大數(shù)據(jù)時代我國地學(xué)教育的新態(tài)勢

陳安清 密文天 王安迪 徐勝林 鐘怡江 馬瑩瑩

摘要：大數(shù)據(jù)背景下我國地學(xué)教育悄然進入新態(tài)勢。首先，大數(shù)據(jù)背景下我國地學(xué)教育形式及其服務(wù)領(lǐng)域正走向多樣化與網(wǎng)絡(luò)化；其次，大數(shù)據(jù)背景下的我國地學(xué)教育將是大眾通識教育與個性專業(yè)化教育并行；再次，大數(shù)據(jù)背景下的高等地學(xué)教育將是針對復(fù)雜性問題的多學(xué)科綜合性交叉性教育。成功應(yīng)對這一新態(tài)勢將有助于解決我國未來經(jīng)濟社會發(fā)展“新常態(tài)”下遇到的重大地球科學(xué)難題。

關(guān)鍵詞：地學(xué)教育；大數(shù)據(jù)時代；通識教育；交叉學(xué)科

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）36-0065-03

眾所周知，在現(xiàn)代信息技術(shù)（如互聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動終端、數(shù)據(jù)存儲等）高速發(fā)展的驅(qū)動下，數(shù)據(jù)成為我們與世界聯(lián)系的橋梁。由此而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量呈爆發(fā)式增長，大數(shù)據(jù)（Big data）成為用于描述信息爆炸時代的一個重要概念，幾乎滲透到全球的各個領(lǐng)域。2012年3月，美國奧巴馬政府宣布推出“大數(shù)據(jù)的研究和發(fā)展計劃”。該計劃涉及美國國家科學(xué)基金、美國能源部、美國國防部、美國地質(zhì)調(diào)查局等6個聯(lián)邦政府部門，大力推動和改善與“大數(shù)據(jù)”相關(guān)的收集、組織和分析工具及技術(shù)，以提高從大量的、復(fù)雜的數(shù)據(jù)集合中獲取知識和洞見的能力。在大數(shù)據(jù)背景條件下下，美國地質(zhì)調(diào)查局結(jié)合其新十年科學(xué)戰(zhàn)略計劃的研究與策劃，出臺了《美國地質(zhì)調(diào)查局核心科學(xué)體系科學(xué)戰(zhàn)略（2013—2023）》。2013年3月，中科院院士趙鵬大提出：數(shù)字地質(zhì)的研究將在大數(shù)據(jù)時代越發(fā)重要。他指出數(shù)字地質(zhì)是數(shù)學(xué)地質(zhì)發(fā)展的新階段，大數(shù)據(jù)時代讓數(shù)字地球發(fā)展到第二代“智慧地球”階段。

一、大數(shù)據(jù)時代地學(xué)教育系統(tǒng)面臨重構(gòu)

由于不同的領(lǐng)域都處于大數(shù)據(jù)時代的初級階段，大數(shù)據(jù)還未形成統(tǒng)一的定義。《大數(shù)據(jù)時代》的作者維克托·邁爾-舍恩伯格從“價值大”的角度來定義大數(shù)據(jù)，認為大數(shù)據(jù)是當今社會所獨有的一種新型的能力，以一種前所未有的方式，通過對海量數(shù)據(jù)進行分析，獲得有巨大價值的產(chǎn)品、服務(wù)或深刻的洞見。更多的人從數(shù)據(jù)規(guī)模、數(shù)據(jù)復(fù)雜程度、數(shù)據(jù)應(yīng)用價值、技術(shù)實現(xiàn)這四個方面進行界定，認為大數(shù)據(jù)是從海量數(shù)據(jù)中通過快速挖掘、處理、分析獲取巨大應(yīng)用價值的一種全新的技術(shù)架構(gòu)，應(yīng)符合4V特征：Volume（海量的數(shù)據(jù)規(guī)模）、Variety（多樣化的數(shù)據(jù)形式和來源）、Velocity（動態(tài)和復(fù)雜的數(shù)據(jù)體系）、Value（數(shù)據(jù)應(yīng)用能夠獲得巨大價值的產(chǎn)品和服務(wù)）。也就是說，海量數(shù)據(jù)通過快速挖掘、處理、分析能夠?qū)崿F(xiàn)信息從量變到質(zhì)變。也有人認為大數(shù)據(jù)的核心是發(fā)現(xiàn)規(guī)律和預(yù)測未來。

地球科學(xué)是數(shù)據(jù)密集型科學(xué)，目前地球科學(xué)領(lǐng)域挖掘數(shù)據(jù)的能力遠遠落后于創(chuàng)造數(shù)據(jù)的能力。如何挖掘、處理、分析這些密集型的數(shù)據(jù)來解決復(fù)雜的地質(zhì)科學(xué)問題已經(jīng)成為了大數(shù)據(jù)時代的要求。歐美國家已經(jīng)建立了一些地學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫，如IHS數(shù)據(jù)庫和C&C;數(shù)據(jù)庫正為全球的油氣公司提供產(chǎn)品和解決方案，國際地層學(xué)會的地層數(shù)據(jù)庫、USGS的全球地震數(shù)據(jù)庫等學(xué)術(shù)性數(shù)據(jù)庫為廣大地學(xué)研究者提供科學(xué)挖掘的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。我國地學(xué)領(lǐng)域的科研成果顯著，但還沒有成為大數(shù)據(jù)時代的領(lǐng)航者，特別是絕大部分大學(xué)生對這些已有的數(shù)據(jù)庫知之甚少?？梢?，大數(shù)據(jù)給我國地學(xué)教育帶來了巨大的挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)時代的地學(xué)教育需要培養(yǎng)具有挖掘、處理、分析海量地學(xué)數(shù)據(jù)以解決復(fù)雜的地質(zhì)科學(xué)問題的人才，甚至是引領(lǐng)某一領(lǐng)域建立全球大數(shù)據(jù)庫及提供解決方案的人才。另一方面，地學(xué)教育具有開放性和前瞻性，即地學(xué)本身需要從整個地球（甚至宇宙）出發(fā)來發(fā)現(xiàn)問題與解決問題，地學(xué)本科教育理應(yīng)具備全球開放性視角，其應(yīng)對的海量數(shù)據(jù)常常是全球性的數(shù)據(jù)。因此，大數(shù)據(jù)時代地學(xué)教育教學(xué)方式、內(nèi)容和思維都面臨重構(gòu)。

二、大數(shù)據(jù)背景下我國地學(xué)教育的新態(tài)勢

1.新態(tài)勢之大數(shù)據(jù)背景下地學(xué)教育將是與時俱進應(yīng)對“新常態(tài)”的多樣化教育。大數(shù)據(jù)背景下，“智慧教育”成為了未來教育的藍圖。為此，我國教育信息化規(guī)劃中提出了“兩平臺”建設(shè)（國家教育資源公共服務(wù)平臺、國家教育管理公共服務(wù)平臺）和智慧校園建設(shè)，大規(guī)模開放在線課程教學(xué)實踐。地學(xué)以整個地球乃至宇宙作為其研究對象，決定了地學(xué)教育是面向世界的教育?！皟善脚_”建設(shè)和智慧校園建設(shè)有利于實現(xiàn)最大范圍的地學(xué)教育資源的分享與合作，更好地培養(yǎng)具有全球觀并且能為其他領(lǐng)域的人傳達地球觀的地學(xué)人才。因此，“兩平臺”建設(shè)和智慧校園建設(shè)過程中，地學(xué)教育的相關(guān)平臺與內(nèi)容需及時調(diào)整以適應(yīng)新態(tài)勢。

我們知道，在近百年以來，伴隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，世界各國對礦產(chǎn)資源的需求量大幅度提高。以石油為例，國內(nèi)石油消費逐年快速上漲，對外依存度持續(xù)增加，2015年已達60%，遠遠超過了50%的國際警戒線，嚴重影響到我國的能源安全與社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，國內(nèi)油氣“增儲上產(chǎn)”成為國家重大戰(zhàn)略需求。在地學(xué)教育領(lǐng)域，2000年以來各相關(guān)高校持續(xù)擴招以滿足國家對地學(xué)人才的大量需求，如成都理工大學(xué)地學(xué)類專業(yè)從1999至2006年經(jīng)歷了一個快速擴招階段[1]。這一時期，雖然我國的高等教育從精英教育逐漸轉(zhuǎn)向大眾化教育階段，但成都理工地質(zhì)類專業(yè)仍然走的是傳統(tǒng)的專才教育之路，以滿足能源礦產(chǎn)企業(yè)對地學(xué)類學(xué)士—碩士—博士等專業(yè)人才的持續(xù)需求。

近兩年，隨著信息化技術(shù)的革新與全球經(jīng)濟社會問題面臨的新挑戰(zhàn)，我國經(jīng)濟社會發(fā)展進入“新常態(tài)”。以往犧牲環(huán)境的高能耗發(fā)展模式正悄然向綠色低能耗方向發(fā)展。傳統(tǒng)的地學(xué)人才正面臨難就業(yè)的現(xiàn)實。地學(xué)教育系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)新態(tài)勢下能夠根據(jù)社會需要及時反饋做出新的戰(zhàn)略調(diào)整。那些傳統(tǒng)地向地球索取礦產(chǎn)資源的相關(guān)專業(yè)的教學(xué)目標與教學(xué)內(nèi)容也悄然地重新調(diào)整。綠色能源、地質(zhì)災(zāi)害防護、地質(zhì)環(huán)境保護、海洋地質(zhì)等課程顯得越來越重要，部分學(xué)校為了適應(yīng)新的戰(zhàn)略需求甚至設(shè)置了新的專業(yè)和學(xué)院，如浙江大學(xué)、中山大學(xué)等分別設(shè)置了新的海洋學(xué)院。在這一新態(tài)勢下，我國高等學(xué)校地學(xué)教育的調(diào)整刻不容緩，正面臨以下新情況：首先，地學(xué)教育知識系統(tǒng)應(yīng)快速更新，服務(wù)領(lǐng)域要不斷拓展；其次，教育形式正走向多樣化，不同類型的數(shù)字教育平臺有待建立，并且需要與傳統(tǒng)的課堂式教育有機結(jié)合；再次，需要建立大數(shù)據(jù)時代的地學(xué)教育戰(zhàn)略以滿足我國經(jīng)濟社會發(fā)展“新常態(tài)”的需求。

2.新態(tài)勢之大數(shù)據(jù)背景下的地學(xué)教育將是大眾通識教育與個性化專業(yè)教育并行的教育。我們每個人都要面對資源、環(huán)境、災(zāi)害等人類可持續(xù)發(fā)展面臨的難題。這些問題無一不和地學(xué)類專業(yè)相關(guān)。一方面通過地學(xué)通識教育，人們才能更充分地認識地球、了解地球，建立科學(xué)的地球觀和方法論，樹立人類可持續(xù)發(fā)展的責任感和義務(wù)感。也只有更好地認識和了解地球，才能真正地認識自己。另一方面，只有通過地學(xué)通識教育，在面臨與自己息息相關(guān)的如地震等自然災(zāi)難時，才能夠做出科學(xué)的判斷來保護自己。大數(shù)據(jù)時代讓通識教育方便可行。地學(xué)知識是科普教育的重要內(nèi)容之一。中、小學(xué)階段的自然和地理等學(xué)科就已涉及地學(xué)領(lǐng)域的諸多科學(xué)知識，傳統(tǒng)的地學(xué)教育仍然沒有擺脫“應(yīng)試教育”，教育內(nèi)容和方法都比較枯燥和陳舊，甚至成為了學(xué)習負擔，沒有很好地達到啟發(fā)人們思維和培養(yǎng)人們對自然科學(xué)興趣的目的。

地學(xué)通識教育，一是能夠培養(yǎng)人們基本的自然科學(xué)思維，激發(fā)人們主動深入思考、挖掘自然現(xiàn)象的來龍去脈及內(nèi)在聯(lián)系；二是能夠培養(yǎng)人們的地學(xué)時空思維和觀察事物的基本方法，促使人們將課本知識與生活的自然界有機結(jié)合。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，地學(xué)知識能夠通過海量數(shù)據(jù)來模擬地學(xué)現(xiàn)象，充分普及地球科學(xué)、資源環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害等方面的知識，為地學(xué)通識教育提供了新的方式。同時，大數(shù)據(jù)的來臨，教育的方式也日新月異。地學(xué)教育已不只是在廟堂之上，它正通過新的形式走到人們身邊。人們不但很容易就能通過MOOC等開源課程平臺、手機APP等方式獲取地學(xué)知識，而且能夠在平臺上互動來傳授自己的知識，自己也可能成為傳道授業(yè)解惑的師者。大數(shù)據(jù)平臺更為重要的功能是在紛繁復(fù)雜的教學(xué)知識體系中，幫助學(xué)習者分析其對知識的掌握理解程度、有效的學(xué)習方式等等，幫助學(xué)習者制定個性化的教育。所以今后的教師與學(xué)生將不能僅局限于按照教學(xué)計劃按部就班地進行教學(xué)活動。大數(shù)據(jù)將為教學(xué)活動注入新的活力，講授對象已不再局限于物理空間限制下的班級，通過網(wǎng)絡(luò)平臺可以面向想在線學(xué)習的各類人群。教學(xué)活動也會根據(jù)因數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生的新情況進行調(diào)整，新的知識與新的教學(xué)方法也會隨時被歸納出來[2]。

3.新態(tài)勢之大數(shù)據(jù)背景下的高等地學(xué)教育將是針對復(fù)雜性問題的綜合性交叉性教育。人類未來面臨的許多重大社會經(jīng)濟問題及環(huán)境生態(tài)問題大都是復(fù)雜性問題。如全球氣候變化問題，自然因素與人為因素交織在一起，其復(fù)雜性讓人很難區(qū)分各種影響因素。要想成功地解決這些影響著人類發(fā)展的難題，只能通過多學(xué)科的交叉與綜合以產(chǎn)生新的交叉學(xué)科知識體系和方法途徑來解決現(xiàn)代復(fù)雜性問題。要想實現(xiàn)多學(xué)科的交叉與綜合，首先面臨的就是交叉學(xué)科之間海量數(shù)據(jù)的融合與挖掘，即數(shù)據(jù)密集型的工作方法如何解決復(fù)雜的科學(xué)問題和社會問題，這是未來著力需要提升的一項核心能力。正是基于此種認識及時代發(fā)展的需求，美國地質(zhì)調(diào)查局在制定核心科學(xué)體系以及科學(xué)戰(zhàn)略時，提出了大膽而長遠的模塊式科學(xué)框架，打破傳統(tǒng)的學(xué)科界限，以解決復(fù)雜的社會及環(huán)境問題。這一模塊式科學(xué)框架并非一個整體性的軟件或數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是一種力求將整個美國地質(zhì)調(diào)查局乃至全世界的許多不同數(shù)據(jù)系統(tǒng)聯(lián)成一體的方法，是將地球科學(xué)各分支學(xué)科有機結(jié)合起來的實現(xiàn)途徑，是解決人類目前面臨的各種復(fù)雜問題的有效手段，是美國乃至全世界地球科學(xué)研究人員共同努力的目標，需要地球科學(xué)家和數(shù)據(jù)學(xué)家的共同努力來不斷豐富和不斷完善，并提供了一個新的概念模型，用作針對模塊式科學(xué)框架遠景的行動指南[3]。概念模型頂部的數(shù)字地球代表著世界范圍的大科學(xué)界，美國地質(zhì)調(diào)查局向它貢獻數(shù)字式知識，并從中獲取數(shù)據(jù)、信息和知識資源。數(shù)字地球與模塊式科學(xué)框架交叉契合，從框架中汲取數(shù)字式知識，為框架提供新的認識和研究產(chǎn)品。又比如我國2008年發(fā)生的百年一遇的汶川大地震，我國科學(xué)家聯(lián)合世界科學(xué)家針對重大地質(zhì)災(zāi)害這一復(fù)雜性科學(xué)問題開展的綜合性交叉性研究。包括地質(zhì)學(xué)家、土木工程學(xué)家、地球物理學(xué)家、水利學(xué)家、經(jīng)濟學(xué)家、心理學(xué)家等諸多領(lǐng)域的科學(xué)家圍繞地球板塊構(gòu)造、大陸動力學(xué)、地震機理、災(zāi)害預(yù)測、災(zāi)后地球表面響應(yīng)、災(zāi)后重建、災(zāi)后心理恢復(fù)等等，由這一大地震所帶來的復(fù)雜性問題持續(xù)開展合作研究，培養(yǎng)了大量人才，推動了我國如何在開放共享的大數(shù)據(jù)平臺上以模塊式科學(xué)框架讓不同的資源與人才交叉契合，形成科學(xué)的認識與解決方案，這也將推動我國在大數(shù)據(jù)時代建立針對未來重大復(fù)雜性科學(xué)問題的研究范式。

因此，未來的高等地學(xué)教育更多地是以全球重大科學(xué)問題為導(dǎo)向的教育，其本質(zhì)是培養(yǎng)多學(xué)科交叉的、具有大數(shù)據(jù)觀的綜合性交叉性人才，以應(yīng)對未來解決人類急需解決的重大科學(xué)難題。重大科學(xué)難題為導(dǎo)向的地學(xué)高等教育的培養(yǎng)戰(zhàn)略、課程設(shè)置、教學(xué)方式等都面臨革新。如美國德州大學(xué)奧斯丁分校的地球科學(xué)系已從傳統(tǒng)的、單一的教學(xué)方式中擺脫出來，針對地球和空間科學(xué)教育來設(shè)置新的課程，制定了前沿學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略[4]。認識到未來地球科學(xué)研究趨勢將源于學(xué)科交叉的深入化，比如物理、生物、化學(xué)等與地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、水圈、生物圈以及大氣圈的相互交叉作用。該系以兩大基礎(chǔ)地球科學(xué)研究作為交叉學(xué)科發(fā)展方向：一是地球近地表過程，二是地球發(fā)展進化及內(nèi)部過程。其課程設(shè)置既滿足專業(yè)教育基本要求又兼顧自主性，最大程度地挖掘?qū)W生潛能，促進學(xué)生個性化發(fā)展。課程設(shè)置包括專業(yè)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、必修課和選修課。專業(yè)基礎(chǔ)課在本科低年級階段必須完成，專業(yè)課則是高年級本科生在導(dǎo)師指導(dǎo)下按照學(xué)生的興趣及特長自主選擇。面對這些革新，學(xué)生一項非常重要的學(xué)習內(nèi)容就是學(xué)習數(shù)據(jù)密集型的工作方法，包括數(shù)據(jù)獲取和保存、數(shù)據(jù)查新與檢索、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析等?？傊鲜瞿K式科學(xué)框架并非一個整體性的軟件或數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是一種力求將全世界的許多不同數(shù)據(jù)系統(tǒng)聯(lián)成一體的方法，將各交叉學(xué)科有機結(jié)合起來的實現(xiàn)途徑，是在數(shù)據(jù)共享與交換中發(fā)現(xiàn)和解決復(fù)雜科學(xué)問題的手段，它需要地學(xué)高等教育培養(yǎng)相應(yīng)的人才。

三、結(jié)束語

地球科學(xué)是數(shù)據(jù)密集型科學(xué)，我國地學(xué)教育新態(tài)勢是大數(shù)據(jù)時代的必然要求。一方面，大數(shù)據(jù)時代背景下需要不斷建立完善多樣化的地學(xué)教育形式，成為大眾教育與通識教育的重要內(nèi)容，讓地學(xué)教育的服務(wù)領(lǐng)域不斷拓寬。另一方面，大數(shù)據(jù)背景下的高等地學(xué)教育是針對復(fù)雜性問題的綜合性交叉性教育，以解決我國經(jīng)濟社會發(fā)展“新常態(tài)”下遇到的各種相關(guān)難題為宗旨。

參考文獻：

[1]倪師軍，陽正熙，孔繁津，程艷麗.成都理工大學(xué)地質(zhì)類本科專業(yè)教育的思考[J].中國地質(zhì)教育，2006，（4）：19-23.

[2]喻長志.大數(shù)據(jù)時代教育的可能轉(zhuǎn)向[J].江淮論壇，2013，（3）：188-192.

[3]楊宗喜，唐金榮，周平，張濤，金璽.大數(shù)據(jù)時代下美國地質(zhì)調(diào)查局的科學(xué)新觀[J].地質(zhì)通報，2013，（9）：1337-1343.

[4]柯瀟，儲祖旺.美國德州大學(xué)奧斯丁分校的地學(xué)教育變革趨勢[J].中國地質(zhì)教育，2009，（4）：77-82.