国外地球科学教育发展趋势研究

国土资源部咨询研究中心(100035） 樊笑英

北京师范大学地理学与遥感科学学院（100875） 王 民

一、地球科学的发展趋势

科学的发展是以“综合—分化—综合”的形式不断发展。产业革命以前，科学以综合的形式存在。之后出现了哲学、社会科学和自然科学三分趋势。地球科学是从自然科学中分化出来的一门基础学科。传统地球科学以学科分化研究为主，主要分为两大主干学科，即地理学与地质学。地理学研究的对象是地球表层空间系统，包括人类活动和地理环境两大部分，其核心是人地关系地域系统。地质学主要是以固体地球为研究对象，研究地球内部物质组成及结构、地壳运动及其所产生的各种构造变动和发展规律、地壳的发展历史及生物演化规律，以及地质学在生产实践方面的应用等。随着科学技术的进步和社会发展的需要，传统的地球科学各分支学科发展日趋成熟，各自分化出一系列独立的学科知识体系。

20世纪后半叶，全球变化趋势愈加明显，面对全球性的资源、环境与发展问题，地球科学的各分支学科已经不足以独立完成对整体的人类与地球关系的揭示及预测全球变化的趋势，因而需要各学科间的交叉与综合，需要科际间的联系。20世纪80年代中期，科学家们普遍认识到必须把地球作为一个由相互作用着的各个组元或子系统组成的统一系统，即地球系统来研究。美国国家航空与宇航管理局(NASA)顾问理事会于1983年成立“地球系统科学委员会(Earth system Science Committee)”，在主席Brether-ton博士的领导下，集中了一大批国际知名科学家，详细评述了地学、生物学的现状及存在问题，并于1987年出版了《地球系统科学》报告，提出了“地球系统科学”（ESS）的概念，即把地球看成一个由地核、地幔、岩石圈、大气圈、水圈、生物圈等各子系统相互作用而组成的一个统一体。地球系统科学是以系统方法来研究地球各组成部分之间相互作用，以解释地球的动力学、地球的演化、人地关系和全球变化。其目标是了解整个地球系统的过去、现今及未来的行为[1]。该报告已由陈泮勤等翻译，于1992年出版。另外，由w．A．Nierenberg主编了长达1800多页的《地球系统科学百科全书》，已于1992年在国内出版。

二、加强地球科学教育的时代意义

我们的生活每天被环境污染、气候变化、水资源短缺、土地退化等全球性环境问题所困扰，保护环境和可持续发展从没有像今天这样引起全世界的关注。从科学角度看，这些问题实质是组成地球系统的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈和人类圈之间相互作用、相互影响产生的。处理好人与自然的关系，首先要认识自己生存的地球，认识地球系统发展变化的规律，找到人与自然和谐相处的途径，社会的发展才能持续，这正是地球科学研究的对象。

长期以来，由于人们对地球科学作用的认识不足，地球科学始终处于曲高和寡的境地，对自然世界奥秘探索的科学成果也多停留在高等教育和高层次的学术领域，在基础教育阶段一直处于不受重视的地位。科学教育对地球科学的忽视，直接的结果是使得我们的政治家、经济学家、企业管理人员、公民等都没有机会在学校教育阶段接受合适的、充分的地球科学教育，这种知识的缺乏应该对过去出现的人类与环境矛盾的激化负有责任。如果这种状况继续，那么对现在和将来在决定有关技术发展、资源利用、环境质量等方面的国家政策时将会有很大的负面作用。地球科学教育最重要的作用在于首先让我们知道世界是什么和世界是怎样运行的，可以让我们正确认识人在宇宙中的地位、消除人类中心的错误观念而形成正确的人地协调共生的观念，当我们的领导者和公民需要应用诸如物理的、化学的和生物的科学成果时，地球科学能够提供独特的视角和知识帮助他们做出明智的、符合环境、经济和社会发展规律的决定。公民需要了解地球系统，能够在参与资源利用、避免自然灾害、环境保护、社会持续发展等公共事物方面做出负责任的决策。

近年，在全球变化、可持续发展战略背景下，地球科学因其在解决人地关系问题上的独特作用，已经成为当前社会可持续发展的理论基础[2]，地球科学素养应是公民科学素养的重要组成部分。因而世界范围内要求加强基础教育阶段学生地球科学教育的呼声也越来越高。在世界新一轮的基础教育科学课程改革中，地球科学已经成为科学教育重要的内容之一。中国科学院地学部由院士们组成的咨询研究组，在深入调查和研究的基础上，形成了“关于落实科学发展观，加强全社会地球科学素养的建议”咨询报告，明确提出要加强青少年地球科学素养教育[2]。

三、基础教育中地球科学教育的历史与现状

（一） 地球科学教育的历史

学校科学课程的发展已有100多年的历史，20世纪60年代以前，科学课程多是以分科的形式设置，地球科学内容多数体现在地理课程中。但是通过课程比较可以明显发现，相对于物理、化学、生物学科来说，地球科学内容在科学课程中的比重明显偏低[3]。20世纪60年代之后，随着科学发展的多元化和由分化走向综合的趋向，学校也出现了综合科学课程的形式，但早期开设的综合科学课程中只有物理、化学、生物三门学科而很少有地球科学内容，通常只在各学科的相关内容中涉及部分有关宇宙构成、太阳系、地球物质组成的知识。地球科学不受重视的状况可以从20世纪70~80年代两项国际教育评价的内容中得到验证。两项研究都是由“国际教育成就评价协会”（International Association for Assessment of Educational Achievement）组织的。第一项在1973年完成，另一项研究是在1983~84年，都没有对地球知识进行评价，因为研究组织者查明世界各地学校的地球科学教学不足，无益于测量。在1973年的研究报告中，作者是这样陈述的：

“可能各国间最显著的差异在地球科学领域……在高中调查人群里只有比利时、芬兰和日本地球科学有所提及（Comber, & Keeves,1973,PP25~26）。”

由于这个原因，高中组的测试中地球科学条目被撤去。

在1983~84的研究中，状况有所改变，有些地球科学领域的内容被加进来，但也只是在初中阶段的测试中体现，57个科学内容领域中地球科学只占6个，在高中组测试中仍然没有。这是因为“当检查这些领域内容在不同国家科学课程中的情况时，发现它们仅仅是在很少数的国家受到重视加入到科学课程中。并没有足够多的国家在课程中有这些内容以保证能在1983~84测试项目中体现”(IAEA,1988，pp,18-20)

这两项评价都是在对世界各国科学教育进行总体调查之后进行的，具有足够的权威反映出在20世纪90年代之前，世界范围内地球科学教育的地位偏低。

(二) 新一轮科学课程改革中地球科学地位的转变

1． 地理课程的地位提高

早期的科学教育主要是分科形式进行的，地球科学教育是通过地理课程来完成，但是长期以来地理课程不受重视，而且人们对地理的认识往往停留在地名加物产的误解上，并且多数国家将地理划归社会学科。

美国在60年代后期，针对地理不受重视、学生地理知识缺失的问题，在美国地理学会、全美地理教育委员会的协助下，组成了地理教育委员会，由各级教师、专家、心理学家组成“中学地理设计”小组（HSGP），制定以问题为中心的教学大纲。80年代以后，来自联邦政府、商界和州政府等对“地理盲”问题关注的呼声越来越高，引起美国政府对地理学重要性的重新认识。美国在近年的有关教学改革的一系列政策陈述与立法提案中，把地理学定为学校核心课程，和自然科学与数学同等重要。并于2001年出台了《生活中的地理》课程标准。

同样，20世纪70年代以来，英国地理协会、英国皇家地理学会、大不列颠地理学家研究会等地理学术团体以及地理学家、教师等积极倡导加强地理教育，也力争使地理课程成为中小学生必须学习的课程，最终促成英国在1988年的教育改革法中，将地理课程定为三门核心课程之外的七门基础课程之一。

为促进地理教育，国际地理联合会于1992年出台了地理教育国际宪章，对地理教育的内容进行了详细的规定，地理课程地位的提高，使得地球科学教育内容得到了一定程度的落实。

表1 地理教育国际宪章中地理教育的内容

人文系统：农业系统、工业和服务系统、聚落系统、运输和贸易系统、社会系统；

生态系统：当代对持续发展的关注，可以通过学习生态系统内人文系统和自然系统的综合进行探索。

2．综合科学课程中地球科学教育内容

20世纪60年代以来，科学教育目标从培养科学家转向提高公众科学素养的方向发展，80年代以后科学课程更是成为各国核心课程之一。但是传统上综合科学课程内容中主要包括物理、化学和生物三门学科，地球科学内容只在各学科相关内容中有所涉及，比重极低。

美国的地球科学团体在推进地球科学教育方面做过很多努力，但在80年代之前境况并没有明显改观。1984年美国2061计划提出面向全体美国人的科学教育理念，重新建构科学课程。当发现很有可能在课程重建时再次忽视地球科学时，美国的地球科学家和教育家们于1988年4月在华盛顿组织了一次讨论会，40多名科学家和教育家，经过了5天多的讨论，提出了他们认为公民应知道的地球科学内容，建立了由四项目标和十个概念构成的初步的框架。1990年春，国家科学基金会教师促进计划授权俄亥俄大学筹备地球系统教育领导小组领导地球系统教育项目(the Program for Leadership in Earth System Education(PLESE))。该项目的主要目标是将更多地球系统的最新认识内容注入国家K-12科学课程。1990年5月再次在俄亥俄大学召开会议，结合2061计划中地球科学的概念和1988年的研讨会内容,开发了“地球系统教育框架”，由七部分理解构成[4](见表2)，这一框架为PLESE小组构建地球领域的课程和选择现有的材料来实施课程提供了指导。

表2 地球系统教育框架

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在地球科学家们的共同努力下，1995年颁布的美国《国家科学教育标准》中，各学科领域的学习主题数量相差不多：物质科学领域11个，生命科学领域14个，地球与空间科学有10个。另外在“从个人和社会视角所见的科学”主题中，资源类型、自然灾害等8个主题也涉及到地球科学，足见已经将地球与空间科学放在了与生物、物理、化学同等重要的地位[5]，并且将地球科学发展的最新趋势——地球系统科学的理念融入内容的组织和设计中（见表3）。

表3 美国科学教育标准中地球科学内容的设计（1995）[6]

20世纪90年代以来，世界上许多国家也都进行了大规模的科学课程改革，科学课程中都加强了地球科学内容。

（三） 国际科学素养评价项目中地球科学的地位

20世纪70~80年代的国际教育评价反映了地球科学教育不受重视的历史，但是今天可以幸运地看到国际教育评价项目中地球科学的地位已经明显提高了。由世界经合组织（OECD）发起的国际学生评价项目（The Program for International Student Assessment，简称PISA），是一项对15岁在校生的国际性学生学习质量比较研究项目，主要评价学生的阅读素养、数学素养和科学素养。科学素养中的科学知识包括了四个部分：物理系统、生命系统、地球与空间系统和基于科学的技术系统。“地球与空间科学”已成为21世纪学生科学素养构成的重要组成部分（见表4）。PISA2006侧重科学素养测试，103道题目中有20多道涉及地球与空间科学内容。

表4 PISA2006科学素养评价中科学知识的类别[7]

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四、基础教育中地球科学教育的发展趋势

由上面的分析中我们可以看出，当前在基础教育领域地球科学教育的发展特点与趋势：

(一) 地球科学教育成为基础教育阶段科学教育的重要任务

从科学课程的设置和国际教育评价内容的变化都反映出基础教育中的地球科学教育在经历了长期的低谷之后，终于在20世纪90年代得到振兴，地球科学教育已成为21世纪科学素养教育的重要组成部分。

（二）地球科学课程形式多样——分科与综合、必修与选修并存

地球科学课程在学校以多种形式存在，有传统的分科课程形式，也有新兴的综合科学课程，有必修也有选修。如日本、英国独立开设的地质学、地球科学课程等，瑞典高中的环境课程和科学课程。我国义务阶段开设综合科学课，高中地理必修和选修并存。既保证了所有学生基本地球科学素养，也满足部分学生对地球科学的兴趣和需要，为高校传送高质量的地球科学研究后备人才奠定基础。

（三）地球科学教育内容的组织反映地球科学发展最新趋势

地球系统科学用系统论的方法，空间上把地球作为宇宙中太阳系中的一个子系统来认识，将行星地球视为由地核、地幔、岩石圈、大气圈、水圈、生物圈等各子系统相互作用而组成的统一的系统，并从不同时间尺度对地球的发展变化进行研究。美、加等国科学课程以及最新国际科学素养测试中地球科学内容的组织都体现了地球系统科学的思想和方法，从地球系统的结构、组成、能量等主题入手，通过对地球系统演化历史的学习，帮助学生建立整体的、宏观的时空概念，形成独特的地球科学思维方式，有助于学生在未来社会经济生活中做出明智的决策。

（四）地球科学家参与科学课程的设计和实施

英美等国的地球科学团体和地球科学家在推进地球科学教育方面发挥了重要作用。他们不仅促进了地球科学进入科学课程这样的历史性转变，也为教学内容的组织和教学材料的选择和教师培训开展了大量工作。如美国国家航空航天局（NASA）已在进行的8~12年级地球科学教育项目，通过开发各种学术水平的活动对教师进行培训，而且帮助学校配备所需的仪器和设备来适应课程的变化。美国国家地质调查局还成立了学习网站，http://www.usgs.gov/education/,网站上综合了生物学、地质学、水文学、地理学等学科的材料，以帮助教师和学生理解地球是怎么变化的。地球科学家的参与可以保证最新的地球科学研究成果能够在课程中体现并通过培训教师使教学得到落实。

五、我国科学课程中的地球科学教育现状与问题

我国地球科学教育发展轨迹大体上与国际趋势相同，但起步较晚。传统上，义务教育阶段的地球科学教育主要渗透在小学的自然和初中的区域地理课程中，高中系统地理中自然地理部分主要是地球及宇宙环境的内容。但是地理课程在学校不受重视的状况一直持续到90年代中期。新世纪课程改革，高中地理课程结构发生了重大变化，由必修和选修两部分构成，必修一的自然地理和选修的宇宙与地球、海洋地理、灾害地理、环境保护等都属于地球科学领域的内容。义务教育阶段在小学3~6年级和7~9年级分别开设综合科学课程，小学科学课程以综合的主题形式进行，7~9年级科学课程则包括五大学习领域：科学探究(过程、方法与能力) ；生命科学；物质科学；地球、宇宙与空间科学；科学、技术与社会的关系。其中“地球、宇宙和空间科学”的比重与生物科学、物质科学基本相同。

从课程设置来看，目前我国地球科学教育分了三个阶段，在内容上自成体系，初中科学与高中地理中地球科学内容缺乏协调，内容重复但学习要求缺少递进性与连贯性。而且目前我国综合科学课程和选修课开课的范围都很有限，课程设计中虽然树立了地球科学的地位，但是真正在课程实施中落实还存在问题。

加强地球科学素养教育是全球变化、可持续发展背景下的需要，我们需要构建小学、初中、高中一体化的地球科学教育内容体系，将地球科学知识根据学生认知水平转化不同阶段的学习内容，并且需要对教师进行专业知识和技能的培训。目前我国在课程标准的制定方面已经有大量地球科学家参与进来，但是在课程的实施、教学资源的开发与教师培训方面，科学团体和科学家还参与的比较少。科学教育是一项系统工程，需要科学家、教育家以及政府、社会的共同支持和努力。

[1]美国国家航空和宇航管理局地球系统科学委员会编，地球系统科学[M]，北京：地震出版社，1992

[2]中国科学院学部“落实科学发展观，加强全社会地球科学素养”咨询组，关于落实科学发展观加强全社会地球科学素养的建议，中国科学院院刊, 2004年,l9卷,第5期,328-329

[3][5]Dorothy L. Stout, The Earth in Technological Balance, Computers & Geosciences[J],1998,Vol.24, No.7, 623-625

[4]Mayer, Victor J Earth-Systems Science The Science Teacher, Jan 1991,Vol.58, No.1,101-105

[6]National Research Council ,The National Science Standards[S], National Research Council, Washington,D.C.1995

[7]OECD. Assessing Scientific, Reading and Mathematical Literacy: A Framework for PISA 2006[M].Paris: OECD，2006