试论地球系统科学与我国高等地质教育教学改革

侯志军，欧阳建平，徐绍红

摘 要：传统地球科学正在加快向地球系统科学转变，这个趋势必将推动传统地质教育向地球系统科学教育转变。地球系统科学所具有的整体性和系统性、广度和深度、多样性和动态性决定了地球系统科学教育必须建构整体系统的知识体系，优化设计教育教学过程，突出强调创新人才培养。关键词：地球系统科学；地质教育；教学改革中图分类号：G 640 文献标识码：A 文章编号：1006-9372 （2010）03-0001-04

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试论地球系统科学与我国高等地质教育教学改革

侯志军，欧阳建平，徐绍红

摘 要：传统地球科学正在加快向地球系统科学转变，这个趋势必将推动传统地质教育向地球系统科学教育转变。地球系统科学所具有的整体性和系统性、广度和深度、多样性和动态性决定了地球系统科学教育必须建构整体系统的知识体系，优化设计教育教学过程，突出强调创新人才培养。
关键词：地球系统科学；地质教育；教学改革
中图分类号：G 640 文献标识码：A 文章编号：1006-9372 （2010）03-0001-04

面对制约人类社会发展的重大人口、资源与环境问题，高等地质教育将承担起谋求人类与地球和谐发展的重要使命。随着人类社会对资源、环境可持续发展的要求不断增强，人类深刻地认识到，如果不深入了解地球的整体行为就难以全面深入理解其局部变化。地球系统科学正是在这样的背景下应运而生。作为一种新的地球科学知识观，它的出现对地球科学研究和现代地质工作产生了巨大影响，也必将深刻影响我国高等地质教育教学的改革和发展。

一、从传统地球科学向地球系统科学的转变

地球系统科学的概念比较早地在美国国家航空与航天局（NASA）20世纪80年代开展的有关地球科学的讨论文献资料中出现。1988年，NASA出版《地球系统科学》一书，比较系统地阐述了地球系统科学的概念和内涵。德国联邦政府教育与研究部（BMBTF）与德国科学基金会（DFG）在其2000年实施的重大项目《地球工程学——地球系统：从过程认识到地球管理》中也对地球系统科进行了论述。我国学者从20世纪80年代末期也开始了地球系统科学的研究工作。

虽然目前科学家们对地球系统科学的理解仍不一致，但对地球系统科学的发展趋势给予了肯定。科学家们普遍认为，地球系统科学依托于传统地球科学的发展，但突破了传统地球科学的学科局限。地球系统科学是国际科学界为迎接全球环境挑战而提出的一门新的集成研究方法[1]。与传统地球科学不同，地球系统科学研究突出强调系统观的思维和集成的方法论，强调把地球作为一个整体系统来研究。地球系统科学研究地球系统在复杂的相互作用中运转的机制、地球系统变化的规律和控制这些变化的机理，从而奠定全球环境变化预测的科学基础，并为地球系统的科学管理提供依据[2]。它强调把地球的大气圈、水圈、生物圈、岩石圈视作一个相互作用的大系统，研究其中的物理、化学、生物过程，借以了解过去和现状，预测将来，人与自然的相互作用以及所应采取的对策是全部工作的重心，最终目的是要促进人与自然的和谐发展[3]。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，使得人类能更好地认识自身赖以生存的环境，更有效地防止和控制可能突发的灾害对人类所造成的损害[4]。地球系统科学所引入的系统观的思维和综合与集成的方法论代表着地球科学的发展方向[5]。

当前，地球系统科学的研究领域正在向地球深部、宇宙空间和国际拓展。解决地球系统科学的一些重大突出问题，将需要跨过学科边界和国家边界的有效持续的合作，需要更多具有全球视野和国际眼光的科技人才，因而对我国高等地质教育提出了更高更新的要求，从而推动传统地质教育向地球系统科学教育的转变。

二、从传统地质教育向地球系统科学教育的转变

对知识内容及其体系的理解、选择、组织和控制，是高等教育课程设置和专业教学得以实现的重要前提。知识的发展是学科和专业教育发展的基础，根据知识发展的逻辑建构课程体系，根据知识积累和学习的规律确定培养方案，根据不同的知识体系划分专业，培养具有一定知识体系的专门人才，是高等教育的基本职能。在不同的时代，大学应该传授什么知识，以及应该通过什么方式传授这些知识，始终是高等教育教学改革的重要内容。当高等地质教育借以依托的知识基础发生了转变，传统地球科学向地球系统科学转变，必然要求传统地质教育实现向地球系统科学教育的转变。

这一转变已有先例可循，而且即将成为一种趋势。以美国为例，自1991年开始，美国NASA以大学为基地，开始实施地球系统科学教育计划（ESSE）。ESSE的目标是，通过对参加计划的学校提供经费支持，促进在大学中建立地球系统与全球变化科学的学术基地。自1991年起，共45所大学入选参加了ESSE-I、ESSE-II两个阶段的计划，其中包括斯坦福大学、加州大学洛杉矶分校及普林斯顿大学等。在两期地球系统科学教育计划成功实践的基础上，NASA认识到，在未来一段时间内，地球系统科学教育前景广阔。2002年NASA又启动了21世纪地球系统科学教育计划（ESSE21）。NASA的这一举措，使它不但作为地球系统科学的积极倡导者，而且成为探索地球系统科学教育、培养新型人才的先锋。对此，有学者指出：有计划地在高校和研究院所及早培养新的研究力量，是我国能够在地球系统科学前沿研究占据一席之地的重要保障[5]。

实现传统地质教育向地球系统科学教育的转变，既是高等地质教育学术发展的趋势，也是当前我国地质事业发展对高等教育提出的新要求。当前，随着工业化和城镇化的推进，我国经济、人口与资源环境的矛盾日益突出，迫切要求我国高等地质教育在人地和谐与经济、社会协调发展、资源合理开发与利用、环境保护与减灾防灾等方面作出贡献，迫切要求地学人才具有更高的水平和能力，从而能够创造性地解决自然—社会结合领域的重大尖端性、综合性和复杂性问题。对此，传统地质教育基于学科专业分化的人才培养模式在很多方面已经表现出不适应。人们越来越认识到，20世纪以来以专业高度分化为特征的科学研究和教育在解决今天人类社会面临的许多重大问题时已经显得力不从心。这种情况在地球科学领域也不例外。为此，我国高等地质教育必须把握住地球科学知识发展的趋势，努力实现传统地质教育向地球系统科学教育的转变。

三、对地球系统科学教育的初步认识与教学改革

与地球系统科学一样，对地球系统科学教育的理解也需要不断深入。地球系统科学所具有的整体性和系统性、广度和深度、多样性和动态性，决定了地球系统科学教育具有鲜明而突出的特点。

1.整体系统的知识建构

学科和专业，本身是为了便于开展科学研究和人才培养而人为划分的知识边界体系，是知识管理的人为框架。但是，自然界、人类社会并不存在内生的知识秩序，也不存在学科、专业的天然界限。事实上，地球系统各层圈本来是有机结合的整体，任一层圈过程都在不同程度上与其他层圈不同时空尺度过程存在着相互影响和制约，任一层圈的结构、功能和行为都是地球系统在局部的反映。地球系统科学研究必须从复杂系统的科学理论出发，站在综合分析的高度上，揭示地球各层次系统的演变机理。在这样的认识基础上开展地球系统科学教育，有两个方面尤其重要：一方面，必须根据地球系统的特点来科学设置学科和专业，并重构符合地球系统科学规律的课程体系；另一方面，必须强化学科、专业间的交叉、联合与渗透，强调跨越学科知识边界的综合创造。

近年来，我校在地学人才培养改革实践中，在本科层次积极建立“学术型+应用型”双元结构人才培养体系，既努力培养学术型地学高级人才，又努力培养面向行业需求的应用型技术人才，积极主动出击、想方设法加强与行业的联系，提高人才培养质量。为适应地球科学发展和实现全球找矿战略需要，探索培养适应国外、国内两个市场的宽口径外向型、复合型人才。在1995年、1996年我校开设了地质学基地班、资源勘查工程基地班，于2003年、2005年启动土木工程本-硕连培试点班、水资源与环境工程实验班、地质与地球物理实验班。基地班、实验班按照“宽口径、厚基础、个性化、复合型”的原则，培养学生具有广博的知识面、扎实的理论基础。在学业后两年学生自主选择研究方向，充分参与科研和实践训练，培养学生具有更强的动手能力和创新能力，形成学科交叉融合的知识背景，具备主动学习、接纳新知识、不断进行自我完善和提高的发展潜力。

2.教育教学过程的优化设计

地球系统科学重点探索和解释地球系统的联系过程、地球系统的演化过程，并预测地球系统的未来发展过程，其空间范围从地心到地球外层空间，时间跨度从几十年到几百万年，甚至几十亿年[6]。研究如此巨大的时空过程，必须需要坚持整体论和还原论的统一、系统论和分析论的统一、确定性和不确定性的统一，局部和整体的统一。地球系统科学，从多学科的角度探索知识，从而突破了单一学科的二元绝对的、非此即彼的评价体系的弊端，在多学科的综合权衡比较中选择最优解决方案，从而更接近于现实，也更贴近人类社会、经济发展实际情况。因此，地球系统科学教育必然更加重视教育过程的优化设计，必然更加重视知识传递过程与知识体验过程、知识应用过程和知识创新过程的结合，必然更加注重知识学习过程与人生成长过程的结合，因而特别注重课堂教学过程与实践教学过程的有机统一。

实践教学都应当是提高学生动手能力分析能力，获取实践经验的重要环节，是发展学生实践创新能力的关键，也是培养学生将理论知识运用于解决实际问题的能力的有效途径。地球系统科学教育所需要的种种能力和品质都离不开实践教学环节：问题意识、批判意识、反思意识都需要从实践环节中训练；观察能力、动手能力、创造能力都需要从实践环节中培养；理解地球、理解社会、理解人生都需要从实践环节中体验；学会学习、学会生存、学会创造都需要从实践应用中提高。因此，开展地球系统科学教育，必须重视教育过程的优化设计，尤其要重视对实践教学环节的整体系统优化设计。近年来，我校针对实践教学弱化这一情况，从现代地球科学的发展与现代地质工作者的要求出发，加强了实习基地建设，并于2007年开始招收地调、矿调班本科生。这两个班具有很强的指向性、专业性，着重抓好“合作培养”、“工作性实践”两个重要环节，旨在培养能在西部地矿广泛就业的“下得去、用得好”的地矿行业应用型人才。

3.突出强调创新人才培养

在传统的知识框架下，自然知识和社会知识是分列于各自所属学科而并行不悖的。但是地球系统科学不仅仅要进行自然研究，还要分析和探索人类活动与自然环境之间的交互影响，这就不仅仅是自然科学的问题，也并非单纯社会科学的问题，而是自然、社会结合领域的重大尖端性、综合性和复杂性问题。也就是说，地球系统科学研究不仅仅强调自然知识的发现过程，还突出强调社会知识的综合创造、创新过程。也正因为如此，地球系统科学教育特别强调创新人才培养。

培养创新人才并非易事，以学科划分的知识体系教育不仅固化在知识体系之中，而且深刻地烙印在教学过程之中。传统教学观念强调以知识为本，较为忽视学生全面素质的提高。在教学模式上，教学计划刚性有余而灵活度不足，学生没有充分的学习自主权和选择权，不利于拔尖学生脱颖而出；在教学内容上，教材陈旧、内容偏窄，重理论教学环节轻实践教学环节，重知识轻能力，通识教育薄弱；在教学方法上，以灌输式为主，以教师为中心、教材为中心、教室为中心，没有调动学生的学习积极性；在考试上，以记忆性知识考试为主，采用标准化答案引导学生死记硬背，在一定程度上忽视了对学生思维能力、创新能力的培养。这些都成为影响创新人才脱颖而出的桎梏。

对此，近年来我校以品牌专业和特色专业为依托，按照“发挥地学学科优势，走基础—交叉—拓展”的思路加强精品课程建设，加大了全校通识教育课程，扩大了学生选择公选课的自主权，在人文社科专业中增加地学特色课程，促进专业教育和人文教育相结合。并积极尝试打破过去单一的人才培养机制，构建适合于地学创新人才培养机制。2000年开始施行《创新（拔尖）人才的培养与管理办法》，2001年施行“特殊培养优秀本科生（特殊人才）实施计划”，2007年实施“李四光本科创新人才培养计划”。充分发挥学生的学习与创造潜能，引导学生在科学研究、发明创造、管理创新等实践中学会生存、学会学习、学会创造，努力培养学生的创新思维和创新能力，形成了适合学校实际的创新人才培养制度。

当前，我国高等地质教育事业在经历了一轮大发展之后，正处在谋求新跨越的历史起点上，要想真正抓住机遇迎接更大的挑战，必须努力推进地球系统科学教育。只有瞄准学术前沿和国家需要，立足行业发展，抓住机遇、解放思想，积极推进教育教学改革，才能不断提高高等地质教育教学质量，努力培养高水平创新人才。

参考文献：

[1] 陈泮勤.地球系统科学的发展与展望[J].地球科学进展，2003，18 (6)：974-979.

[2] 孙九林.地球系统科学理论与实践[J].地理教育，2006，(1)：4-6.

[3] 张锦高.用科学发展观引领我校构建以地球系统科学为特色的学科体系[J].中国地质教育，2005，(4)：23-26.

[4] 毕思文.地球系统科学综述[J].地球物理学进展，2004， 19(3)：504-514.

[5] 姚玉鹏，马福臣.美国地球系统科学教育概况及对我国地球科学教育的启示[J].地球科学进展，2004， 19(5)：712-714.

[6] 王焰新，朱永红，张治河.发展地球系统科学的背景、问题及对策[J].中国地质大学学报（社科版），2001，(1)：9-12.

Earth System Science and Higher Geological Education Reform

HOU Zhi-jun, OUYANG Jian-ping, XU Shao-hong
China University of Geosciences, Wuhan 430074, China

With the trend that the traditional earth science is speeding up the turn to the earth system science, higher geological education is also facing the trend from traditional geological education to the earth system science education. The earth system science has integrity and systematic, breadth and depth, diversity and dynam ic, which determ ines the earth system science education should construct the whole intellectual system, optimize the education process, and emphasizes innovative talent training.

earth system science; geological education; teaching reform

2010-06-17；

2010-07-30。

高校基本科研业务费优秀青年教师特色学科团队项目“中国公立大学自主发展问题研究”（CUG090119）资助。

侯志军，男，副教授，主要从事高等教育的研究工作。