新时代《地球科学概论》教材编写的思考

杨树锋 陈汉林 程晓敢

一、新时代对教材的要求

教材建设是事关未来的战略工程、基础工程。为进一步贯彻落实中央关于加强教材建设的重要决策部署，我们要对教材编写工作深入研究与思考，以适应新时代的要求。新时代对教材建设提出的要求体现在以下几方面。

一是要实现通识教育目标。在现代多元化的社会中，通识教育为受教育者提供通行于不同人群之间的知识、思维方式和价值观。通识教育也是素质教育最有效的实现方式之一，在通识教育中要贯彻“博学与精专相统一的个性化素质教育”这一理念，培养学生哲学社会科学素养、人文素养、自然科学与技术素养、美学艺术素养以及实践能力素养。通识教育不仅仅是科普一些知识，还要培养能力素质和价值观，鼓励学生结合自己实际跨学科、跨专业自由选课，充分发展个性，博学多识;鼓励学生从难、从严，从自身实际出发自主选课，从而增强学生学习主动性，全面提高素质，把握未来发展格局。

浙江大学的通识教育采用了“6+1”类课程设计，分别是“中华传统”“世界文明”“當代社会”“科技创新”“文艺审美”与“自然与生命探索”6个大类，加上强调实践技能培养的“博雅技艺”1个大类。要求每位学生至少修读1门通识核心课程和1门“博雅技艺”类课程，理工农医学生在“中华传统”“世界文明”“当代社会”“文艺审美”4类中至少修读2门，人文社科学生在“科技创新”“自然与生命探索”2类中至少修读2门。

“地球科学概论”属于“自然与生命探索”类的通识课程。在设课之初，我们仅仅将其作为一门地球科学的入门课程，着重讲授知识。但经过20年的不断实践，我们发现除了教授基本知识之外，更需要把地球科学学科的思维方式和研究方法传授给学生。因此，在新时代教材编写中，不仅要体现知识的传授，更要体现思维方式和社会主义核心价值观的融合与培养，努力实现通识教育目标。

二是要符合信息社会的要求。随着信息技术尤其是移动互联网技术的发展，人类社会开始由工业社会步入信息社会。信息技术正在给大学的教育理念、教学模式、管理体制、保障机制、教学方法等带来巨大的冲击。面对移动互联网时代的来临，必须有与之相适应的教育理念指导大学的教育教学改革。

信息技术将知识的传播媒介数字化。互联网对人和物链接产生的聚合效应，使得每个人都可能成为知识的创造者和传播者，突破了物理空间的束缚，教师和学生的“自由度”空前加大。传统教材编写者往往习惯于纸质教材编写，在信息社会的要求下，要转变为充分利用信息技术，融合创新教材编写内容以及形式。

移动互联网时代的教学模式要更加多样化、开放化和专业化。当代学生是在互联网环境下成长起来的，属于网络世界的“原住民”，互联网已成为他们获取知识和信息的重要来源。学生通过网络可以很容易地获取碎片化的知识，但是这些知识的局限性也是显而易见的。教材要科学引导学生将碎片化、眼球化的学习方式与系统性的学习方式结合起来，探索在信息知识冗余时代提高学生的注意力和专注度，在知识传授中要更加注重思维的训练;把创新创业教育融入人才培养过程之中。当前高校教学工作中“老师上课讲PPT，学生考试背PPT” 的现象仍然十分突出，并没有把思维方式的训练融入教学之中。所以我们如何编一本好的教材，来使学生既学到系统的知识，又能够得到思维的培养，这是新时代对我们的教材编写工作的一个新挑战。

三是要满足学科发展的要求。当前学科交叉与地球系统科学发展迅猛，新研究、新成果层出不穷。地球系统科学强调地球的整体概念，将大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、地幔和地核看成是具有有机联系的“地球系统”。地球系统科学将以全球性、统一性的整体观、系统观和多时空尺度，研究地球的整体行为。就狭义概念而言，地球系统科学是为了解释地球动力、地球演变和全球变化，对组成地球系统各组成部分、各圈层相互作用机制进行综合研究的一门科学。广义概念而言，地球系统科学跨越一系列自然科学与社会科学。地球系统科学基于高度综合的整体研究思维方式，研究对象从局部向整体拓展，研究内容主要面向以问题为导向的跨学科研究，研究形式常采用多学科和多圈层相互作用的综合研究，强调国际合作，综合应用空间技术、信息技术、测试技术等方法与手段。

以前的教材里面没有体现地球系统科学相关思想和内容，但是当前我们的学科已经发展到系统科学的新阶段，所以应该把这些学科发展状况和未来前沿及时地反映在教材里面。

四是要实现目前高校通识课程的对象对教材的期望。通识教育大部分的对象是刚刚高中毕业的新生，他们习惯于知识点的学习，缺乏思维方法的训练;习惯于了解碎片化知识，缺乏对知识体系框架的系统性理解。

我们知道，对于科学问题的解决，数学家和物理学家侧重于运用逻辑思维，通过演绎法正演求得唯一解;地球物理学家往往运用逻辑思维，通过反演方式，获得的结果往往具有多解性;而地质家则会基于地学基础知识以及多学科知识，综合运用逻辑思维、抽象思维，通过归纳、演绎等多种方法来解释、预测相关现象。作为通识课程，如何做到“知识与思维并重”，引导新生的学习与思维方式，这也是对新时代教材编写的挑战。

二、现有教材的剖析

分析现有地球科学概论教材现状，可以发现：（1）普遍存在“将通识课程简单地理解为高级科普”的误区。课程与科普讲座不是一回事，不是听一听就可以了，大学生要通过课程理解并掌握相关内容。（2）现有地球科学概论教材的作者往往是两类学科专家，一类是地质学领域的专家，编写的教材内容主要以表层地球科学和固体地球科学为主，对于大气圈和水圈相关内容涉及较少;另一类是自然地理学领域的专家，编写的教材内容主要以自然地理学的相关内容为主。但到了现今的地球系统科学层面，这些教材都显得不够全面，需要我们重新梳理教材内容，并且处理好以下几个问题：一是重知识概念，缺思维方法;二是重学科现状，缺前沿未来;三是重层圈内部，缺界面联系。

此外，现有教材的内涵以地球科学的知识点为主，碎片化明显，缺少系统性，更没有体现地球系统科学。特别是教材的前沿性缺失，往往以传统的学科内容为主，没有体现地球科学前沿成果，比如数字地球科学、地球系统科学等方面的相关内容。

三、新编教材的思考

思考一：知识学习和科学思维的培养

科学研究具有不同的思维方式，以“大陆漂移学说”和“海底扩张学说”产生过程为例，这两种学说产生的科学思维方式是有明显差别的。魏格纳提出大陆漂移学说的科学思维方式是“假定—论证—学说”，即根据南美和非洲大陆轮廓的相似性，提出两个大陆原来连在一起、后来分开的假设，再通过古生物证据、古气候证据、岩石学证据等进行论证，最终提出大陆漂移学说，即全球大陆曾经是一个超级大陆，这个大陆叫泛大陆，200百万年前，泛大陆裂解成一个个小的块体，并漂移到现在的位置。而赫斯和迪斯提出海底扩张学说的科学思维方式是“数据—解释—学说”，即通过海底调查获得了大量海底地形、大陆边缘、洋中脊的重力、地磁和年龄等大量数据，瓦因–马修斯假说解释了洋中脊所观察到的现象，最终形成了海底扩张学说。所以未来的教材要体现知识学习和科學思维的培养。

自然科学的基本研究方法一是“发现”，即观察现象，这是科学研究的基本功;二是“抽象”，即对规律的提炼，要合乎逻辑，建立因果体系。同时通过对科学研究成果的重复性、预测性进行检验，来判断成果的正确性。所以对未来的教材而言，如何将知识的传授和方法的培养融合在一起，同样值得我们深入思考。

思考二：传统（纸质）教材与数字教材相结合

随着信息社会的到来以及信息技术的快速发展，出现了大量的数字教材。数字教材即数字化教材，主要是指利用多媒体技术将传统纸质内容进行数字化处理，转化为适用于各类电子终端的互动性教材。数字教材充分发挥了信息技术优势，融合了文字和音频、视频、图片及动画等元素，具有表达更加生动形象、有利于互动交流、有利于分层施教、有利于修订完善等优越性。

数字教材大致可以分为四个层次：第一个层次是纸质教材数字化。纸质教材数字化是数字化的最基础层面，表现为静态的电子教材，教学方式主要为引导学生阅读和练习。第二个层次是多媒体数字教材。多媒体数字教材即多媒体的电子教材，含有音频、视频、动画等，教师不仅引导学生阅读和练习，还包括倾听和观察。第三个层次是互动式数字教材。互动式数字教材是能够实现互动的数据式教材，它能够支持读者与数字教材的互动、师生互动、学生之间互动，以及教师、学生与数字教材作者之间的互动，引导对话、交流、分享成为必要的教学方式。第四个层次是集聚式数字教材。集聚式数字教材是数字资源集聚的数据式教材，是前三个层次的整合和提升，是最高形态的数字教材，教师的教学方式在于以学习终端为载体、以学习云平台为支撑，实现多主体、多维度、多层次的高效互动。

教材编写者应该将传统教材与数字教材相结合，总结、提炼传统教材的优点和经验，发挥数字教材的技术优势，更好地实现二者的融合创新。

思考三：传统地球科学与现代地球信息科学相结合

传统的地球科学是以地球为研究对象的科学体系。从不同角度对地球的不同圈层进行研究、形成了地球科学的各个分支学科（如固体地球科学、表层地球科学等）。而现代的地球信息科学是以传统地球科学为基础，综合运用系统科学、信息科学的研究思想与方法形成的，包括地球信息哲学、地球信息机理、地球信息技术、地球信息工程等内容与分支。

现在又出现了“数字地球”这一地球信息科学的最新概念，它是目前最大规模的地球信息工程。数字地球是一种可以嵌入海量地理数据的多分辨率和三维的地球的表示，是对真实地球及其相关现象的统一的数字化重现和认识，它以互联网为基础，以空间数据为依托，以虚拟现实技术为特征，是一个具有三维界面和多种分辨率浏览器的、面向公众的、超巨大的空间信息系统。这些内容也应该在教材中有所体现。

思考四：传统知识与学科前沿相结合

以生命演化为例，长期以来，我们的古生物学家通过卓越的研究形成了大量分门别类的成果。但现在我们通过对海底热液系统与深海生物圈的前沿研究，在海底发现了海底热液烟囱，在黑暗的海底热液烟囱附近发现了大量生物，有大量的生物是非常原始的、与地球上最早时期出现的生命一致，揭示了海底深海生物圈。这就挑战了我们对生命演化的传统认知，应该思考怎么把这些前沿的研究与传统的知识结合起来，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内容编入教材。

思考五：单学科知识与地球系统科学相

结合

青藏高原是地球系统科学研究的最佳区域之一，包括东亚季风、中国黄土堆积、中亚内陆干旱化、山岳冰川、生命演化、地质资源与灾害等，都可以从青藏高原中找到理想模型。教材不仅要介绍青藏高原的地形地貌、如何形成，更需要介绍青藏高原在地球系统圈层作用中扮演怎样的角色，青藏高原将带给我们怎样的改变，我们又将如何应对。这些研究涵盖了地质、地球物理、大气、地理、资源、生物等多学科知识，所以我们要综合考虑，在新编教材时将单学科知识与地球系统科学相结合。

思考六：从“地球科学”向“行星科学”延展

随着我国“深地”“深时”“深空”大型基础研发计划的开展，以及航空航天事业跨越式推进和探月工程的实施，“行星科学”研究逐步进入大众视野。把地球看作整个行星系统中的一员，将有助于认识地球早期演化、生命起源。“行星科学”是未来全人类共同关注的科学领域，地学通识课的教学要尽快从“地球科学”向“行星科学”教学延展。

[责任编辑：余大品]