理方法，研究地球和行星內部以及日地空間的物理過程。

地球化學：是地質學與化學相結合而產生和發展起來的交叉學科，主要研究地球和行星的化學組成、化學作用和化學演化規律。

海洋科學：研究海洋的自然現象、性質及其變化規律，以及與開發利用海洋有關的知識體系。

地球系統科學：以全球性、統一性的整體觀、系統觀和多時空尺度，來研究地球系統的整體行為。

地球科學雖然看起來內容龐雜，但與我們生活的聯系十分密切，甚至息息相關，從人們佩戴的黃金首飾，建筑用的沙、石、水泥，到吃的食物都來自地球資源，氣候變化、天體運行也時刻影響著人類。因此，地球科學其實是一門十分重要的基礎科學。

提升青少年地球科學素養

15世紀至17世紀的地理探險和大航海時代，使地理發現層出不窮，人類對地球的認識得到了很大提升。西方國家在中小學開設地理課，傳授經度、緯度、地貌、植被、氣候、地圖等實用地理知識。我國中小學系統地開設地理課始于清朝末年的“癸卯學制”，新中國成立后小學階段開設常識、自然等課程，中學階段開設地理課。1979年，我國高中曾分設“地球科學”和“經濟地理”兩門課程；1982年后合并為“地理”，包括自然地理和人文地理。

作為地球科學的分支之一，地理學以綜合性和區域性為主要特色，主要研究地球表層及人地關系，是自然科學、社會科學和人文科學乃至工程技術之間的一座橋梁，在學校教育中，為我國青少年普及地理知識、擴展地理視野作出了重要貢獻。

作為地球科學的分支之一，地理學以綜合性和區域性為主要特色，主要研究地球表層及人地關系，是自然科學、社會科學和人文科學乃至工程技術之間的一座橋梁，在學校教育中，為我國青少年普及地理知識、擴展地理視野作出了重要貢獻。

隨著經濟社會的快速發展，我國開始面臨資源短缺、環境破壞、災害頻發等現實問題，不僅需要專業地質院校培養專門人才，還需要努力提升決策者、普通公眾和青少年的地球科學素養。而青少年的地球科學素養，大多來自學校的學習培養。現今我國中小學在地球科學方面的教育，仍以自然、地理知識為主，與高等院校對地球科學人才早期培養的要求尚有不小的差距。

地球科學素養，是一個宏觀的概念，不可量化，為便于理解，可以視其為了解地球真相與規律的能力。

地球是宇宙中一個神秘而美麗的星球，它擁有無數的自然奇觀以及與生命相關的秘密——地球形成于約45億年前，由各種宇宙物質組成；青藏高原是世界上海拔最高的高原，平均海拔在4000米以上，被稱為“世界屋脊”，最高峰是珠穆朗瑪峰，高8848.86米；太平洋是世界上最大的海洋，其面積約1.65億平方公里；地球上曾經出現過巨大的生物恐龍，經歷過多次物種滅絕和更替，現有約800萬種不同的物種；人類活動如森林砍伐、工業排放等，對地球環境造成了極大影響……了解這些關于地球的真相非常重要，只有這樣，我們才能更好地認識和保護這個星球。

地球科學是一門理論性、應用性都很強的自然科學。從理論性上來說，它承擔著揭示自然界奧秘與規律的使命。從應用性上來看，它為生活在地球上的人類如何適應、利用、保護自然提供了科學的方法論。比如，地球科學在尋找、開發和利用自然資源中起著巨大作用（自然資源主要包括能源資源、水資源、土地資源等），還可以幫助人類與自然環境和諧共處，并通過掌握自然災害的規律與其作斗爭。

所以，學習和研究地球科學對正確認識自然界、建立辯證唯物主義世界觀起著重要作用，對整個自然科學的發展也具有促進作用。當代自然科學的一些重大基本理論問題，如天體的起源、生命的起源等問題，最后得到解決都離不開地球科學的研究。

“地理”升級“地球”擴大空間視野

青少年對地球和宇宙充滿興趣，樂于在大自然中進行探索。2019年，歷時80天、吸引120萬青少年用戶參與的科學看點興趣大調查結果顯示，在青少年最感興趣的十大科學話題中，黑洞、地球二氧化碳回收、嫦娥四號登陸月球背面、太空望遠鏡、古人類研究等紛紛入選，占到一半以上。這充分說明，地球與宇宙科學對孩子們很有吸引力。

地球科學是中小學生學習科學的重要載體，我國目前設置的地理課還有很大的改進空間。

從課時比重上來看，我國現行初高中地理課程的課時較少，初中地理分為4冊，地球科學相關內容為39課時；高中地理地球科學相關內容為36課時。而俄羅斯教材中地球科學相關內容為204課時、日本為210課時、澳大利亞為220課時、美國紐約州為168課時。

從學科覆蓋面上來看，我國中學地理課程的學習內容深度較淺，沒有涵蓋地球科學的豐富內涵，缺少地球科學整體視野及對地球表層氣、土、水、生物圈層相互作用和聯系的分析，更缺少天文和航天的相關內容。比如，地球是如何形成的？宇宙是如何起源的？生命是如何產生和進化的？宇宙中是否存在地外生命？這些問題都是地球與宇宙科學研究的主要內容，也是青少年十分關心的話題，但中學地理涉及不多或沒能深入剖析。

另外，從實用性上來看，我國地理課所學內容與現實生活聯系不夠緊密，探究與實驗較少，內容設計與趣味性不足，難以調動學生的學習興趣。比如，大部分學校沒有專門的地球科學教室和地球科學實驗室，沒有配備望遠鏡、三球儀、天球儀等教學實驗設備和數字資源，沒有開展觀星、野外科學考察等體驗活動。

豐富多彩的地球科學課程，應重視科學原理和方法、地球科學與生活的聯系、自然和生態災害產生的原因以及全球變化等內容，致力于培養學生綜合分析和動手實踐能力。讓學生廣泛接觸大自然，才能領略地球與宇宙的神奇，有助于培養學生觀察現象、發現問題的能力，以及訓練生存技能、提高創新創造的能力。

2013年3月，地球科學領域多位院士、專家致信國家相關機構，建議修改課程名稱，擴充地球科學基礎的學習內容。隨后進行的中小學課程改革，吸收了一部分專業意見。2019年3月，中國地質大學組織召開“全面實施素質教育與系統構建中小學地球科學教育課程體系研討會”，與會代表一致建議轉變地理課的課程理念，加強中小學地球科學教育。

我國是全球面積第三的大國，更是地貌和氣候最為多樣和復雜的國家。地貌主要包括丹霞、雅丹、黃土、喀斯特以及海岸、河流、冰川、風積、風蝕等；氣候類型主要包括熱帶季風氣候、亞熱帶季風氣候、溫帶季風氣候、溫帶大陸性氣候、高山高寒氣候和熱帶雨林氣候等。如果將地理課中的人文地理內容，納入視野更廣闊的地球科學課（包括自然資源、自然災害、古人類等內容），通過觀點和事實的相互驗證，會使結論更有說服力。因此，在如此得天獨厚的環境下，將地理課升級為地球科學課，有利于中小學生學習科學知識，擴大空間視野，弘揚愛國主義，通過深入認識中國，更加熱愛中國。

蘊含大量前沿科學高新技術

日月天地，江河湖海，山川草木，鳥獸蟲魚，這就是我們的家園——地球，一顆生機勃勃的星球。或許在你看來，這一切皆“理所當然”，然而，如果將目光轉向宇宙，你會發現地球是一顆非常獨特的行星。

宇宙這個超級大家族中有無數顆星星。發光發熱的是恒星，圍繞恒星轉的是行星，圍繞行星轉的是衛星。從上世紀90年代起，天文學家發現絕大多數恒星周圍都有行星，其中也有一些類似地球大小的行星，但至今尚未在宇宙中發現其他有生命的星球。可見，地球的形成是宇宙中的一個奇跡，而生命的出現，是地球上很多奇跡碰巧湊到一起的偶然結果。

經過數千年的探索，人類對地球和宇宙的認識已經取得了革命性的進步，極大地豐富了人類知識庫。比如，晝夜變化意味著將看到一次日出、一次日落，這是地球繞著地軸自轉一圈的結果；四季輪轉，歷時365天，這是地球圍繞太陽公轉一圈的結果。我們確認，地球并非宇宙的中心，太陽也不是。太陽與周圍的8顆行星及其衛星，還有難以計數的小天體，共同組成了浩瀚宇宙的一個角落——“太陽系”。

中小學是科學啟蒙的重要階段，也是未來科技人才培養的早期階段。地球科學的知識、思想和方法，是科學素養的重要組成部分，對中小學生的成長和精神世界的豐富大有裨益。中小學地球科學教育有利于學生建立時間感和空間思維，還承擔著普及天文和航天知識的任務。晝夜交替、四季更迭、月相變化、斗轉星移等周期性的自然現象，是地球運動的結果，也是人類認識時間和計量時間的手段。從地球和月球組成的地月系到太陽系，再到銀河系，乃至整個宇宙，空間尺度越大，我們對地球所處宇宙環境的認識就越準確。

首先，地球和宇宙的超大時空尺度，將深刻影響學生的世界觀、人生觀和價值觀。宇宙是一個天然的巨型科學實驗室，地球和宇宙中劇烈的能量釋放、超長的時間跨度、超大的空間尺度，超越了學生基于身邊事物的認知能力。因此，清醒認識地球在宇宙中的真實處境，客觀認識人類在地球和生命演化過程中的歷史階段，掌握自然規律，是把握人類未來命運的唯一途徑。

其次，學習地球與宇宙科學，有利于學生形成綠色低碳的生活方式。地球與宇宙的研究，是實現人地和諧的關鍵。隨著人口增長和經濟發展，人類社會面臨著一系列全球性的挑戰，如環境污染、資源枯竭、水土流失和土地荒漠化、全球氣候變化等。通過學習地球與宇宙科學，有利于學生理解并認同國家為解決資源短缺、環境污染、生態破壞等問題采取的措施，主動踐行資源節約、環境友好的生活方式，促進人與自然的和諧相處，推動生態文明建設，實現人類社會可持續發展。

最后，地球和宇宙領域蘊含著大量前沿科學和高新技術，有利于激發好奇心，啟迪想象力，提高學習興趣。深空、深地、深海是前沿科學的代表，太空探索是人類認識地球和宇宙的重要手段。借助在地面和太空中的各種望遠鏡，可以觀測到遙遠的星云、星系和恒星等，以及無法直接探測到的黑洞、暗物質、暗能量等。借助航天技術，把探測器送入太空，就能實現對地球的遙感探測和對太陽系各類天體的探測。由于未知世界的探索往往十分艱難，一旦突破，必將顯著提升人類的技術能力，拓展生存空間。而這些技術向民用轉化，還可以造福人民，轉變為實實在在的經濟效益。

◎ 來源|北京日報