高等院校教材改革模式探索——以《自然地理学》教材为例

卢艳

（郑州大学 地球科学与技术学院，河南 郑州）

一 背景

教育部发布《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》中，指出教育强国是民族复兴的基础，加强高等教育人才培养，形成高水平人才培养体系，到2035 年，实现教育现代化。在“科教兴国”和“跨越式发展”背景下，“面向21 世纪课程教材”的出版弥补了原有教材的不足，促进了高校人才培养质量的培养，推动了高等教育的快速发展[1]。

工业革命以来，生态环境的持续恶化给人类生存和发展带来前所未有的压力，需要我们重新审视人与自然的关系，遵从自然要素的发展规律，树立正确的科学发展观，社会经济才能健康有序发展。在地理科学系统内，以人地关系为核心，运用自然地理学的科学理论和技术方法，在科学观的指导下，为解决社会发展重大需求问题培养创新人才。《自然地理学》是高等院校地理科学人才培养计划的专业基础课程，既要传承自然地理学经典理论，又要体现当前生态环境重大需求问题，是地理学创新人才培养的重要环节，关系到地理学教育改革发展的进程。

二 面临的问题

在地理学科体系中，是地理学科的二级学科，也是高等院校地理科学、农林学、水文水资源科学以及环境科学等相关专业的基础必修课程。改革开放以来，《自然地理学》教材从经验体系向理论体系的转变，“十五”到“十三五”期间，出版了不同版本的《自然地理学》教材[2-6]。这些教材内容从单个自然要素规律阐述走向自然要素相互作用研究；从单独强调自然地理要素分析，走向融入人文要素的时空分析；从单纯描述自然地理要素走向重大生态环境问题分析。较之以前的《自然地理学》教材，取得了较大的进步，促进了高等院校地理学创新人才培养。

随着气候变化和人类活动的影响，地球表层各个圈层各个组成要素、结构和生态服务供给功能发生了深刻的变化。大气圈内二氧化碳增加导致了冰冻圈层的变化，致使海平面上升[7-8]；砍伐森林破坏生物多样性，加剧水土流失、干燥程度加剧以及森林生态功能下降[9]。各个圈层自然要素之间、自然与人文要素之间相互影响程度逐渐增强。人类社会越来越受制于自然条件，社会发展政策制定者需要自然资源理论和技术方法的指导。但是，目前的《自然地理学》教材存在一定的问题，与社会需求之间存在一定的差距。

（一） 学科特色不明显

自然地理学是研究地球表层系统各个圈层自然要素的时空分布规律、相互作用以及地域分异规律的学科，分为部门自然学和综合自然地理学。自然地理学关注地域自然属性、区域差异，以及与人类社会的生存和发展模式的相互关系[10]，因此，学科交叉性、空间位置、自然属性、区域分异和人文与自然要素相互作用是自然地理学的学科特色。20 世纪50 年代以来，中国自然地理学经历了快速发展阶段，沿着综合自然地理学、部门自然地理学以及人类文明与生存环境的相互作用三支方向开展研究，研究区从青藏高原区、黄土高原区、西北干旱区到冰冻圈层，研究方法从定性描述到定量研究[11-12]，为国家社会经济发展战略制定提供了重要的科学依据。但是，目前的自然地理学教材缺乏学科交叉性[4-6,13-14]，比如，多数教材中并没有涉及到电磁波辐射原理的两个基本原理：越热的物体辐射越多的能量；温度越高，物体辐射波长越短。认为它属于物理学的范畴，将其摒弃在自然地理学教材之外，而采用直接的结论：太阳辐射是短波辐射，近地面是长波辐射。自然地理学和物理学的交叉性并没有得到体现，学生只能记忆相关知识，不利于学生学科交叉能力的培养。随着互联网、GIS 和遥感等空间信息的发展，自然要素空间分异的研究方法及分析结果的呈现形式趋于多样化[12]，但是，在目前的《自然地理学》教材中，编著者认为地理空间信息科学隶属于信息科学技术，并没有体现通过空间信息技术获得的自然地理要素图形图像、视频、音频等信息。另外，教材中也没有反映人类活动与大气圈温室气体和气溶胶之间关系、自然地理要素与人类生存环境等亟待解决的科学前沿问题[15-16]，这不利于激发学生的科学探索精神。自然地理学摒弃学科交叉性的现状，不利于教师授课和学生理解自然地理学理论，同时与国外经典教材相比存在着一定的差距[17-19]。

（二） 基本理论的社会实践需求指向性偏弱

区域气候资源、海陆位置和地貌格局等自然要素决定了社会经济空间结构模式，导致了社会经济发展战略的地区差异性。自然地理学除了阐述各个圈层自然要素的组成、结构与功能、时空分布规律以外，还涉及各圈层生态系统与人类社会相互作用关系[20]。因此，《自然地理学》教材既要反映自然地理学的基本科学理论，又要反映人类活动对各个圈层组分、结构以及生态系统的影响。将自然地理学的基础理论与目前的社会问题相结合，激发学生的学习热情，培养学生的家国情怀[21]，但是，在目前不同版本的《自然地理学》中，多数教材集中在自然地理要素的阐述，忽略了人文要素对自然生态系统的影响。21 世纪以来，青藏高原、黄土高原、西北干旱区以及冰冻圈层等国家重要关键区内，成果丰厚[11,15]，这些研究成果很少被引用到本科阶段的自然地理学教材中，更少涉及自然地理学与日常生活、国家发展战略关联的知识，教材内容以及基本理论深度类似于高中阶段地理教材的模式，这种教材编排的模式和知识深度只能让学生死记硬背考试内容，学生学习该课程后并不知道能解决哪些日常生活问题，更难将其与国家发展战略相联系起来，极易挫伤学生进入大学阶段的学习热情，与国家关于高等教育创新人才培养目标和国外相类似教材的差距较大[22]。

（三） 教材质量有待提升

通过中外《自然地理学》教材的对比，中国与国外教材质量之间的差异，教材质量已经不能满足国家创新人才培养目标要求，存在以下几个突出的问题：1）与国外经典教材相比，更新速度比较慢。以伍光和编著《自然地理学》为例，2000 年出版了第三版，2008 年出版了第四版，之后再没有更新版本。相反，国外教材更新速度较快，比如罗伯特·W·克里斯托森编著的《地表系统：自然地理学导论》，2012 年出版第七版，2015 年出版第八版，2014 年出版了第九版，2017 年出版了第十版。2）由于教材的更新速度比较慢，国内教材不能反映自然地理学的新理论及相关研究成果。同时，至今没有彩色版教材出现，书中的黑白图片质量较差，内容陈旧，缺乏吸引力。不如国外教材及时获取遥感、地理信息系统等信息科学技术的成果，使得彩版教材图文并茂，具有较强的吸引力。3）国内《自然地理学》教材鲜有习题集或数据处理等相关配套教材，学生学习课堂知识以后，得不到相应的自然地理学技能和方法的训练，导致学生地理学思维能力和自然地理要素数据处理能力较差。

三 改革方法探索

根据目前《自然地理学》教材中存在的问题以及与国外教材的差距，应该打破目前编制教材的体制，积极探索教材改革方法，鼓励出版不同风格的教材。

（一） 强调自然地理学的学科交叉性

自然地理学是地理学的重要分支学科，与地理学其他分支学科关系紧密。自然地理学是人文地理学的基础，人口、经济等人文要素的空间分布受制于自然条件和自然资源的制约，不考虑自然要素禀赋差异，进行人文要素空间配置无异于空中楼阁。地球表层自然要素时空变化与相关学科发生着紧密联系，地质构造运动与气候、生物和人类活动外营力控制地貌形态发育过程，渗透着自然地理学与地质学的科学原理和方法。进入信息社会以来，对地观测、大数据与云计算等技术发展迅速，需要借助遥感、地理信息技术和其他相关技术方法研究自然要素的分布特征与时空分异，因此，《自然地理学》教材应该有空间信息科学相关知识的展现，拓宽学生视野，培养学生运用空间信息技术方法处理自然地理要素的能力。

工业革命以来，进入地球表层各个圈层系统中的污染物改变了各个圈层的组成和结构，导致生态系统服务功能受到影响，反过来阻碍社会经济的发展。因此，生态系统的污染控制、生态重建以及恢复生态系统功能离不开自然地理学、环境科学和生态学的多学科方法和技术。

（二） 强调自然地理学各个圈层之间相互作用

自然地理学研究地球表层系统自然要素的特征、空间分布以及区域分异规律，过去《自然地理学》只注重单个圈层内自然要素特征与时空分异规律的描述。21 世纪以来，以土地利用/覆被变化和污染排放为表征的人类活动影响到各个圈层组成和结构，进而影响到了生态系统服务功能。人类活动排放出的二氧化碳和气溶胶粒子进入大气圈内，导致大气圈可变组分发生了变化，气温升高，海冰融化导致了海平面上升，陆地上极端天气频繁发生，洪涝和干旱在空间上重组，加剧了社会经济系统的部门用水竞争。另外，人类社会在生活和生产过程中，排放的固态、液态和气态污染物进入各个圈层，导致大气污染、水污染以及土壤污染，这些污染物最终进入生物圈内，威胁着人体生命健康。由此可见，人类活动改变地球表层某个圈层组分的变化，将会引起其他圈层组分、特征以及时空分布的变化，圈层之间联系更加密切《自然地理学》教材中应该反映各个圈层之间紧密联系，尤其在人类活动和气候变化背景下，各个圈层之间相互作用的最新成果，应该以科普读物专栏的形式呈现在教材中，培养学生的地理科学系统观。

（三） 强调人与自然地理环境之间联系

人地关系是人类社会与自然地理环境之间的相互作用，过去，人地关系相对封闭，人类活动作用空间范围比较小。伴随着工业化和城市化的进程，人类关系变得相对复杂，空间范围上重叠交错。人类活动成为自然地理环境变化的主要驱动要素，人类赖以生存的森林、淡水、土壤等生态系统持续恶化，阻碍了人类社会可持续发展。学术界从自然条件和资源承载力的角度，研究不同时空尺度下的人口、经济、污染排放对土地利用方式、淡水资源和生物多样性等自然条件和自然资源的影响以及相互作用机制。从政策层面，国家实施的生态文明建设、新型城镇化布局、城乡一体化发展部署目标是缓解人地关系失调，促使人地关系健康发展，因此，《自然地理学》教材应该反映相关内容，促进学生关心国家发展政策，运用所学自然地理学理论解释政策实施背后的原因，培养学生的地学逻辑分析能力。

（四） 突出区域联系，强化空间分析技术

自然资源和自然条件在空间上分布不均，社会经济要素也呈现空间差异性和复杂性，区域发展不平等以及物质、能量和信息的区域联系是自然地理学乃至地理学的客观现象。中国地势上的三大阶梯和其他自然条件决定了人口、经济的承载能力不同，导致了经济布局、区域联系，以及区域战略存在不同的模式，区域经济联系以及空间作用研究都需要地理信息空间分析技术。

空间分析是在地理空间数据的基础上，运用空间分析方法对空间数据进行分析、模拟并显示的一种技术，是自然地理学乃至地球系统科学从定性研究走形定量研究的重要方法。自然地理学各个圈层自然条件和自然资源的物理特征、区域差异以及时空分布特征对于国家人口、经济发展战略布局至关重要。各个圈层自然要素的物理属性包括几何位置、面积大小、量的大小、空间分布特征以及区域差异等信息的获取，都需要地理信息系统、遥感和全球定位系统技术方法的支持。比如，在地球空间信息技术支撑下，获得水圈内淡水资源供给量大小、空间分布、社会经济系统需水量大小，行业竞争关系以及水供给需求时空匹配格局，为流域或区域水资源空间配置提供有效的解决方案。