研究“地球科學(xué)”有何重要意義

鄭永春

今年全國兩會期間，全國政協(xié)委員、中國科學(xué)院院士周忠和提出了“關(guān)于將中學(xué)地理課程升級為地球科學(xué)課程的提案”，他直言：“現(xiàn)行中學(xué)地理課程缺少地球科學(xué)整體視野，難以容納其他分支學(xué)科內(nèi)容，無法適應(yīng)高校對地學(xué)人才早期培養(yǎng)的要求，問題和矛盾十分突出?！?/p>

其實近幾年來，幾乎每年都有全國兩會代表委員提出構(gòu)建地球科學(xué)課程體系的建議，那么，地球科學(xué)究竟是一門怎樣的科學(xué)？它納入中小學(xué)教育課程，對于我國科技發(fā)展有何重要意義？

自然科學(xué)的六大支柱之一

自然科學(xué)的研究對象是整個自然界，它有六大支柱，分別是數(shù)學(xué)、天文學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、地球科學(xué)和生命科學(xué)。

作為六大基礎(chǔ)科學(xué)之一，地球科學(xué)是認(rèn)識行星地球形成和演化的自然科學(xué)，主要以地球系統(tǒng)（包括大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈和日地空間）的過程與變化及其相互作用為研究對象。它包括大氣科學(xué)、地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)和空間物理、地球化學(xué)、海洋科學(xué)等分支學(xué)科，以及在各分支學(xué)科基礎(chǔ)上集成發(fā)展出來的地球系統(tǒng)科學(xué)——

大氣科學(xué)：研究地球和行星大氣中的各種現(xiàn)象及其演變規(guī)律，并利用這些規(guī)律為人類服務(wù)。

地理學(xué)：研究地球表面地理環(huán)境中各種自然現(xiàn)象和人文現(xiàn)象的空間分布規(guī)律、時間演變過程和區(qū)域特征，以及它們之間的相互關(guān)系。

地質(zhì)學(xué)：研究地球和行星的物質(zhì)組成、內(nèi)部構(gòu)造、外部特征、各層圈之間的相互作用和演變歷史，主要研究對象為地球的固體硬殼。

地球物理學(xué)和空間物理：通過地震、彈性波、重力、磁、電、熱等物理方法，研究地球和行星內(nèi)部以及日地空間的物理過程。

地球化學(xué)：是地質(zhì)學(xué)與化學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生和發(fā)展起來的交叉學(xué)科，主要研究地球和行星的化學(xué)組成、化學(xué)作用和化學(xué)演化規(guī)律。

海洋科學(xué)：研究海洋的自然現(xiàn)象、性質(zhì)及其變化規(guī)律，以及與開發(fā)利用海洋有關(guān)的知識體系。

地球系統(tǒng)科學(xué)：以全球性、統(tǒng)一性的整體觀、系統(tǒng)觀和多時空尺度，來研究地球系統(tǒng)的整體行為。

地球科學(xué)雖然看起來內(nèi)容龐雜，但與我們生活的聯(lián)系十分密切，甚至息息相關(guān)，從人們佩戴的黃金首飾，建筑用的沙、石、水泥，到吃的食物都來自地球資源，氣候變化、天體運(yùn)行也時刻影響著人類。因此，地球科學(xué)其實是一門十分重要的基礎(chǔ)科學(xué)。

提升青少年地球科學(xué)素養(yǎng)

15世紀(jì)至17世紀(jì)的地理探險和大航海時代，使地理發(fā)現(xiàn)層出不窮，人類對地球的認(rèn)識得到了很大提升。西方國家在中小學(xué)開設(shè)地理課，傳授經(jīng)度、緯度、地貌、植被、氣候、地圖等實用地理知識。我國中小學(xué)系統(tǒng)地開設(shè)地理課始于清朝末年的“癸卯學(xué)制”，新中國成立后小學(xué)階段開設(shè)常識、自然等課程，中學(xué)階段開設(shè)地理課。1979年，我國高中曾分設(shè)“地球科學(xué)”和“經(jīng)濟(jì)地理”兩門課程；1982年后合并為“地理”，包括自然地理和人文地理。

作為地球科學(xué)的分支之一，地理學(xué)以綜合性和區(qū)域性為主要特色，主要研究地球表層及人地關(guān)系，是自然科學(xué)、社會科學(xué)和人文科學(xué)乃至工程技術(shù)之間的一座橋梁，在學(xué)校教育中，為我國青少年普及地理知識、擴(kuò)展地理視野作出了重要貢獻(xiàn)。

作為地球科學(xué)的分支之一，地理學(xué)以綜合性和區(qū)域性為主要特色，主要研究地球表層及人地關(guān)系，是自然科學(xué)、社會科學(xué)和人文科學(xué)乃至工程技術(shù)之間的一座橋梁，在學(xué)校教育中，為我國青少年普及地理知識、擴(kuò)展地理視野作出了重要貢獻(xiàn)。

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，我國開始面臨資源短缺、環(huán)境破壞、災(zāi)害頻發(fā)等現(xiàn)實問題，不僅需要專業(yè)地質(zhì)院校培養(yǎng)專門人才，還需要努力提升決策者、普通公眾和青少年的地球科學(xué)素養(yǎng)。而青少年的地球科學(xué)素養(yǎng)，大多來自學(xué)校的學(xué)習(xí)培養(yǎng)。現(xiàn)今我國中小學(xué)在地球科學(xué)方面的教育，仍以自然、地理知識為主，與高等院校對地球科學(xué)人才早期培養(yǎng)的要求尚有不小的差距。

地球科學(xué)素養(yǎng)，是一個宏觀的概念，不可量化，為便于理解，可以視其為了解地球真相與規(guī)律的能力。

地球是宇宙中一個神秘而美麗的星球，它擁有無數(shù)的自然奇觀以及與生命相關(guān)的秘密——地球形成于約45億年前，由各種宇宙物質(zhì)組成；青藏高原是世界上海拔最高的高原，平均海拔在4000米以上，被稱為“世界屋脊”，最高峰是珠穆朗瑪峰，高8848.86米；太平洋是世界上最大的海洋，其面積約1.65億平方公里；地球上曾經(jīng)出現(xiàn)過巨大的生物恐龍，經(jīng)歷過多次物種滅絕和更替，現(xiàn)有約800萬種不同的物種；人類活動如森林砍伐、工業(yè)排放等，對地球環(huán)境造成了極大影響……了解這些關(guān)于地球的真相非常重要，只有這樣，我們才能更好地認(rèn)識和保護(hù)這個星球。

地球科學(xué)是一門理論性、應(yīng)用性都很強(qiáng)的自然科學(xué)。從理論性上來說，它承擔(dān)著揭示自然界奧秘與規(guī)律的使命。從應(yīng)用性上來看，它為生活在地球上的人類如何適應(yīng)、利用、保護(hù)自然提供了科學(xué)的方法論。比如，地球科學(xué)在尋找、開發(fā)和利用自然資源中起著巨大作用（自然資源主要包括能源資源、水資源、土地資源等），還可以幫助人類與自然環(huán)境和諧共處，并通過掌握自然災(zāi)害的規(guī)律與其作斗爭。

所以，學(xué)習(xí)和研究地球科學(xué)對正確認(rèn)識自然界、建立辯證唯物主義世界觀起著重要作用，對整個自然科學(xué)的發(fā)展也具有促進(jìn)作用。當(dāng)代自然科學(xué)的一些重大基本理論問題，如天體的起源、生命的起源等問題，最后得到解決都離不開地球科學(xué)的研究。

“地理”升級“地球”擴(kuò)大空間視野

青少年對地球和宇宙充滿興趣，樂于在大自然中進(jìn)行探索。2019年，歷時80天、吸引120萬青少年用戶參與的科學(xué)看點興趣大調(diào)查結(jié)果顯示，在青少年最感興趣的十大科學(xué)話題中，黑洞、地球二氧化碳回收、嫦娥四號登陸月球背面、太空望遠(yuǎn)鏡、古人類研究等紛紛入選，占到一半以上。這充分說明，地球與宇宙科學(xué)對孩子們很有吸引力。

地球科學(xué)是中小學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要載體，我國目前設(shè)置的地理課還有很大的改進(jìn)空間。

從課時比重上來看，我國現(xiàn)行初高中地理課程的課時較少，初中地理分為4冊，地球科學(xué)相關(guān)內(nèi)容為39課時；高中地理地球科學(xué)相關(guān)內(nèi)容為36課時。而俄羅斯教材中地球科學(xué)相關(guān)內(nèi)容為204課時、日本為210課時、澳大利亞為220課時、美國紐約州為168課時。

從學(xué)科覆蓋面上來看，我國中學(xué)地理課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容深度較淺，沒有涵蓋地球科學(xué)的豐富內(nèi)涵，缺少地球科學(xué)整體視野及對地球表層氣、土、水、生物圈層相互作用和聯(lián)系的分析，更缺少天文和航天的相關(guān)內(nèi)容。比如，地球是如何形成的？宇宙是如何起源的？生命是如何產(chǎn)生和進(jìn)化的？宇宙中是否存在地外生命？這些問題都是地球與宇宙科學(xué)研究的主要內(nèi)容，也是青少年十分關(guān)心的話題，但中學(xué)地理涉及不多或沒能深入剖析。

另外，從實用性上來看，我國地理課所學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)實生活聯(lián)系不夠緊密，探究與實驗較少，內(nèi)容設(shè)計與趣味性不足，難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如，大部分學(xué)校沒有專門的地球科學(xué)教室和地球科學(xué)實驗室，沒有配備望遠(yuǎn)鏡、三球儀、天球儀等教學(xué)實驗設(shè)備和數(shù)字資源，沒有開展觀星、野外科學(xué)考察等體驗活動。

豐富多彩的地球科學(xué)課程，應(yīng)重視科學(xué)原理和方法、地球科學(xué)與生活的聯(lián)系、自然和生態(tài)災(zāi)害產(chǎn)生的原因以及全球變化等內(nèi)容，致力于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和動手實踐能力。讓學(xué)生廣泛接觸大自然，才能領(lǐng)略地球與宇宙的神奇，有助于培養(yǎng)學(xué)生觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問題的能力，以及訓(xùn)練生存技能、提高創(chuàng)新創(chuàng)造的能力。

2013年3月，地球科學(xué)領(lǐng)域多位院士、專家致信國家相關(guān)機(jī)構(gòu)，建議修改課程名稱，擴(kuò)充地球科學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。隨后進(jìn)行的中小學(xué)課程改革，吸收了一部分專業(yè)意見。2019年3月，中國地質(zhì)大學(xué)組織召開“全面實施素質(zhì)教育與系統(tǒng)構(gòu)建中小學(xué)地球科學(xué)教育課程體系研討會”，與會代表一致建議轉(zhuǎn)變地理課的課程理念，加強(qiáng)中小學(xué)地球科學(xué)教育。

我國是全球面積第三的大國，更是地貌和氣候最為多樣和復(fù)雜的國家。地貌主要包括丹霞、雅丹、黃土、喀斯特以及海岸、河流、冰川、風(fēng)積、風(fēng)蝕等；氣候類型主要包括熱帶季風(fēng)氣候、亞熱帶季風(fēng)氣候、溫帶季風(fēng)氣候、溫帶大陸性氣候、高山高寒氣候和熱帶雨林氣候等。如果將地理課中的人文地理內(nèi)容，納入視野更廣闊的地球科學(xué)課（包括自然資源、自然災(zāi)害、古人類等內(nèi)容），通過觀點和事實的相互驗證，會使結(jié)論更有說服力。因此，在如此得天獨厚的環(huán)境下，將地理課升級為地球科學(xué)課，有利于中小學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識，擴(kuò)大空間視野，弘揚(yáng)愛國主義，通過深入認(rèn)識中國，更加熱愛中國。

蘊(yùn)含大量前沿科學(xué)高新技術(shù)

日月天地，江河湖海，山川草木，鳥獸蟲魚，這就是我們的家園——地球，一顆生機(jī)勃勃的星球。或許在你看來，這一切皆“理所當(dāng)然”，然而，如果將目光轉(zhuǎn)向宇宙，你會發(fā)現(xiàn)地球是一顆非常獨特的行星。

宇宙這個超級大家族中有無數(shù)顆星星。發(fā)光發(fā)熱的是恒星，圍繞恒星轉(zhuǎn)的是行星，圍繞行星轉(zhuǎn)的是衛(wèi)星。從上世紀(jì)90年代起，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)恒星周圍都有行星，其中也有一些類似地球大小的行星，但至今尚未在宇宙中發(fā)現(xiàn)其他有生命的星球?？梢?，地球的形成是宇宙中的一個奇跡，而生命的出現(xiàn)，是地球上很多奇跡碰巧湊到一起的偶然結(jié)果。

經(jīng)過數(shù)千年的探索，人類對地球和宇宙的認(rèn)識已經(jīng)取得了革命性的進(jìn)步，極大地豐富了人類知識庫。比如，晝夜變化意味著將看到一次日出、一次日落，這是地球繞著地軸自轉(zhuǎn)一圈的結(jié)果；四季輪轉(zhuǎn)，歷時365天，這是地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)一圈的結(jié)果。我們確認(rèn)，地球并非宇宙的中心，太陽也不是。太陽與周圍的8顆行星及其衛(wèi)星，還有難以計數(shù)的小天體，共同組成了浩瀚宇宙的一個角落——“太陽系”。

中小學(xué)是科學(xué)啟蒙的重要階段，也是未來科技人才培養(yǎng)的早期階段。地球科學(xué)的知識、思想和方法，是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，對中小學(xué)生的成長和精神世界的豐富大有裨益。中小學(xué)地球科學(xué)教育有利于學(xué)生建立時間感和空間思維，還承擔(dān)著普及天文和航天知識的任務(wù)。晝夜交替、四季更迭、月相變化、斗轉(zhuǎn)星移等周期性的自然現(xiàn)象，是地球運(yùn)動的結(jié)果，也是人類認(rèn)識時間和計量時間的手段。從地球和月球組成的地月系到太陽系，再到銀河系，乃至整個宇宙，空間尺度越大，我們對地球所處宇宙環(huán)境的認(rèn)識就越準(zhǔn)確。

首先，地球和宇宙的超大時空尺度，將深刻影響學(xué)生的世界觀、人生觀和價值觀。宇宙是一個天然的巨型科學(xué)實驗室，地球和宇宙中劇烈的能量釋放、超長的時間跨度、超大的空間尺度，超越了學(xué)生基于身邊事物的認(rèn)知能力。因此，清醒認(rèn)識地球在宇宙中的真實處境，客觀認(rèn)識人類在地球和生命演化過程中的歷史階段，掌握自然規(guī)律，是把握人類未來命運(yùn)的唯一途徑。

其次，學(xué)習(xí)地球與宇宙科學(xué)，有利于學(xué)生形成綠色低碳的生活方式。地球與宇宙的研究，是實現(xiàn)人地和諧的關(guān)鍵。隨著人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類社會面臨著一系列全球性的挑戰(zhàn)，如環(huán)境污染、資源枯竭、水土流失和土地荒漠化、全球氣候變化等。通過學(xué)習(xí)地球與宇宙科學(xué)，有利于學(xué)生理解并認(rèn)同國家為解決資源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)破壞等問題采取的措施，主動踐行資源節(jié)約、環(huán)境友好的生活方式，促進(jìn)人與自然的和諧相處，推動生態(tài)文明建設(shè)，實現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展。

最后，地球和宇宙領(lǐng)域蘊(yùn)含著大量前沿科學(xué)和高新技術(shù)，有利于激發(fā)好奇心，啟迪想象力，提高學(xué)習(xí)興趣。深空、深地、深海是前沿科學(xué)的代表，太空探索是人類認(rèn)識地球和宇宙的重要手段。借助在地面和太空中的各種望遠(yuǎn)鏡，可以觀測到遙遠(yuǎn)的星云、星系和恒星等，以及無法直接探測到的黑洞、暗物質(zhì)、暗能量等。借助航天技術(shù)，把探測器送入太空，就能實現(xiàn)對地球的遙感探測和對太陽系各類天體的探測。由于未知世界的探索往往十分艱難，一旦突破，必將顯著提升人類的技術(shù)能力，拓展生存空間。而這些技術(shù)向民用轉(zhuǎn)化，還可以造福人民，轉(zhuǎn)變?yōu)閷崒嵲谠诘慕?jīng)濟(jì)效益。

◎ 來源|北京日報