“同位素地球化學”教學中的科學與人文精神傳承

摘" 要：人類關于地球系統的科學見解，在新的時代背景下，已漸具雛形。作為一門自然科學，地球科學與人文科學的關系正變得越來越密切。地質學專業學生的培養應當拓寬學科內涵，以傳統地質學為依托聚焦地球系統與服務經濟社會發展等領域，構建以“愛國、求實、奉獻”為核心，以科學—技術—社會—人文“四位一體”為內涵的STS教育理念，全面體現天地人的地球系統科學觀和地學精神。融通人文思想與專業知識，引導和啟發學生去體悟地學之美，培養學生的科學熱情和人文情懷，增強學生的社會責任感和未來意識。

關鍵詞：地學教育；科學精神；人文精神；地質哲學；地球系統科學

中圖分類號：G641；P59" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1673-7164（2024）30-0157-04

基金項目：本文系2023年教育部產學研協同育人項目“以提升地質專業學生科學與人文素養為導向的STS教育培養模式研究”（項目編號：230804270807225）階段性研究成果。

作者簡介：李清光（1984—），男，博士，貴州大學資源與環境工程學院副教授，研究方向為穩定同位素地球化學與環境地球化學過程。

現代地球科學通過多學科交叉研究不同子系統之間的整體演化行為。從可持續發展的角度看，以全球統一的整體觀和系統觀，將地球視為由多個子系統組成的統一整體，包括巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈、智慧圈等，尤其關注不同子系統之間的界面過程，地球的過去、現在和將來的演變規律和趨勢，從而預測全球變化及其對人類經濟社會發展帶來的影響。［1-3］在這一過程中，與地球科學相關的邊緣交叉學科和新興熱點研究領域不斷涌現，傳統的學科邊界正在逐漸消失。隨著科學技術和產業革命融合的不斷加速，地球科學幾乎與所有的自然科學領域都可以進行交叉，天地人地球系統科學觀正逐漸形成，地球科學與人文科學的關系正變得越來越密不可分。［4］

然而，在傳統的地質學專業高等人才的培養過程中，固化的教育模式造成自然科學與社會科學的割裂，逐漸演化成專門培養科技型人才的科技教育，［3，5］這顯然已經不能滿足新時代經濟社會發展的需求。當前，地質學專業高等人才的綜合能力培養過程仍存在著自主創新意識不強，科學精神欠缺、科學價值取向存在偏差，道德理想淡化、人文關懷滯后等三大突出問題。［6-7］因此，地質學專業學生的培養目標應該充分強調科學與人文的高度融合，在教學實踐中將培養學生的科學與人文精神定位為不可或缺的教學目標。

新時代的地學高等教育需要拓寬學科內涵，聚焦固體地球、地球系統和服務人類社會等領域，建立與時俱進的培養體系，充分體現天地人地球系統科學觀和以“愛國、求實、奉獻”為核心的地學精神。強化對科學精神與人文精神的塑造，在自然科學、社會科學和文學藝術之間架起溝通的橋梁，改變單純追求科學主義的價值取向。［8］用新的教育形式改造傳統教育模式，提升學生具有較高的文學、藝術、歷史、哲學素養，從而使地質學專業的學生對科學與人文、社會與個人價值的關系產生合理的認知，促使科學主義與人文主義融合，適應新時期高等教育的發展。本研究從地質學專業核心課程“同位素地球化學”教學實踐出發，探討地質學專業學生培養過程中科學與人文素養的養成。

一、教學觀念體現科學與人文精神的融合與滲透

科學致力于理解自然界客觀事物之間的內在聯系和變化規律，是一種追求真理、探索世界的方法和知識體系?？茖W研究注重客觀性、可驗證性和可重復性。人文研究關注人類的價值觀、信仰、語言、歷史、文學、哲學等方面，通過對人類經驗和人類文化的理解來探索人類的意義和存在，發揚人的價值，追求人自身的完善。科學和人文兩個領域各自有其獨特的視角和方法，將兩者融合起來可以提供更全面的理解和解決問題的能力?？茖W提供了客觀事實和規律，而人文關注主觀體驗和文化背景，兩者結合可以更好地理解人類的行為、價值觀和社會現象。并且，科學的嚴謹性和人文的創造性結合，可以產生新的思維方式和解決問題的方法，推動科技創新和社會進步。更重要的是，當今社會要求人們既具備科學思維和批判性思維的能力，又要關注人類的情感、價值觀和社會需求，從而能夠更好地面對各種復雜的社會考驗?？茖W的技術創新和發展需要考慮人類的價值觀和社會影響，而人文的關懷和思考可以引導科學的應用和發展朝著符合人類福祉和社會發展的方向前進。

作為一項重要的認識活動，科學研究直接體現出對探索外部世界和科學真理的渴望，并為之不懈付出的崇高精神追求。［6］然而，在功利主義科學觀的驅使下，部分學生往往過多地從工具理性的角度看待科學研究，把求學生涯看作是一種實現社會階層跨越的手段，從而忽視了科學探索的本質。雖然，工具理性可以在一定程度上促進科學技術和生產力水平的進步，極大地提升了人類社會的生產效率，創造出巨大的物質財富。但是，在理性主義的驅使下，大量所謂的以個人主義為核心價值的“理性人”游離于人類社會的各個角落。長期以來，過度強調科學的工具理性與精英人才的培養，在公共意識與價值倫理、人文精神對科學理性的引導等方面的重視程度不夠，導致個人追求與社會意志相背離。［9］凡此種種，實質上造成了部分人價值觀的倒退和整個社會的精神危機。其實，在追求真善美的最高境界上，科學精神與藝術精神、道德精神等人類精神是相通的，并不僅僅是自然科學的精神。［10-11］

在“同位素地球化學”教學實踐過程中融入人文精神的內涵，不僅能夠體現出地球科學的人文價值，還能在培養學生科學素養的同時，使其獲得道德理想、人文關懷和情感價值觀等多方面的發展。通過引入地學大師和前輩們的科學家精神和體現“愛國、求實、奉獻”的地學精神等人文素材，課堂教學將不再是乏味抽象的純理論傳授，而是知識與情感、科學與人文的完美結合，不僅能夠拓寬學生的視野和思維，還能實現科學精神與人文精神的互相融合與滲透。［12-13］

二、教學體系涵蓋地球科學的科學思想與哲學思想

地質專業的學生，尤其是研究生，雖然具有一定的學習積極性，也大量閱讀了相關領域的文獻，但缺乏獨立和主動思考能力，對科學問題的凝練和把握很難具有創新性，并且還存在基本功不夠扎實的問題。在實驗技能、數據處理、圖件繪制和語言組織等環節，離開導師的指導，他們很難交出滿足要求的工作成果。更重要的是他們還普遍缺乏批判精神和問題意識，很少基于前人的研究成果提出自我判斷，論文選題經常出現模仿已有研究成果的現象。不少學生“依葫蘆畫瓢”，換個研究區開展與已有研究類似的重復工作，原創性研究少之又少。

因此，在對地質學專業學生的培養過程中，首先需牢固樹立“四個意識”，堅定“四個自信”，著力構筑“三全育人”“五位一體”的培養組織體系，深化為黨育人、為國育才理念，不斷提升學生的科學與人文素養。通過充分發掘各種平臺資源，設置人文性與科學性于一體的課程內容，開拓新的知識共享方式，豐富課程內涵；邀請科研院所、企事業單位、政府部門有關科技政策、戰略的制定者和實踐者等多主體參與課程教學，形成以學習者為中心、以行動為導向、以解決實際問題為核心的培養理念，兼顧個性差異、社會需求、生涯規劃和學術發展規律的差異性；鼓勵專業邊界的淡化和延伸，重視親身實踐價值，引導學生傾聽不同學科、領域、主體的聲音，從而培養出優秀的文學和藝術素養，過硬的歷史和哲學基礎，理性的思維和高尚品格，豐富的傳統文化和全球文化素養，以及綜合運用人文藝術和科學技術知識的能力。

在構建課程體系的過程中，全面重組課程內容，構建以高等地球化學為基礎專業課程，以地球化學熱力學與地球化學動力學、同位素地質年代學、穩定同位素地球化學、微量元素地球化學和有機地球化學等為主要核心專業課程的學科與課程體系，盡量避免不同課程在授課內容上的重復。在此基礎上，“同位素地球化學”的授課內容通過開設金屬穩定同位素、同位素大氣化學、同位素水文學、三氧四硫多元同位素、穩定同位素生態學和氣體同位素質譜分析技術等學術前沿專題，強化學科交叉。同時，著力促進思想政治教育、通識教育等人文思想與專業知識相融通，在教學素材的準備過程中，充分挖掘地球科學研究中的美學要素，結合地學發展歷史中蘊含的人文資源，把宇宙的起源與宇宙觀、生命的起源與生命的本質、將今論古與以古論今、災變論與漸變論等地質哲學思維，“兩山理論”、紅色文化精神、地學“三光榮”“四特別”等時代精神，魏格納、愛潑斯坦、阿斯頓、李璞、侯德封、劉東生、涂光幟等地學大師的科學家精神有機融入“同位素地球化學”等地質學專業核心課程的教學中，強化科學發生與發展的起源歷史進程和科學研究方法等案例教學內容，做到專業培養與人文教育同向同行。［12-14］

三、教學方法采用案例教學和啟發式教學展現教學藝術

課堂教學既是一門學問，又要講究藝術。理想中的課堂教學應該是完美地再現求“知”與生動地展示“美”的有機結合。在課堂教學實踐過程中，應將系統辯證思維和創造性思維、地學方法論和地學哲學價值論等內容引入同位素地球化學的教學實踐中。通過啟發學生反思同位素技術的局限性和地球化學學科的本質，培養學生的家國情懷、批判懷疑精神和大膽創新精神。強化人與科技在學生培養過程中的互動與體驗，在講授地球化學專業知識的過程中融入社會公共話題，激發學生對權威的批判性思考和反思，反思同位素和核技術給學生帶來的便利和風險。通過知識傳授、意識培養，使學生增強未來意識，思考在未來的社會生活中如何發揮同位素技術的優勢，使地球化學在經濟、社會發展中發揮越來越重大的作用。

地球化學領域有著豐富的研究案例和科學趣聞。在教學過程中結合學科發展史和地學大師的科研故事，可以激發和培養學生對地球科學的興趣和熱情。比如，涂光幟院士科研生涯70載，立論高遠、重視實踐、學術民主、求真務實，始終面向國際地球科學前沿和國家重大需求，將畢生精力奉獻于礦床學和地球化學事業，并取得了卓越成就，真正做到了為地學研究全情投入，竭盡所能，甘愿舍棄一切。通過介紹涂光幟亂世成長、歷經磨難、赤心報國、潦跡天下、光耀大地和熾情人間的光輝一生，展示地球科學在國家和社會發展中的重要性和應用價值，培養學生對地質學的興趣和熱愛，激發他們的創新思維和實踐能力。

作為中國科學界的一面旗幟，李四光先生堪稱科學精神與人文精神高度統一的楷模。在自然與人文的交匯線上，李四光用橫貫地平線的眼光審視科學與人文。通過介紹李四光先生在科研、文學、歷史、哲學和藝術等領域的趣聞，可以幫助學生更好地了解李四光先生的學術成就和地質精神，激發學生對地質科研的興趣，培養學生的科學精神、創新意識和責任感，促進學生全面發展。

啟發式教學能夠激發學生的學習興趣，培養他們的思維能力和自主學習能力，提高他們的記憶和理解能力，同時也能喚起學生的合作精神，提升溝通能力。在課堂教學過程中，可以通過創設具體的情境，將抽象的知識轉化為具體的實踐，讓學生能夠在實際問題中應用所學知識，激發他們的學習興趣。其次，還可以提出一些地球科學領域的開放性問題，比如寒武紀生命大爆發、中生代恐龍的滅絕、中—新元古代古海洋硫和碳同位素的耦合演化等，引導學生思考和探索，鼓勵他們提出自己的觀點和探索解決問題的方法，培養批判性思維和創新能力。再次，充分發揮貴州省地質資源豐富的優勢，組織學生進行地質研學實踐活動，如實地參觀貴州省地質博物館、貴州龍博物館、八郎烏溜—曾家崖寒武系苗嶺統和烏溜階“金釘子”剖面等，讓他們親身體驗和感受所學知識的實際應用，激發他們的學習興趣和動力。最后，還可以組織學生進行小組合作學習，讓他們互相合作、交流和分享，共同解決問題，培養團隊合作精神，增強溝通能力。

四、教學評價構建多維度多元化的自我完善長效評價機制

隨著中國高等教育邁向高質量發展的新時代，傳統的地學高等教育教學方式已經發生了深刻的轉變。OBE成果導向教育理念、BOPPPS教學模型、PBL教學模式、5E教學法、ADDIE教學模型、對分課堂等多種教學模式的探索與實踐對傳統的講授式教學帶來了巨大的沖擊?；诖髷祿奈锫摼W、人工智能、云計算等信息技術已經融入地學高等教育教學的各個環節。因此，新時代地學高等教育的評價機制需要創新教學評價方式、革新傳統的學評教模式，探索構建包括高校教職工、在讀和畢業學生、家庭、社會和用人單位等多個主體共同參與的教學評價機制。通過傾聽不同學科、領域、主體的聲音，建立基于STS教育多維度的課程質量評價體系，考查學生在科學的本質、地球科學技術與社會應用、地球科學技術社會風險與影響、地球科學可持續發展、地球科學發展歷程及其社會文化情境、爭議與倫理道德推理、決策與行動等方面的理解水平。與此同時，還要關注地學專業的學生在情感和價值觀等方面的認知水平，致力學生全方位的發展。綜合多維度多元化的教學評價反饋結果，不斷完善教學評價的長效保障機制，有針對性地調整地學專業課程授課策略和方法，從而使學生具備綜合運用專業技能和人文藝術等知識的能力。

五、結語

當下，人類社會正面臨人口、環境、資源等多方面的挑戰。地質學學科的定位和發展已由“資源型”轉變為聚焦地球系統和服務人類社會等領域。與之相適應的地球科學人才培養也應該與時俱進。樹立大地球系統科學觀，構建基于科學—技術—社會—人文“四位一體”的STS教育理念，將一般的地球科學知識升華成為體現天地人地球系統觀的地球科學思想、地球科學方法及地球科學價值。在地學人才培養和核心專業課程的教學中，將人文思想與專業知識融會貫通，引導和啟發學生去感受地學之美，培養學生的科學熱情和人文情懷，增強學生的社會責任感和未來意識。新時代的地學人才應具有健全的人格，扎實的科學、文學、藝術和哲學素養，對科學與人生、社會與個體價值的關系有正確的認知。

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（責任編輯：陳華康）