APP下载

研究“地球科学”有何重要意义

2023-03-30郑永春

科学大观园 2023年7期
关键词:宇宙科学

郑永春

今年全国两会期间,全国政协委员、中国科学院院士周忠和提出了“关于将中学地理课程升级为地球科学课程的提案”,他直言:“现行中学地理课程缺少地球科学整体视野,难以容纳其他分支学科内容,无法适应高校对地学人才早期培养的要求,问题和矛盾十分突出。”

其实近几年来,几乎每年都有全国两会代表委员提出构建地球科学课程体系的建议,那么,地球科学究竟是一门怎样的科学?它纳入中小学教育课程,对于我国科技发展有何重要意义?

自然科学的六大支柱之一

自然科学的研究对象是整个自然界,它有六大支柱,分别是数学、天文学、物理学、化学、地球科学和生命科学。

作为六大基础科学之一,地球科学是认识行星地球形成和演化的自然科学,主要以地球系统(包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空间)的过程与变化及其相互作用为研究对象。它包括大气科学、地理学、地质学、地球物理学和空间物理、地球化学、海洋科学等分支学科,以及在各分支学科基础上集成发展出来的地球系统科学——

大气科学:研究地球和行星大气中的各种现象及其演变规律,并利用这些规律为人类服务。

地理学:研究地球表面地理环境中各种自然现象和人文现象的空间分布规律、时间演变过程和区域特征,以及它们之间的相互关系。

地质学:研究地球和行星的物质组成、内部构造、外部特征、各层圈之间的相互作用和演变历史,主要研究对象为地球的固体硬壳。

地球物理学和空间物理:通过地震、弹性波、重力、磁、电、热等物理方法,研究地球和行星内部以及日地空间的物理过程。

地球化学:是地质学与化学相结合而产生和发展起来的交叉学科,主要研究地球和行星的化学组成、化学作用和化学演化规律。

海洋科学:研究海洋的自然现象、性质及其变化规律,以及与开发利用海洋有关的知识体系。

地球系统科学:以全球性、统一性的整体观、系统观和多时空尺度,来研究地球系统的整体行为。

地球科学虽然看起来内容庞杂,但与我们生活的联系十分密切,甚至息息相关,从人们佩戴的黄金首饰,建筑用的沙、石、水泥,到吃的食物都来自地球资源,气候变化、天体运行也时刻影响着人类。因此,地球科学其实是一门十分重要的基础科学。

提升青少年地球科学素养

15世纪至17世纪的地理探险和大航海时代,使地理发现层出不穷,人类对地球的认识得到了很大提升。西方国家在中小学开设地理课,传授经度、纬度、地貌、植被、气候、地图等实用地理知识。我国中小学系统地开设地理课始于清朝末年的“癸卯学制”,新中國成立后小学阶段开设常识、自然等课程,中学阶段开设地理课。1979年,我国高中曾分设“地球科学”和“经济地理”两门课程;1982年后合并为“地理”,包括自然地理和人文地理。

作为地球科学的分支之一,地理学以综合性和区域性为主要特色,主要研究地球表层及人地关系,是自然科学、社会科学和人文科学乃至工程技术之间的一座桥梁,在学校教育中,为我国青少年普及地理知识、扩展地理视野作出了重要贡献。

作为地球科学的分支之一,地理学以综合性和区域性为主要特色,主要研究地球表层及人地关系,是自然科学、社会科学和人文科学乃至工程技术之间的一座桥梁,在学校教育中,为我国青少年普及地理知识、扩展地理视野作出了重要贡献。

随着经济社会的快速发展,我国开始面临资源短缺、环境破坏、灾害频发等现实问题,不仅需要专业地质院校培养专门人才,还需要努力提升决策者、普通公众和青少年的地球科学素养。而青少年的地球科学素养,大多来自学校的学习培养。现今我国中小学在地球科学方面的教育,仍以自然、地理知识为主,与高等院校对地球科学人才早期培养的要求尚有不小的差距。

地球科学素养,是一个宏观的概念,不可量化,为便于理解,可以视其为了解地球真相与规律的能力。

地球是宇宙中一个神秘而美丽的星球,它拥有无数的自然奇观以及与生命相关的秘密——地球形成于约45亿年前,由各种宇宙物质组成;青藏高原是世界上海拔最高的高原,平均海拔在4000米以上,被称为“世界屋脊”,最高峰是珠穆朗玛峰,高8848.86米;太平洋是世界上最大的海洋,其面积约1.65亿平方公里;地球上曾经出现过巨大的生物恐龙,经历过多次物种灭绝和更替,现有约800万种不同的物种;人类活动如森林砍伐、工业排放等,对地球环境造成了极大影响……了解这些关于地球的真相非常重要,只有这样,我们才能更好地认识和保护这个星球。

地球科学是一门理论性、应用性都很强的自然科学。从理论性上来说,它承担着揭示自然界奥秘与规律的使命。从应用性上来看,它为生活在地球上的人类如何适应、利用、保护自然提供了科学的方法论。比如,地球科学在寻找、开发和利用自然资源中起着巨大作用(自然资源主要包括能源资源、水资源、土地资源等),还可以帮助人类与自然环境和谐共处,并通过掌握自然灾害的规律与其作斗争。

所以,学习和研究地球科学对正确认识自然界、建立辩证唯物主义世界观起着重要作用,对整个自然科学的发展也具有促进作用。当代自然科学的一些重大基本理论问题,如天体的起源、生命的起源等问题,最后得到解决都离不开地球科学的研究。

“地理”升级“地球”扩大空间视野

青少年对地球和宇宙充满兴趣,乐于在大自然中进行探索。2019年,历时80天、吸引120万青少年用户参与的科学看点兴趣大调查结果显示,在青少年最感兴趣的十大科学话题中,黑洞、地球二氧化碳回收、嫦娥四号登陆月球背面、太空望远镜、古人类研究等纷纷入选,占到一半以上。这充分说明,地球与宇宙科学对孩子们很有吸引力。

地球科学是中小学生学习科学的重要载体,我国目前设置的地理课还有很大的改进空间。

从课时比重上来看,我国现行初高中地理课程的课时较少,初中地理分为4册,地球科学相关内容为39课时;高中地理地球科学相关内容为36课时。而俄罗斯教材中地球科学相关内容为204课时、日本为210课时、澳大利亚为220课时、美国纽约州为168课时。

从学科覆盖面上来看,我国中学地理课程的学习内容深度较浅,没有涵盖地球科学的丰富内涵,缺少地球科学整体视野及对地球表层气、土、水、生物圈层相互作用和联系的分析,更缺少天文和航天的相关内容。比如,地球是如何形成的?宇宙是如何起源的?生命是如何产生和进化的?宇宙中是否存在地外生命?这些问题都是地球与宇宙科学研究的主要内容,也是青少年十分关心的话题,但中学地理涉及不多或没能深入剖析。

另外,从实用性上来看,我国地理课所学内容与现实生活联系不够紧密,探究与实验较少,内容设计与趣味性不足,难以调动学生的学习兴趣。比如,大部分学校没有专门的地球科学教室和地球科学实验室,没有配备望远镜、三球仪、天球仪等教学实验设备和数字资源,没有开展观星、野外科学考察等体验活动。

丰富多彩的地球科学课程,应重视科学原理和方法、地球科学与生活的联系、自然和生态灾害产生的原因以及全球变化等内容,致力于培养学生综合分析和动手实践能力。让学生广泛接触大自然,才能领略地球与宇宙的神奇,有助于培养学生观察现象、发现问题的能力,以及训练生存技能、提高创新创造的能力。

2013年3月,地球科学领域多位院士、专家致信国家相关机构,建议修改课程名称,扩充地球科学基础的学习内容。随后进行的中小学课程改革,吸收了一部分专业意见。2019年3月,中国地质大学组织召开“全面实施素质教育与系统构建中小学地球科学教育课程体系研讨会”,与会代表一致建议转变地理课的课程理念,加强中小学地球科学教育。

我国是全球面积第三的大国,更是地貌和气候最为多样和复杂的国家。地貌主要包括丹霞、雅丹、黄土、喀斯特以及海岸、河流、冰川、风积、风蚀等;气候类型主要包括热带季风气候、亚热带季风气候、温带季风气候、温带大陆性气候、高山高寒气候和热带雨林气候等。如果将地理课中的人文地理内容,纳入视野更广阔的地球科学课(包括自然资源、自然灾害、古人类等内容),通过观点和事实的相互验证,会使结论更有说服力。因此,在如此得天独厚的环境下,将地理课升级为地球科学课,有利于中小学生学习科学知识,扩大空间视野,弘扬爱国主义,通过深入认识中国,更加热爱中国。

蕴含大量前沿科学高新技术

日月天地,江河湖海,山川草木,鳥兽虫鱼,这就是我们的家园——地球,一颗生机勃勃的星球。或许在你看来,这一切皆“理所当然”,然而,如果将目光转向宇宙,你会发现地球是一颗非常独特的行星。

宇宙这个超级大家族中有无数颗星星。发光发热的是恒星,围绕恒星转的是行星,围绕行星转的是卫星。从上世纪90年代起,天文学家发现绝大多数恒星周围都有行星,其中也有一些类似地球大小的行星,但至今尚未在宇宙中发现其他有生命的星球。可见,地球的形成是宇宙中的一个奇迹,而生命的出现,是地球上很多奇迹碰巧凑到一起的偶然结果。

经过数千年的探索,人类对地球和宇宙的认识已经取得了革命性的进步,极大地丰富了人类知识库。比如,昼夜变化意味着将看到一次日出、一次日落,这是地球绕着地轴自转一圈的结果;四季轮转,历时365天,这是地球围绕太阳公转一圈的结果。我们确认,地球并非宇宙的中心,太阳也不是。太阳与周围的8颗行星及其卫星,还有难以计数的小天体,共同组成了浩瀚宇宙的一个角落——“太阳系”。

中小学是科学启蒙的重要阶段,也是未来科技人才培养的早期阶段。地球科学的知识、思想和方法,是科学素养的重要组成部分,对中小学生的成长和精神世界的丰富大有裨益。中小学地球科学教育有利于学生建立时间感和空间思维,还承担着普及天文和航天知识的任务。昼夜交替、四季更迭、月相变化、斗转星移等周期性的自然现象,是地球运动的结果,也是人类认识时间和计量时间的手段。从地球和月球组成的地月系到太阳系,再到银河系,乃至整个宇宙,空间尺度越大,我们对地球所处宇宙环境的认识就越准确。

首先,地球和宇宙的超大时空尺度,将深刻影响学生的世界观、人生观和价值观。宇宙是一个天然的巨型科学实验室,地球和宇宙中剧烈的能量释放、超长的时间跨度、超大的空间尺度,超越了学生基于身边事物的认知能力。因此,清醒认识地球在宇宙中的真实处境,客观认识人类在地球和生命演化过程中的历史阶段,掌握自然规律,是把握人类未来命运的唯一途径。

其次,学习地球与宇宙科学,有利于学生形成绿色低碳的生活方式。地球与宇宙的研究,是实现人地和谐的关键。随着人口增长和经济发展,人类社会面临着一系列全球性的挑战,如环境污染、资源枯竭、水土流失和土地荒漠化、全球气候变化等。通过学习地球与宇宙科学,有利于学生理解并认同国家为解决资源短缺、环境污染、生态破坏等问题采取的措施,主动践行资源节约、环境友好的生活方式,促进人与自然的和谐相处,推动生态文明建设,实现人类社会可持续发展。

最后,地球和宇宙领域蕴含着大量前沿科学和高新技术,有利于激发好奇心,启迪想象力,提高学习兴趣。深空、深地、深海是前沿科学的代表,太空探索是人类认识地球和宇宙的重要手段。借助在地面和太空中的各种望远镜,可以观测到遥远的星云、星系和恒星等,以及无法直接探测到的黑洞、暗物质、暗能量等。借助航天技术,把探测器送入太空,就能实现对地球的遥感探测和对太阳系各类天体的探测。由于未知世界的探索往往十分艰难,一旦突破,必将显著提升人类的技术能力,拓展生存空间。而这些技术向民用转化,还可以造福人民,转变为实实在在的经济效益。

◎ 来源|北京日报

猜你喜欢

宇宙科学
宇宙第一群
点击科学
科学大爆炸
这宇宙
科学拔牙
宇宙最初的大爆炸
衰落的科学