地理物質(zhì)能量傳輸“流”本質(zhì)視角及其課程與教學(xué)意義

丁繼昭

（1.東北師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 吉林 長春 130024; 2.東北師范大學(xué) 教師教育研究院, 吉林 長春 130024）

無論是在地理學(xué)科本質(zhì)認(rèn)識(shí)和課程內(nèi)容理解，還是教學(xué)實(shí)施層面，地理物質(zhì)（流）能量（流）傳輸與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)與能量交換、物質(zhì)遷移與能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)能量運(yùn)動(dòng)等意思相同。從物質(zhì)能量傳輸“流”本質(zhì)角度來看課程與教學(xué)，可以為教師提供啟示。從感性經(jīng)驗(yàn)走向理性認(rèn)識(shí)，首先需清楚如何來看待物質(zhì)、能量與傳輸?shù)葐栴}。進(jìn)一步向下推演，則有必要從地理物質(zhì)視角、地理能量視角和地理流傳輸行為視角三個(gè)方面具體解構(gòu)物質(zhì)能量傳輸“流”的本質(zhì)視角，并明晰其課程與教學(xué)意義。

一、地理物質(zhì)視角及其課程與教學(xué)意義

地理課程內(nèi)容涉及大氣、植被、地貌、巖石圈、氣團(tuán)、洋流、河漫灘等諸多地理事象。高中地理“地理1”和“自然地理基礎(chǔ)”兩個(gè)模塊課程內(nèi)容的重點(diǎn)為地貌、氣候、水文、生物和土壤等地理要素及其之間的相互聯(lián)系，以及其所形成的自然地理系統(tǒng)（自然環(huán)境）的整體性和差異性。課程理解與教學(xué)實(shí)施中，在“地理1”剛開始的“地球圈層結(jié)構(gòu)”部分，主要通過大氣圈、巖石圈、水圈、生物圈等地理圈層及其相互作用，闡述自然地理系統(tǒng)（自然環(huán)境）的形成機(jī)理，并據(jù)此引領(lǐng)中學(xué)生系統(tǒng)認(rèn)知自然地理環(huán)境及其演化過程。然而，不少師生還存在一些困惑。（1）在“地理1”當(dāng)中我們強(qiáng)調(diào)四大地理圈層時(shí)并不包含土壤圈，那么，土壤圈到底是否屬于地球圈層結(jié)構(gòu)的一個(gè)組成部分？（2）土壤圈未被納入常見的四大圈層系統(tǒng)，但土壤卻是自然地理要素的重要組成部分，那么，四大圈層與各要素有何區(qū)別和聯(lián)系？（3）中學(xué)地理教學(xué)中有時(shí)會(huì)將生物作為圈層來看待，有時(shí)會(huì)將生物作為地理要素來看待，同時(shí)也會(huì)把植被作為地理要素來看待，那么，究竟該如何準(zhǔn)確理解生物圈層、生物要素和植被要素三者之間的關(guān)系？（4）中學(xué)階段為什么比較強(qiáng)調(diào)要素而不是重點(diǎn)討論圈層及其之間的相互作用？（5）地理學(xué)科通常關(guān)注大時(shí)空尺度問題，為什么有時(shí)還會(huì)關(guān)注鉀、鈉等微觀層次上的元素遷移？類似問題還有很多，初看并不起眼，但深層次上涉及地理學(xué)科如何看待物質(zhì)體系的問題。系統(tǒng)研究和解答這些問題，自然就成了地理學(xué)科課程理論研究中的基礎(chǔ)內(nèi)容。

從課程編制一般原理來看，學(xué)科研究是課程內(nèi)容的基底，從學(xué)科角度出發(fā)可以為理解課程內(nèi)容尋求本源性解釋。地理學(xué)家通常以從大到小、從宏觀到微觀的視角來認(rèn)識(shí)自然地理環(huán)境的物質(zhì)組成，主要遵循“物質(zhì)系統(tǒng)→物質(zhì)組合→化合物→元素”的物質(zhì)層次順序。[1]帶著這一思路，文章通過以下幾個(gè)方面探索課程教學(xué)當(dāng)中所蘊(yùn)含的具有學(xué)科特色的地理物質(zhì)視角或思維方式。

第一，通常所說的自然地理環(huán)境的組成成分，本質(zhì)上指歸屬于物質(zhì)系統(tǒng)的各地理圈層。[2]換句話說，地理要素并不完全等同于地理圈層。盡管大氣、水、土壤、生物、巖石及地貌等地理要素很多，但其中的巖石、地貌和土壤要素又主要?dú)w屬于巖石圈（之所以說“主要”，是由于它們是大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈相互作用的產(chǎn)物，主體則依附于巖石圈）。對(duì)于四大圈層，可以將其視為較高層次的一類地理物質(zhì)，它與地理要素不屬于同一個(gè)物質(zhì)層級(jí)。另外，土壤圈是一個(gè)比較特殊的圈層物質(zhì)體系，它和大氣圈、巖石圈、水圈和生物圈不屬于同一圈層分類體系。土壤是巖石風(fēng)化后，經(jīng)水、生物、氣候等共同作用形成的衍生物，位于大氣圈—水圈—巖石圈—生物圈的交互作用部位，處于“過渡區(qū)域”，是具有“肥力”的部分。在準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)地理圈層物質(zhì)時(shí)，不宜將土壤圈與其他四大圈層置于同一認(rèn)知體系中。

第二，每一種組成成分又包含多種物質(zhì)組成要素，組成成分與組成要素之間的關(guān)系如同一部機(jī)器中“部件”與“零件”的關(guān)系，如大氣圈中包含大氣和水等，巖石圈中包含巖石和土壤等。[3]厘清了每一圈層的物質(zhì)組成特點(diǎn)后再來看大氣、水、生物等地理要素，課程與教學(xué)中就可以形成一個(gè)帶有物質(zhì)體系及其層級(jí)性質(zhì)的理解，即地理要素比地理圈層更加具體。由此可知，中學(xué)地理為什么比較強(qiáng)調(diào)要素而不是重點(diǎn)討論圈層及其相互作用，在深層次上掌握了課程內(nèi)容蘊(yùn)含的學(xué)科思維意義。

第三，到了化合物層次，就是一些更加具體且性質(zhì)比較穩(wěn)定的地理物質(zhì)，例如CO2、SO2和NO2等。深刻解釋各種地理事象的機(jī)理、成因和過程時(shí)，具體化合物將會(huì)參與到地球表層中的各種物理過程、化學(xué)過程和生物過程，直接針對(duì)自然地理過程的物理化學(xué)發(fā)生機(jī)制。

第四，到了元素層次，問題分析層級(jí)則進(jìn)一步微觀化，主要針對(duì)生物地球化學(xué)等方面內(nèi)容。由于其習(xí)得難度較大，通常還需借助特定的實(shí)驗(yàn)儀器等，該部分內(nèi)容一般不在中學(xué)地理課程內(nèi)容中直接體現(xiàn)，但是元素層次的物質(zhì)仍然是一項(xiàng)重要內(nèi)容。所以，盡管地理學(xué)科通常關(guān)注大時(shí)空尺度問題，但同時(shí)也會(huì)關(guān)注鉀、鈉等微觀層次上的元素遷移問題。

從中學(xué)地理課程與教學(xué)角度出發(fā)，對(duì)物質(zhì)體系進(jìn)行梳理具有一定基礎(chǔ)性意義，可以幫助教師厘清圈層、要素、化合物和元素等概念，引導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)地理物質(zhì)體系。例如，植被作為地理要素，也是生物圈物質(zhì)的重要組成部分。綜合分析植被要素與土壤要素之間的關(guān)系時(shí)，宏觀層面實(shí)際對(duì)應(yīng)的是生物圈與巖石圈之間的關(guān)系，微觀層面則是植被與土壤中的化合物之間所發(fā)生的物理、化學(xué)和生物過程。同時(shí)，在圈層組成、要素組成、化學(xué)元素組成等層次中，地理學(xué)家們認(rèn)為要素組成最適于自然地理環(huán)境復(fù)雜系統(tǒng)的研究。[4]所以，中學(xué)地理課程內(nèi)容組織時(shí)一般不強(qiáng)調(diào)過于宏觀的圈層作用和過于微觀的元素遷移，這不是說化學(xué)元素和地理圈層不重要，而是把重點(diǎn)落在了分析大氣、地貌、水、植被、土壤等要素層面上。從教師對(duì)于課程內(nèi)容理解的困惑、學(xué)科根本原理和學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展的角度來看，教師需要建立準(zhǔn)確的地理物質(zhì)體系，并據(jù)此統(tǒng)整和審視中學(xué)地理課程內(nèi)容，形成具有地理學(xué)科特點(diǎn)的解釋，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用地理的眼光看待現(xiàn)實(shí)世界。

通過以上問題分析和學(xué)科本質(zhì)探尋，學(xué)生經(jīng)過自然地理內(nèi)容學(xué)習(xí)以后，應(yīng)當(dāng)按照“地理圈層→地理要素→化合物→元素”的認(rèn)知順序，建立起具有學(xué)科特色的地理物質(zhì)認(rèn)知線索，準(zhǔn)確地從地理現(xiàn)象中辨識(shí)地理物質(zhì)。實(shí)際上，美國2012年修訂的地理課程標(biāo)準(zhǔn)，也比較注意從物質(zhì)系統(tǒng)的角度來培養(yǎng)學(xué)生的地理視角。[5]

二、地理能量視角及其課程與教學(xué)意義

對(duì)于高中生而言，重力勢(shì)能、動(dòng)能、放射能、潮汐能、太陽能、化學(xué)能等能量形式并不陌生，因?yàn)橹袑W(xué)物理、化學(xué)和生物課程里已經(jīng)有了重點(diǎn)且較深入的學(xué)習(xí)。但在地理課上，還會(huì)遇到很多與能量相關(guān)的問題：常見的流水地貌也叫重力地貌，太陽輻射能對(duì)地球產(chǎn)生巨大影響，火山噴發(fā)會(huì)將地球內(nèi)部放射性元素衰變所產(chǎn)生的熱能帶到地表等。與其他學(xué)科不同的是，地理課上雖然涉及這些能量形式，但通常并不深究其轉(zhuǎn)化過程。那么，如何從學(xué)科本質(zhì)角度來把握這些內(nèi)容？其中反映了什么樣的地理知識(shí)體系和思維方式？

學(xué)科層面上，地球表層環(huán)境的形成主要與地外系統(tǒng)和地內(nèi)系統(tǒng)所提供的背景密切相關(guān)，地理學(xué)家非常重視地表系統(tǒng)中能量的來源。[6]地球系統(tǒng)中的能量在根本上來自于地球內(nèi)部和外部，分別為內(nèi)能和外能。一般認(rèn)為，維持地表系統(tǒng)變化和發(fā)展的地外系統(tǒng)能量主要來自太陽輻射，地內(nèi)系統(tǒng)能量則主要由各種放射性元素衰變釋放出來。地理學(xué)家在看待自然地理系統(tǒng)中的能量傳輸問題時(shí)，主要把能量分為兩大類：一是來自地球以外的天體，以太陽的光能和熱能為主（外能），二是來自地球內(nèi)部的重力和地?zé)幔▋?nèi)能）。[7]第一類是引起地球表層各種自然地理過程的直接動(dòng)力和重要條件，第二類對(duì)于地球表層的作用多是以間接的方式和途徑反映出來。[8]內(nèi)能和外能在地球表層系統(tǒng)內(nèi)的匯聚和轉(zhuǎn)化是地理系統(tǒng)發(fā)展的根本動(dòng)力。[9]外能主要為太陽輻射能，還包括微量的各種宇宙射線的輻射化學(xué)效應(yīng)所導(dǎo)致的化學(xué)能，以及日月等星體對(duì)地表的吸引力所導(dǎo)致的潮汐能；內(nèi)能主要包括重力能（勢(shì)能）、熱能和原子核能（核反應(yīng)能）等，且“從自然地理學(xué)的觀點(diǎn)來看，具有顯著地理意義的地球內(nèi)能應(yīng)包括地?zé)岷椭亓Α?。[10]本文以地理學(xué)家劉南威等人所著的《綜合自然地理學(xué)》為主要依據(jù)，將重力劃入內(nèi)力體系當(dāng)中。

之所以如此關(guān)注能量的來源，是因?yàn)榈乩韺W(xué)家向來比較關(guān)注“驅(qū)動(dòng)力源于能量的分布模式”。[11]換言之，不了解能量的來源就難以把握住地球表層系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)力。

地球系統(tǒng)的演化受內(nèi)力作用和外力作用的共同驅(qū)動(dòng)，兩者從屬于兩個(gè)不同能量輸入體系。地理學(xué)家馬爾科夫針對(duì)地貌學(xué)基本問題曾指出，外力作用對(duì)于地貌發(fā)育在數(shù)量、程度、規(guī)模上與內(nèi)力作用具有同等重要的意義，[12]從中可以看出內(nèi)力和外力在地理學(xué)家的眼中是“平等的”，說明地球內(nèi)能和外能對(duì)于自然環(huán)境的演化進(jìn)程也具有同等重要的意義。在自然地理系統(tǒng)的兩個(gè)能量輸入體系中：太陽輻射能直接影響地球氣候變化、生物光合作用和巖石風(fēng)化剝蝕等地球表層系統(tǒng)過程，是外力作用最主要的能量來源；地球內(nèi)部放射性物質(zhì)衰變、物質(zhì)向地球深部遷移釋放的重力勢(shì)能和礦物結(jié)晶等釋放的熱量，對(duì)大陸漂移、海底擴(kuò)張、板塊運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)、地震作用、變質(zhì)作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等過程產(chǎn)生影響，是內(nèi)力作用最主要的能量來源。從這個(gè)分類體系可以看出，地理學(xué)科中的能量概念有其獨(dú)特的學(xué)科屬性，盡管能量很多，但立足于地球表層系統(tǒng)及其整體性特征，從能量的來源角度則可以劃分為內(nèi)能和外能兩大部分。國外有地理學(xué)家在回答“‘能量’概念代表什么？”時(shí)，一個(gè)常見的答案就是“它是自然界中存在的一種物理力量”。[13]結(jié)合中學(xué)地理課程內(nèi)容來說，如在“營造地表形態(tài)的力”這一部分當(dāng)中提到的內(nèi)營力和外營力，在根本上則是地球內(nèi)能和外能的反映。學(xué)生對(duì)此內(nèi)容需要有這樣一種認(rèn)識(shí)：沿著“驅(qū)動(dòng)力”追溯到能量來源，深入到根本來認(rèn)識(shí)問題。以此為基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)時(shí)更容易把驅(qū)動(dòng)力和能量來源聯(lián)結(jié)起來綜合認(rèn)識(shí)地球表層系統(tǒng)，理解營力體系與能量體系兩者之間的關(guān)系，并從地理學(xué)科的角度來貫通理解能量和力這兩個(gè)具有普遍意義的科學(xué)概念。

以能量為起點(diǎn)來統(tǒng)攝塑造自然環(huán)境的各種營力（主要為內(nèi)營力和外營力），是一種更上位的整體駕馭，也表示對(duì)地理過程驅(qū)動(dòng)力的進(jìn)一步溯源、追問和認(rèn)識(shí)，體現(xiàn)了一種深刻的、精準(zhǔn)的學(xué)科理解。這有利于簡明反映能量的本質(zhì)屬性、自然地理系統(tǒng)在地球系統(tǒng)中的地位及其與地球系統(tǒng)之間的能量聯(lián)系機(jī)制，通過有限種類的能量來從根本上對(duì)多種多樣的力進(jìn)行本源性理解和把握，深刻認(rèn)識(shí)能量是各種（自然）地理過程驅(qū)動(dòng)力的本源這一關(guān)鍵，明晰地理學(xué)科關(guān)于能量的思想方法。

通過對(duì)以上問題的分析和學(xué)科本質(zhì)探尋可知，學(xué)習(xí)自然地理內(nèi)容時(shí)需要建立起具有學(xué)科特色的地理能量認(rèn)知體系，據(jù)此引導(dǎo)學(xué)生形成地理能量視角。該體系的內(nèi)容要點(diǎn)為：從外能和內(nèi)能兩個(gè)方面建構(gòu)起具有學(xué)科特色的地理能量體系，進(jìn)而把能量與影響自然環(huán)境的內(nèi)外兩大營力相關(guān)聯(lián)。

三、地理“流”行為視角及其課程與教學(xué)意義

中學(xué)地理課程內(nèi)容涉及大氣的運(yùn)動(dòng)、巖石圈物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)、生物圈物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和水圈物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，以及圈層之間的相互作用，而并不把大氣圈、巖石圈、生物圈和水圈物質(zhì)本身內(nèi)容的學(xué)習(xí)作為側(cè)重點(diǎn)。地理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是地理要素本身的演化、形變、運(yùn)移等運(yùn)動(dòng)，以及地理要素之間的相互作用，與生物和物理等課程有所區(qū)別。生物學(xué)主要學(xué)習(xí)植物的細(xì)胞組成、分子結(jié)構(gòu)和種群狀況等，比較側(cè)重于自然地理植被要素本身的內(nèi)在屬性；中學(xué)物理課程內(nèi)容則涉及到了能量的量度、轉(zhuǎn)化等精細(xì)問題。地理課程內(nèi)容為什么要如此關(guān)注“運(yùn)動(dòng)”“相互作用”和“關(guān)系”等？如何從學(xué)科本質(zhì)角度來理解？這些內(nèi)容與學(xué)生的學(xué)科思維養(yǎng)成有何關(guān)聯(lián)？

歸納總結(jié)地理課程內(nèi)容的布局和學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)置后可以發(fā)現(xiàn)，關(guān)注“運(yùn)動(dòng)”是其顯著標(biāo)識(shí)之一，根源在于地理學(xué)科對(duì)這些物質(zhì)和能量的認(rèn)識(shí)聚焦于動(dòng)態(tài)變化而非靜態(tài)狀況，反映了物質(zhì)能量傳輸在地理研究中的核心地位。學(xué)科本質(zhì)層面上，地理與其他學(xué)科一樣關(guān)注物質(zhì)、能量，但前者比較側(cè)重于物質(zhì)能量的傳輸、流通或轉(zhuǎn)換（說法不同但意思一致）。結(jié)合前面提到的地理物質(zhì)體系，地理主要關(guān)注物質(zhì)能量在圈層之間和要素之間以及區(qū)域之間的傳輸過程。

地理學(xué)家還指出，流動(dòng)是世界運(yùn)轉(zhuǎn)的方式。[14]這里的流動(dòng)，實(shí)際是一種“行為”，說的就是各種地理“流”的運(yùn)動(dòng)。物質(zhì)能量傳輸過程，實(shí)際就是物質(zhì)和能量及其所攜帶信息的流動(dòng)過程等。地理學(xué)觀察世界的獨(dú)特視角之一就是通過空間上的“流”來觀察世界的變化，包括物質(zhì)流、能量流、信息流、思想流、人流、資金流等，它們是不同景觀單元及其組成要素之間相互作用的具體表現(xiàn)。[15]地理學(xué)家進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，地球表層系統(tǒng)的有序性、整體性等特征，主要通過系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)、能量和信息的流動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)的，空間聯(lián)系的本質(zhì)便是“流”。[16]地理學(xué)的一個(gè)側(cè)重點(diǎn)就是了解這些“流”及其對(duì)地方的影響。[17]物質(zhì)能量傳輸作為“流”及其運(yùn)動(dòng)方式的反映，集中體現(xiàn)了地理空間聯(lián)系的內(nèi)涵。認(rèn)識(shí)過程中把握住了“流”就相當(dāng)于把握住了關(guān)鍵。

從本體論轉(zhuǎn)向認(rèn)識(shí)論，既然“流”是對(duì)地理環(huán)境中各種物質(zhì)和能量及其傳輸形式的本質(zhì)概括，是一種更為抽象的概括總結(jié)。那么，一位具有良好地理素養(yǎng)的個(gè)體在面對(duì)諸多地理事象時(shí)則會(huì)有如下表現(xiàn)：能透過地理事象來抽象提取相應(yīng)的地理要素，識(shí)別要素所構(gòu)成的地理空間結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)地理要素的空間聯(lián)系特征，透視空間聯(lián)系背后的各種地理“流”，進(jìn)而分析地理空間過程、影響及其未來發(fā)展趨勢(shì)等。[18]通過從地理環(huán)境到地理圈層，再到地理事象和地理要素，認(rèn)識(shí)對(duì)象不斷具體化，思維也在深化發(fā)展，認(rèn)知品質(zhì)也趨向高階化，“流”行為具有了歸納和統(tǒng)領(lǐng)價(jià)值。2004年人教版高中地理教材在編寫過程中的指導(dǎo)思想之一是：注重闡明地理觀念和地理視角，其中包括通過區(qū)域與區(qū)域之間的人流、物流和信息流等引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)態(tài)地分析問題。[19]從“流”行為出發(fā)把握各種物質(zhì)和能量傳輸，不僅是在統(tǒng)領(lǐng)中學(xué)自然地理中的圈層聯(lián)系、區(qū)域聯(lián)系和要素聯(lián)系等內(nèi)容，更是在引導(dǎo)學(xué)生以一種動(dòng)態(tài)的“流”行為抽象觀察或透視世界?，F(xiàn)實(shí)世界的客觀和復(fù)雜現(xiàn)象和過程，將會(huì)通過“流”的形式轉(zhuǎn)化為學(xué)生頭腦中具有“地理化”的形象和記憶。

通過以上論述，教師在駕馭中學(xué)自然地理內(nèi)容時(shí)有必要以“流”的運(yùn)動(dòng)行為看待物質(zhì)能量傳輸過程，著重培養(yǎng)學(xué)生從地理“流”的角度來抽象概括物質(zhì)能量傳輸過程。其內(nèi)容要點(diǎn)為：不僅將物質(zhì)和能量的運(yùn)動(dòng)與“流”及其運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，還把物質(zhì)和能量的傳輸過程視為流動(dòng)行為。

深化物質(zhì)能量傳輸?shù)睦斫夂驼J(rèn)識(shí)，是實(shí)現(xiàn)從地理事象的觀察到地理要素的識(shí)別，再到地理“流”的抽象的必經(jīng)過程和認(rèn)識(shí)路徑。這不僅有利于認(rèn)清物質(zhì)能量的“流”本質(zhì)，關(guān)注“流”的存在及其運(yùn)移方式，在具體地理事物和現(xiàn)象的觀察中，能夠聯(lián)想到其中的內(nèi)在聯(lián)系和機(jī)制，并從抽象中走出來回到現(xiàn)實(shí)具象世界中，實(shí)現(xiàn)地理具象與地理抽象之間的視點(diǎn)變換和思維轉(zhuǎn)換，還有利于理解地理環(huán)境存在和發(fā)展的一個(gè)常態(tài)化特點(diǎn)，即自然地理系統(tǒng)因存在復(fù)雜物質(zhì)能量運(yùn)動(dòng)而具有動(dòng)態(tài)性且本身處在不停的變化和發(fā)展之中，[20]進(jìn)而通過物質(zhì)能量傳輸來建立起一種動(dòng)態(tài)視角或觀念。