國土資源部咨詢研究中心(100035) 樊笑英
北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院(100875) 王 民
科學(xué)的發(fā)展是以“綜合—分化—綜合”的形式不斷發(fā)展。產(chǎn)業(yè)革命以前,科學(xué)以綜合的形式存在。之后出現(xiàn)了哲學(xué)、社會科學(xué)和自然科學(xué)三分趨勢。地球科學(xué)是從自然科學(xué)中分化出來的一門基礎(chǔ)學(xué)科。傳統(tǒng)地球科學(xué)以學(xué)科分化研究為主,主要分為兩大主干學(xué)科,即地理學(xué)與地質(zhì)學(xué)。地理學(xué)研究的對象是地球表層空間系統(tǒng),包括人類活動和地理環(huán)境兩大部分,其核心是人地關(guān)系地域系統(tǒng)。地質(zhì)學(xué)主要是以固體地球為研究對象,研究地球內(nèi)部物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)、地殼運(yùn)動及其所產(chǎn)生的各種構(gòu)造變動和發(fā)展規(guī)律、地殼的發(fā)展歷史及生物演化規(guī)律,以及地質(zhì)學(xué)在生產(chǎn)實踐方面的應(yīng)用等。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會發(fā)展的需要,傳統(tǒng)的地球科學(xué)各分支學(xué)科發(fā)展日趨成熟,各自分化出一系列獨立的學(xué)科知識體系。
20世紀(jì)后半葉,全球變化趨勢愈加明顯,面對全球性的資源、環(huán)境與發(fā)展問題,地球科學(xué)的各分支學(xué)科已經(jīng)不足以獨立完成對整體的人類與地球關(guān)系的揭示及預(yù)測全球變化的趨勢,因而需要各學(xué)科間的交叉與綜合,需要科際間的聯(lián)系。20世紀(jì)80年代中期,科學(xué)家們普遍認(rèn)識到必須把地球作為一個由相互作用著的各個組元或子系統(tǒng)組成的統(tǒng)一系統(tǒng),即地球系統(tǒng)來研究。美國國家航空與宇航管理局(NASA)顧問理事會于1983年成立“地球系統(tǒng)科學(xué)委員會(Earth system Science Committee)”,在主席Brether-ton博士的領(lǐng)導(dǎo)下,集中了一大批國際知名科學(xué)家,詳細(xì)評述了地學(xué)、生物學(xué)的現(xiàn)狀及存在問題,并于1987年出版了《地球系統(tǒng)科學(xué)》報告,提出了“地球系統(tǒng)科學(xué)”(ESS)的概念,即把地球看成一個由地核、地幔、巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈等各子系統(tǒng)相互作用而組成的一個統(tǒng)一體。地球系統(tǒng)科學(xué)是以系統(tǒng)方法來研究地球各組成部分之間相互作用,以解釋地球的動力學(xué)、地球的演化、人地關(guān)系和全球變化。其目標(biāo)是了解整個地球系統(tǒng)的過去、現(xiàn)今及未來的行為[1]。該報告已由陳泮勤等翻譯,于1992年出版。另外,由w.A.Nierenberg主編了長達(dá)1800多頁的《地球系統(tǒng)科學(xué)百科全書》,已于1992年在國內(nèi)出版。
我們的生活每天被環(huán)境污染、氣候變化、水資源短缺、土地退化等全球性環(huán)境問題所困擾,保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展從沒有像今天這樣引起全世界的關(guān)注。從科學(xué)角度看,這些問題實質(zhì)是組成地球系統(tǒng)的巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈和人類圈之間相互作用、相互影響產(chǎn)生的。處理好人與自然的關(guān)系,首先要認(rèn)識自己生存的地球,認(rèn)識地球系統(tǒng)發(fā)展變化的規(guī)律,找到人與自然和諧相處的途徑,社會的發(fā)展才能持續(xù),這正是地球科學(xué)研究的對象。
長期以來,由于人們對地球科學(xué)作用的認(rèn)識不足,地球科學(xué)始終處于曲高和寡的境地,對自然世界奧秘探索的科學(xué)成果也多停留在高等教育和高層次的學(xué)術(shù)領(lǐng)域,在基礎(chǔ)教育階段一直處于不受重視的地位??茖W(xué)教育對地球科學(xué)的忽視,直接的結(jié)果是使得我們的政治家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家、企業(yè)管理人員、公民等都沒有機(jī)會在學(xué)校教育階段接受合適的、充分的地球科學(xué)教育,這種知識的缺乏應(yīng)該對過去出現(xiàn)的人類與環(huán)境矛盾的激化負(fù)有責(zé)任。如果這種狀況繼續(xù),那么對現(xiàn)在和將來在決定有關(guān)技術(shù)發(fā)展、資源利用、環(huán)境質(zhì)量等方面的國家政策時將會有很大的負(fù)面作用。地球科學(xué)教育最重要的作用在于首先讓我們知道世界是什么和世界是怎樣運(yùn)行的,可以讓我們正確認(rèn)識人在宇宙中的地位、消除人類中心的錯誤觀念而形成正確的人地協(xié)調(diào)共生的觀念,當(dāng)我們的領(lǐng)導(dǎo)者和公民需要應(yīng)用諸如物理的、化學(xué)的和生物的科學(xué)成果時,地球科學(xué)能夠提供獨特的視角和知識幫助他們做出明智的、符合環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展規(guī)律的決定。公民需要了解地球系統(tǒng),能夠在參與資源利用、避免自然災(zāi)害、環(huán)境保護(hù)、社會持續(xù)發(fā)展等公共事物方面做出負(fù)責(zé)任的決策。
近年,在全球變化、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背景下,地球科學(xué)因其在解決人地關(guān)系問題上的獨特作用,已經(jīng)成為當(dāng)前社會可持續(xù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)[2],地球科學(xué)素養(yǎng)應(yīng)是公民科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分。因而世界范圍內(nèi)要求加強(qiáng)基礎(chǔ)教育階段學(xué)生地球科學(xué)教育的呼聲也越來越高。在世界新一輪的基礎(chǔ)教育科學(xué)課程改革中,地球科學(xué)已經(jīng)成為科學(xué)教育重要的內(nèi)容之一。中國科學(xué)院地學(xué)部由院士們組成的咨詢研究組,在深入調(diào)查和研究的基礎(chǔ)上,形成了“關(guān)于落實科學(xué)發(fā)展觀,加強(qiáng)全社會地球科學(xué)素養(yǎng)的建議”咨詢報告,明確提出要加強(qiáng)青少年地球科學(xué)素養(yǎng)教育[2]。
學(xué)??茖W(xué)課程的發(fā)展已有100多年的歷史,20世紀(jì)60年代以前,科學(xué)課程多是以分科的形式設(shè)置,地球科學(xué)內(nèi)容多數(shù)體現(xiàn)在地理課程中。但是通過課程比較可以明顯發(fā)現(xiàn),相對于物理、化學(xué)、生物學(xué)科來說,地球科學(xué)內(nèi)容在科學(xué)課程中的比重明顯偏低[3]。20世紀(jì)60年代之后,隨著科學(xué)發(fā)展的多元化和由分化走向綜合的趨向,學(xué)校也出現(xiàn)了綜合科學(xué)課程的形式,但早期開設(shè)的綜合科學(xué)課程中只有物理、化學(xué)、生物三門學(xué)科而很少有地球科學(xué)內(nèi)容,通常只在各學(xué)科的相關(guān)內(nèi)容中涉及部分有關(guān)宇宙構(gòu)成、太陽系、地球物質(zhì)組成的知識。地球科學(xué)不受重視的狀況可以從20世紀(jì)70~80年代兩項國際教育評價的內(nèi)容中得到驗證。兩項研究都是由“國際教育成就評價協(xié)會”(International Association for Assessment of Educational Achievement)組織的。第一項在1973年完成,另一項研究是在1983~84年,都沒有對地球知識進(jìn)行評價,因為研究組織者查明世界各地學(xué)校的地球科學(xué)教學(xué)不足,無益于測量。在1973年的研究報告中,作者是這樣陳述的:
“可能各國間最顯著的差異在地球科學(xué)領(lǐng)域……在高中調(diào)查人群里只有比利時、芬蘭和日本地球科學(xué)有所提及(Comber, & Keeves,1973,PP25~26)?!?/p>
由于這個原因,高中組的測試中地球科學(xué)條目被撤去。
在1983~84的研究中,狀況有所改變,有些地球科學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容被加進(jìn)來,但也只是在初中階段的測試中體現(xiàn),57個科學(xué)內(nèi)容領(lǐng)域中地球科學(xué)只占6個,在高中組測試中仍然沒有。這是因為“當(dāng)檢查這些領(lǐng)域內(nèi)容在不同國家科學(xué)課程中的情況時,發(fā)現(xiàn)它們僅僅是在很少數(shù)的國家受到重視加入到科學(xué)課程中。并沒有足夠多的國家在課程中有這些內(nèi)容以保證能在1983~84測試項目中體現(xiàn)”(IAEA,1988,pp,18-20)
這兩項評價都是在對世界各國科學(xué)教育進(jìn)行總體調(diào)查之后進(jìn)行的,具有足夠的權(quán)威反映出在20世紀(jì)90年代之前,世界范圍內(nèi)地球科學(xué)教育的地位偏低。
1. 地理課程的地位提高
早期的科學(xué)教育主要是分科形式進(jìn)行的,地球科學(xué)教育是通過地理課程來完成,但是長期以來地理課程不受重視,而且人們對地理的認(rèn)識往往停留在地名加物產(chǎn)的誤解上,并且多數(shù)國家將地理劃歸社會學(xué)科。
美國在60年代后期,針對地理不受重視、學(xué)生地理知識缺失的問題,在美國地理學(xué)會、全美地理教育委員會的協(xié)助下,組成了地理教育委員會,由各級教師、專家、心理學(xué)家組成“中學(xué)地理設(shè)計”小組(HSGP),制定以問題為中心的教學(xué)大綱。80年代以后,來自聯(lián)邦政府、商界和州政府等對“地理盲”問題關(guān)注的呼聲越來越高,引起美國政府對地理學(xué)重要性的重新認(rèn)識。美國在近年的有關(guān)教學(xué)改革的一系列政策陳述與立法提案中,把地理學(xué)定為學(xué)校核心課程,和自然科學(xué)與數(shù)學(xué)同等重要。并于2001年出臺了《生活中的地理》課程標(biāo)準(zhǔn)。
同樣,20世紀(jì)70年代以來,英國地理協(xié)會、英國皇家地理學(xué)會、大不列顛地理學(xué)家研究會等地理學(xué)術(shù)團(tuán)體以及地理學(xué)家、教師等積極倡導(dǎo)加強(qiáng)地理教育,也力爭使地理課程成為中小學(xué)生必須學(xué)習(xí)的課程,最終促成英國在1988年的教育改革法中,將地理課程定為三門核心課程之外的七門基礎(chǔ)課程之一。
為促進(jìn)地理教育,國際地理聯(lián)合會于1992年出臺了地理教育國際憲章,對地理教育的內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定,地理課程地位的提高,使得地球科學(xué)教育內(nèi)容得到了一定程度的落實。
表1 地理教育國際憲章中地理教育的內(nèi)容
人文系統(tǒng):農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、工業(yè)和服務(wù)系統(tǒng)、聚落系統(tǒng)、運(yùn)輸和貿(mào)易系統(tǒng)、社會系統(tǒng);
生態(tài)系統(tǒng):當(dāng)代對持續(xù)發(fā)展的關(guān)注,可以通過學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)人文系統(tǒng)和自然系統(tǒng)的綜合進(jìn)行探索。
2.綜合科學(xué)課程中地球科學(xué)教育內(nèi)容
20世紀(jì)60年代以來,科學(xué)教育目標(biāo)從培養(yǎng)科學(xué)家轉(zhuǎn)向提高公眾科學(xué)素養(yǎng)的方向發(fā)展,80年代以后科學(xué)課程更是成為各國核心課程之一。但是傳統(tǒng)上綜合科學(xué)課程內(nèi)容中主要包括物理、化學(xué)和生物三門學(xué)科,地球科學(xué)內(nèi)容只在各學(xué)科相關(guān)內(nèi)容中有所涉及,比重極低。
美國的地球科學(xué)團(tuán)體在推進(jìn)地球科學(xué)教育方面做過很多努力,但在80年代之前境況并沒有明顯改觀。1984年美國2061計劃提出面向全體美國人的科學(xué)教育理念,重新建構(gòu)科學(xué)課程。當(dāng)發(fā)現(xiàn)很有可能在課程重建時再次忽視地球科學(xué)時,美國的地球科學(xué)家和教育家們于1988年4月在華盛頓組織了一次討論會,40多名科學(xué)家和教育家,經(jīng)過了5天多的討論,提出了他們認(rèn)為公民應(yīng)知道的地球科學(xué)內(nèi)容,建立了由四項目標(biāo)和十個概念構(gòu)成的初步的框架。1990年春,國家科學(xué)基金會教師促進(jìn)計劃授權(quán)俄亥俄大學(xué)籌備地球系統(tǒng)教育領(lǐng)導(dǎo)小組領(lǐng)導(dǎo)地球系統(tǒng)教育項目(the Program for Leadership in Earth System Education(PLESE))。該項目的主要目標(biāo)是將更多地球系統(tǒng)的最新認(rèn)識內(nèi)容注入國家K-12科學(xué)課程。1990年5月再次在俄亥俄大學(xué)召開會議,結(jié)合2061計劃中地球科學(xué)的概念和1988年的研討會內(nèi)容,開發(fā)了“地球系統(tǒng)教育框架”,由七部分理解構(gòu)成[4](見表2),這一框架為PLESE小組構(gòu)建地球領(lǐng)域的課程和選擇現(xiàn)有的材料來實施課程提供了指導(dǎo)。
表2 地球系統(tǒng)教育框架
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在地球科學(xué)家們的共同努力下,1995年頒布的美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中,各學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)習(xí)主題數(shù)量相差不多:物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域11個,生命科學(xué)領(lǐng)域14個,地球與空間科學(xué)有10個。另外在“從個人和社會視角所見的科學(xué)”主題中,資源類型、自然災(zāi)害等8個主題也涉及到地球科學(xué),足見已經(jīng)將地球與空間科學(xué)放在了與生物、物理、化學(xué)同等重要的地位[5],并且將地球科學(xué)發(fā)展的最新趨勢——地球系統(tǒng)科學(xué)的理念融入內(nèi)容的組織和設(shè)計中(見表3)。
表3 美國科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中地球科學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(1995)[6]
20世紀(jì)90年代以來,世界上許多國家也都進(jìn)行了大規(guī)模的科學(xué)課程改革,科學(xué)課程中都加強(qiáng)了地球科學(xué)內(nèi)容。
20世紀(jì)70~80年代的國際教育評價反映了地球科學(xué)教育不受重視的歷史,但是今天可以幸運(yùn)地看到國際教育評價項目中地球科學(xué)的地位已經(jīng)明顯提高了。由世界經(jīng)合組織(OECD)發(fā)起的國際學(xué)生評價項目(The Program for International Student Assessment,簡稱PISA),是一項對15歲在校生的國際性學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量比較研究項目,主要評價學(xué)生的閱讀素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)??茖W(xué)素養(yǎng)中的科學(xué)知識包括了四個部分:物理系統(tǒng)、生命系統(tǒng)、地球與空間系統(tǒng)和基于科學(xué)的技術(shù)系統(tǒng)?!暗厍蚺c空間科學(xué)”已成為21世紀(jì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)構(gòu)成的重要組成部分(見表4)。PISA2006側(cè)重科學(xué)素養(yǎng)測試,103道題目中有20多道涉及地球與空間科學(xué)內(nèi)容。
表4 PISA2006科學(xué)素養(yǎng)評價中科學(xué)知識的類別[7]
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由上面的分析中我們可以看出,當(dāng)前在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域地球科學(xué)教育的發(fā)展特點與趨勢:
從科學(xué)課程的設(shè)置和國際教育評價內(nèi)容的變化都反映出基礎(chǔ)教育中的地球科學(xué)教育在經(jīng)歷了長期的低谷之后,終于在20世紀(jì)90年代得到振興,地球科學(xué)教育已成為21世紀(jì)科學(xué)素養(yǎng)教育的重要組成部分。
地球科學(xué)課程在學(xué)校以多種形式存在,有傳統(tǒng)的分科課程形式,也有新興的綜合科學(xué)課程,有必修也有選修。如日本、英國獨立開設(shè)的地質(zhì)學(xué)、地球科學(xué)課程等,瑞典高中的環(huán)境課程和科學(xué)課程。我國義務(wù)階段開設(shè)綜合科學(xué)課,高中地理必修和選修并存。既保證了所有學(xué)生基本地球科學(xué)素養(yǎng),也滿足部分學(xué)生對地球科學(xué)的興趣和需要,為高校傳送高質(zhì)量的地球科學(xué)研究后備人才奠定基礎(chǔ)。
地球系統(tǒng)科學(xué)用系統(tǒng)論的方法,空間上把地球作為宇宙中太陽系中的一個子系統(tǒng)來認(rèn)識,將行星地球視為由地核、地幔、巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈等各子系統(tǒng)相互作用而組成的統(tǒng)一的系統(tǒng),并從不同時間尺度對地球的發(fā)展變化進(jìn)行研究。美、加等國科學(xué)課程以及最新國際科學(xué)素養(yǎng)測試中地球科學(xué)內(nèi)容的組織都體現(xiàn)了地球系統(tǒng)科學(xué)的思想和方法,從地球系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成、能量等主題入手,通過對地球系統(tǒng)演化歷史的學(xué)習(xí),幫助學(xué)生建立整體的、宏觀的時空概念,形成獨特的地球科學(xué)思維方式,有助于學(xué)生在未來社會經(jīng)濟(jì)生活中做出明智的決策。
英美等國的地球科學(xué)團(tuán)體和地球科學(xué)家在推進(jìn)地球科學(xué)教育方面發(fā)揮了重要作用。他們不僅促進(jìn)了地球科學(xué)進(jìn)入科學(xué)課程這樣的歷史性轉(zhuǎn)變,也為教學(xué)內(nèi)容的組織和教學(xué)材料的選擇和教師培訓(xùn)開展了大量工作。如美國國家航空航天局(NASA)已在進(jìn)行的8~12年級地球科學(xué)教育項目,通過開發(fā)各種學(xué)術(shù)水平的活動對教師進(jìn)行培訓(xùn),而且?guī)椭鷮W(xué)校配備所需的儀器和設(shè)備來適應(yīng)課程的變化。美國國家地質(zhì)調(diào)查局還成立了學(xué)習(xí)網(wǎng)站,http://www.usgs.gov/education/,網(wǎng)站上綜合了生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、水文學(xué)、地理學(xué)等學(xué)科的材料,以幫助教師和學(xué)生理解地球是怎么變化的。地球科學(xué)家的參與可以保證最新的地球科學(xué)研究成果能夠在課程中體現(xiàn)并通過培訓(xùn)教師使教學(xué)得到落實。
我國地球科學(xué)教育發(fā)展軌跡大體上與國際趨勢相同,但起步較晚。傳統(tǒng)上,義務(wù)教育階段的地球科學(xué)教育主要滲透在小學(xué)的自然和初中的區(qū)域地理課程中,高中系統(tǒng)地理中自然地理部分主要是地球及宇宙環(huán)境的內(nèi)容。但是地理課程在學(xué)校不受重視的狀況一直持續(xù)到90年代中期。新世紀(jì)課程改革,高中地理課程結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化,由必修和選修兩部分構(gòu)成,必修一的自然地理和選修的宇宙與地球、海洋地理、災(zāi)害地理、環(huán)境保護(hù)等都屬于地球科學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容。義務(wù)教育階段在小學(xué)3~6年級和7~9年級分別開設(shè)綜合科學(xué)課程,小學(xué)科學(xué)課程以綜合的主題形式進(jìn)行,7~9年級科學(xué)課程則包括五大學(xué)習(xí)領(lǐng)域:科學(xué)探究(過程、方法與能力) ;生命科學(xué);物質(zhì)科學(xué);地球、宇宙與空間科學(xué);科學(xué)、技術(shù)與社會的關(guān)系。其中“地球、宇宙和空間科學(xué)”的比重與生物科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)基本相同。
從課程設(shè)置來看,目前我國地球科學(xué)教育分了三個階段,在內(nèi)容上自成體系,初中科學(xué)與高中地理中地球科學(xué)內(nèi)容缺乏協(xié)調(diào),內(nèi)容重復(fù)但學(xué)習(xí)要求缺少遞進(jìn)性與連貫性。而且目前我國綜合科學(xué)課程和選修課開課的范圍都很有限,課程設(shè)計中雖然樹立了地球科學(xué)的地位,但是真正在課程實施中落實還存在問題。
加強(qiáng)地球科學(xué)素養(yǎng)教育是全球變化、可持續(xù)發(fā)展背景下的需要,我們需要構(gòu)建小學(xué)、初中、高中一體化的地球科學(xué)教育內(nèi)容體系,將地球科學(xué)知識根據(jù)學(xué)生認(rèn)知水平轉(zhuǎn)化不同階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容,并且需要對教師進(jìn)行專業(yè)知識和技能的培訓(xùn)。目前我國在課程標(biāo)準(zhǔn)的制定方面已經(jīng)有大量地球科學(xué)家參與進(jìn)來,但是在課程的實施、教學(xué)資源的開發(fā)與教師培訓(xùn)方面,科學(xué)團(tuán)體和科學(xué)家還參與的比較少??茖W(xué)教育是一項系統(tǒng)工程,需要科學(xué)家、教育家以及政府、社會的共同支持和努力。
[1]美國國家航空和宇航管理局地球系統(tǒng)科學(xué)委員會編,地球系統(tǒng)科學(xué)[M],北京:地震出版社,1992
[2]中國科學(xué)院學(xué)部“落實科學(xué)發(fā)展觀,加強(qiáng)全社會地球科學(xué)素養(yǎng)”咨詢組,關(guān)于落實科學(xué)發(fā)展觀加強(qiáng)全社會地球科學(xué)素養(yǎng)的建議,中國科學(xué)院院刊, 2004年,l9卷,第5期,328-329
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[6]National Research Council ,The National Science Standards[S], National Research Council, Washington,D.C.1995
[7]OECD. Assessing Scientific, Reading and Mathematical Literacy: A Framework for PISA 2006[M].Paris: OECD,2006