地学高层次人才培养，从入门课程《普通地质学》开始

朱宗敏

中国地质大学（武汉）地球科学学院，武汉 430074

不断提升高等教育质量、培养基础学科领域高层次人才是国家应对“世界百年未有之大变局”一项重要战略，也是国家十四五规划的重要内容。新时代基础学科领域的高层次人才不仅需要宽博相济的专业知识和技能、坚定的学术志趣，还需要具备批判性思维、创新意识和跨学科交叉能力等科学素养，同时需要厚植家国情怀，拥有开阔的胸怀和眼界，脚踏实地、精益求精的工匠精神等人文素养。培养符合上述要求的地学高层次人才，除了不断创新目前地学人才培养理念和模式，还必须充分发挥地学基础课程在育人和拔尖人才培养中的统领与衔接作用。基础地质教学及其教师日常的言传身教，对学生专业兴趣的培养、专业技能的获得、人格与品行的塑造以及价值观的引领会起到举足轻重的作用。下面从普通地质学的课堂教学角度进行分析。

1 新时期《普通地质学》教学理念的升华

现代综合性大学越来越重视通识教育、博雅教育，更加关注学生科学素养和人文素养的培养，从而为战略性人才的成长奠定基础。《普通地质学》是地质学的入门课程，是地质学及相关专业学生最早接触的专业基础课程，一般安排在大学一年级进行。大一新生刚经历了高考，大多学习态度端正、学习积极性高，但由于刚从高中阶段过来，多数学生还处于一种被动学习的状态。正是由于《普通地质学》的课程特色和大一学生的上述特点，这门课程的教学将直接影响后续专业课程的学习以及学生对地质学的兴趣。犹如小学生需要在低年级养成良好的学习习惯一样，《普通地质学》是学生了解地质的关键课程。正因为如此，长期以来，《普通地质学》一直是作为一门培养学生专业兴趣，引导学生进入地学殿堂的启蒙课（谢树成等，2008）。它作为集趣味性、科学性和普适性于一身的课程，是后续任何其他地质学课程所无法替代的。然而，仅仅是激发专业兴趣，还远没有发挥《普通地质学》课程的优势，也不符合新时期对高层次人才培养的新要求。《普通地质学》课程内容涵括了地质学许多二级学科的基础知识，研究对象从元素、矿物、岩石、地层到全球构造，从表层系统的大气圈、水圈、生物圈到深部岩石圈，从内动力地质作用、外动力地质作用到行星地质作用，从学科基本理论知识到资源能源、环境地质、地质灾害等理论知识，可谓是环环相扣，构成一个逻辑严密的完整知识体系（舒良树，2010；杨伦等，1998）。如此庞大的学科知识体系以及其中不断更新完善的内容和认识为培养地学高层次人才提供了难得的素材。

面对严峻的国际新形势及“实现中华民族伟大复兴” 的 “中国梦”，培养具有原始创新能力、能够在相应学科起引领作用的高层次人才的教育目标已经被提高到了前所未有的高度和地位。高层次人才在个人素质上表现为具有很强的创新意识和创新能力，并有高度的敬业精神和良好的人文素养。要求他们具有较高的智商和情商，否则将来很难带领研究团队和促进学科发展。《普通地质学》正是同时培养学生科学素养与人文素养的最佳课程之一。因此，在我国高度重视人才战略的今天，迫切需要把《普通地质学》的教学从地学兴趣的培养提升到高层次人才培养的高度。而要实现这个转变，需要从创新精神、跨学科能力和人文素养三方面入手。

2 利用《普通地质学》课程培养学生的创新精神

作为一门最基础的入门课程，《普通地质学》可能很难让学生和老师们体会到创新精神，毕竟课程所教授的许多内容都已经十分成熟且深入人心。实则不然，《普通地质学》课程的一大核心内容 “将今论古”原理就可以让学生深切体会创新精神的重要性（聂爱国，2020）。

“将今论古”也叫历史比较法，最早由英国地质学家莱伊尔（Charles Lyell）在苏格兰地质学家赫顿（James Hutton）的“均变论”基础上提出，其基本思想是“现在是认识过去的钥匙”，即用现在正在发生的地质作用规律去推测过去发生的地质作用过程，从而认识过去的地质现象（杨伦等1998）。由于古代地质作用与现代正在发生的地质作用有类似之处，人们可以通过各种地质事件遗留下来的地质现象与结果的观察、描述和研究，利用现今观测到的地质作用规律，反推古代地质事件发生的条件、过程及特点，并预测将来可能发生的现象和演变趋势。“将今论古”作为重要的地质学思想，已经成为大量地质工作者开展工作的指导思想。

然而，人们也已经很清楚，由于过去的大气、陆地、海洋、生物等与现代的很不一样，例如古元古代早期及之前的大气和海洋主体是缺氧的，全球大陆曾多次的聚合与裂解，以后生生物为主的生物圈直至显生宙才逐渐建立，因此我们今天观测到的地球各个圈层的物理、化学与生物作用过程与地质历史时期相比，存在很大差异。同时，地质时期与现代发生的地质作用的时间尺度差别很大，前者通常是千年、万年、百万年甚至亿年的时间尺度，而后者通常只是人类能够观测的时间尺度，两者的发生过程和演化趋势可能完全不同。因此，将古老地质作用与现代地质作用进行对比往往存在一定差异，在应用时需要慎重，不能简单套用，更不能无限制夸大它的作用。

正是由于“将今论古”原理并非完美无缺，就要求教师在教学中不仅要讲解其思想及其在建立地质学理论中的重大贡献，还应该直面实际、实事求是地引导学生认识到“将今论古”所存在的不足及其遗留的创新空间（图1）。比如，古今差别这么大，“将今论古”对当代地质学及其发展还有什么用？该原理过去主要用来告诉人们“是什么”，现在还应该用来告诉人们“不是什么”，从而给人们一个发现问题、提出问题的契机。例如：在前寒武纪形成的条带状硅铁建造BIF（banded iron formation）中，Fe(III)的形成不是单纯的化学过程。因为当时大气含氧量很低，根据“将今论古”原理和科学数据，当时海洋是缺氧的，因此这些Fe(III)的形成“不是”氧化作用形成的；同时，前寒武纪的缺氧状况还进一步告诉人们，它的形成也“不是”由产氧光合铁氧化细菌的氧化作用形成的（Konhauser et al.,2017; Lyons et al., 2014）。这就是“将今论古”能告诉我们的“不是什么”！引导学生从这个角度认识“将今论古”原理非常重要：因为创新成果往往是从质疑和提出问题开始的，而提出问题比解决问题还重要。著名的Crafoord奖获得者Peter Molnar教授就曾说：“我喜欢能解决问题的学生，我更喜欢能提出重要问题的学生”。

图1 《普通地质学》教学内容与高层次人才培养的逻辑关系Fig.1 The logical relation between the teaching contents of the course of Physical Geology and the cultivating high-level talents in geosciences

“将今论古”原理除了告诉人们“不是什么”，给人们一个提出问题的契机以外，它还告诉人们需要进一步加强现代地质过程的研究，而不是放弃现代过程的研究。因为只有将现代过程的所有场景、所有过程观察和了解透了，人们才能更深入理解各种地质过程。这就是为何当今地球科学特别重视现代地质过程的研究：深海、深地计划中的海底观测系统、地震剖面等都体现了加强现代过程的重要性；古气候研究中一些常用的代用指标的建立及其应用局限性的认识大多也是基于现代过程的细致观察与研究。因此，“将今论古”原理给人们提供了一个开拓创新的契机。在教学过程中，可以借此引导学生认识这些理念，培养开拓创新的精神。

3 利用《普通地质学》教学提升学生的跨学科能力

科学发展到今天，学科之间的界限越来越模糊，通过跨学科交叉来解决重大科学难题越来越重要。古今中外许多著名学者都具有跨学科知识背景，大家熟悉的大陆漂移说提出者Alfred Wegener就是一个典型代表。

《普通地质学》课程是培养学生跨学科意识和能力的重要基础课程。除了前述“将今论古”原理，《普通地质学》教学的另一个核心内容是动力地质作用（图1）。动力地质作用是指自然界中各种动力过程引起岩石圈的物质组成、内部结构和构造以及地表形态等不断变化和发展的作用。理解动力地质作用需要抓住两个要点：一是地质过程，涉及物理、化学、生物过程，这个要点充分体现了多学科性，即弄清楚一个地质过程需要物理学、化学和生物学方面的背景知识。二是地质作用产物，它记录了地质作用方式和动态演化过程，往往涉及地球不同圈层的信息，也需要跨学科知识。实际上，动力地质作用包括内动力地质作用和外动力地质作用，其地质过程和产物体现了深地科学与地球表层系统学科的融合，物理、化学、生物的交叉。

以风化作用和风化壳的形成为例。风化壳下部的半风化层主要是由物理作用形成，往上的残积层则同时由物理作用和化学作用形成，最顶部的土壤层则是物理作用、化学作用和生物作用综合形成的。正是因为风化壳不同层位经历了不同的地质作用过程，各层的特点也差别显著。风化壳上述不同深度的不同产物充分体现了不同地质作用的叠加效应，记录了物理、化学和生物方面的信息，因此，风化壳的研究可以为解决地质学、大气科学、地球生物学、地球化学、土壤学、生态学等不同学科的科学问题提供服务。

在《普通地质学》的教学内容中，像这样涉及跨学科的例子非常多，是后续其他地质学专业课程无法比拟的。在日常教学中，需要把《普通地质学》的“将今论古”、动力地质作用这两大核心内容融会贯通，渗透到诸多的知识点及实践中，在潜移默化中培养学生的创新意识、跨学科意识，逐渐提升学生的科学素养。

4 利用《普通地质学》课程培育学生的人文素养

高层次人才除了要有创新精神、跨学科能力等科学素养以外，还需要良好的人文素养。由于社会发展阶段的不同，高等教育曾经特别重视专业知识教育或者说科学素养，而在一定程度上忽视了人文熏陶和价值观的引领。在目前以智能化、大数据和万物互联为特征的“工业 4.0”时代，高等教育格外强调科学教育与人文教育的融合（李立国，2016），以便使“机器更像机器，人更像人”，而高层次人才培养更需要重视人文素养的教育（舒良树等，2021），才有可能使学生在将来成为跨学科的领军人才和战略科学家。

为了推进各类高层次人才的培养，中国地质大学（武汉）地球科学学院推出了三大拔尖人才培养模式。一是以1995开始的国家理科基地班为代表，坚持“现代化、国际化”办学和“高层次地质学基础研究人才”的培养目标，实际上是人才培养高地的试点。二是从2017年开始的地质学国际菁英班的建设，坚持国际化培养方案，包括利用国际先进地学知识体系和教材、专业核心课全英文教学和国际知名大师暑期学校、国际和国内经典地质路线联合实习、海外科研训练等方式开展国际化培养，实际上是人才的国际化培养试点。三是从2020年开始执行的“珠峰班”建设，依托国家“基础学科拔尖学生计划”2.0，其目的是培养具有家国情怀、人文情怀、世界胸怀、艰苦朴素、求真务实之“德”的高层次人才，同时能够进行自主学习、团队合作、国际交流、创新思维之“能”，从而成为未来地质学领军人才。从这三大不断递进发展的拔尖人才培养模式可以看出，人文素养在领军人才培养方面是何等重要。

人文素养的培养并不一定都是通过文学、艺术类的课程，专业课程也可以发挥重要的作用，这也是目前专业课课程思政教育的一个重要内容。那么，《普通地质学》教学如何提高学生的人文素养？实际上，地质问题的复杂性和建立地质时空观，可以很好地引导学生建立正确的世界观。

首先，地质过程的复杂性决定了地质学必须非常重视野外实践工作，由此可以培养学生严谨务实、锲而不舍的工匠精神。地质学理论建立的基础是野外实践，野外实践是产生地质学新理论新认识的源泉。当代地质学研究涉及多圈层耦合的复杂地质过程，这个过程用“剪不断、理还乱”来形容并不为过。它包括四个层次的复杂性：地外星体与地球系统之间的相互作用、地球深部和表层系统之间的相互作用、地球系统各圈层之间的相互作用，以及物理、化学、生物过程的相互交织。在这四个层次基础上，还叠加了时空演化尺度的多样化。例如，大气环流是以天为单位在变化的，大洋环流是以千年为单位在循环的，而固体岩石圈是以百万年为单位在循环的（汪品先 等，2018）。通过课堂教学和野外实践，引导学生认识到这些地质过程的复杂性，以严谨的态度去认识各种地质现象：比如，引导学生在野外仔细寻找地质作用留下的蛛丝马迹，通过手标本及薄片观察鉴别矿物岩石的特征并分析它们的成因，开展不同地质记录的综合对比了解地质事件的区域响应和驱动机制，等等。通过上述教学方式，帮助学生切身体会地质人重实践和实事求是的作风，开展工作时候要想到“山外有山”，从而帮助他们形成谦虚谨慎的态度和严谨务实的工匠精神。

其次，地质过程和地质现象具有庞大的时空性，造就了地质人的大格局和发展观。地质时间漫长，地球有46亿年的演化历史，生命也有38亿年的历史；地质空间范围大，包括从纳米尺度的微观过程到区域及全球尺度的宏观过程。《普通地质学》教学的一个重要内容就是引导学生建立地质时空观，这一观点贯穿到教学的各个环节，让他们在考虑任何问题时能够首先想到时空坐标。正是由于地质人习惯从宏大的时空格局去思考地质现象和地质过程，令他们在面对人生各种问题的时候具有豁达胸怀和大格局。另外，在教学中还要引导学生理解和认识到空间上的变化特征可以体现在同一对象不同的演化阶段，即时空的“互换性”和动态变化，从而养成以发展的观念来分析问题和解决问题。《普通地质学》课程教授的地质时空观，即地质的庞大时空和动态变化，可以塑造学生的大格局和发展观，这正是地球科学领域高层次领军人才所需要的人文素养。

5 结论与展望

在更加渴求基础学科拔尖创新人才的今天，《普通地质学》的教学理念也需要实现从培养学生的专业兴趣到培养高层次人才的转变。充分发挥“将今论古”原理和动力地质作用这两个课程核心内容，分别培养学生的开拓创新精神和跨学科能力。在帮助学生认识地质问题的复杂性和建立地质时空观的同时，培养学生的工匠精神、大格局和发展观，提升人文素养。从而利用《普通地质学》这一专业入门课程全面提升学生的科学素养和人文素养，服务于地学高层次人才培养。

除了《普通地质学》课程，诸多高校开设的《地球科学概论》、《地球系统科学》等课程也有类似课程思政的作用，在实现培养学生科学素养的同时培育其人文情怀。将各类专业课程与思政课程同向同行，形成协同效应，是把“立德树人”作为教育根本任务的一种新理念（习近平，2016）。这一理念不仅贯彻了“各门功课都有育人功能”的基本要求，而且更是培养高层次人才的关键所在。