培育志趣引导学生奔向地球科学大道.docx
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1、培育志趣,引导学生奔向地球科学大道张国伟,郭安林,董云鹏,姚安平西北大学大陆动力学国家重点实验室,地质学系,西安710069应邀参加南京大学主办的“普通地质学教学研讨会”,很高兴和与会的各院校诸位主讲普通地质学的老师们聚集一堂,交流教改。因我也曾当过普地教师,作为同行,倍觉亲切,并表达对普地教师们的敬意。近年因各种客观需求,使我常常思考和总结地质教学及科研的体会和认识。现有机会就普地教学的一些体会感受和老师们交流,简要概括为两点:(1)普地教学的目标和任务;(2)普地教学的关键所在。仅供参考,抛砖引玉,欢迎批评指正。1地球科学基本特征和普地教学核心价值与作用1.1 地球科学的基本特征这里首先需
2、从关系普地教学核心价值的地球科学基本特征说起。可以简要概括,凡是以地球为研究认知对象的科学技术,都属于地球科学。地球科学是人类永恒的需求和人类兴志与求知地球的科学。地球科学具有以下基本特征:(1)地球科学研究认知的是一个复杂、动态的行星地球系统(戴文赛,1977;汉布林,1980;格拉斯,1986;巴罗,1995;Kumpetal.,2022;孙九林和林海,2022;霍金,2022),即宇宙中太阳恒星系内一个相对独立的行星复杂子动力学系统。它关乎着人类生存的根本需求和强烈求知兴趣的一系列基本科学问题。自人类诞生以来,探索、认知和利用地球的努力生生不息。(2)地球科学是高度复杂综合的大科学系统,
3、其研究认知的主题是:探索求知宇宙大自然状态中,天体地球系统如何形成与演化,探究地球在宇宙空间长期的天文地质综合交互作用所造成的一个特定与人类生存相关的行星复杂动态系统的时空演变规律,并服务于人类生存发展的认知和需求与求知兴志。地球科学研究的问题是完全在宇宙自然状态下物质的物理、化学、生物等多学科而非单学科的多样时空尺度的综合作用及其产物,并多属多因素复变量动态非线性级联效应的产物,极端复杂,迄今仍有很多基本问题未知或尚不能解决,致使地球科学现今仍处于理智与盲动交互的求索长途之中。地球科学是高度复杂综合的大科学系统(侯德封等,1974;Condie,1997,2022;中国科学院地学部地球科学发
4、展战略研究组,2022;萨根,2022)o主要包括三层含义:一是地球科学本身包括了地理、地质、大气、海洋、地球物理、地球化学以及相关科学技术等的多学科门类综合的全方位研究。二是研究问题常是物理、化学、生物等的交织综合作用的自然产物(林伍德,1981;中国科学院地学部,1999;霍金,2022;德韦弗,2022),因而,多是自然科学的多学科交融的复杂综合科学系统问题(FOWler,1990;Windley,1995;Goodwin,1996;Keith,2022;张国伟和雷援朝,2022;国家自然科学基金委员会和中国科学院,2022)。三是常交织着人类社会的多样复杂综合作用,往往成为自然与人文科
5、学交织融合的复杂科学系统问题(张国伟等,1993;张国伟,2022)。所以,地球科学常构成综合复杂的大科学系统(PhinneyandDott,1989;Protheroetal.,2022),要求地球科学研究人员需要以人类综合的知识,从哲学的思维高度去思考、研究探索。(3)地球科学问题多具反序研究和人类生存尺度不可实验验证的特性。由于地学问题多是宇宙、地质尺度的过程与结果,虽可以模拟,但尚无法以人类生存的有限时空尺度在实验室条件下验证研究,多是从客观存在的结果,反序去追索研究其初始、过程与机理,所以大自然就是地球科学的自然实验室和研究基地,故地球科学极其重视野外考察调查实践,是其研究的源泉,也
6、是其检验的客观标准。反序研究与不可验证性决定了地球科学研究的思维方式与特点,也是培养地学人才必须重视的问题,普地课程就肩负着这一重要任务。(4)地球科学研究需要构建地球科学思维,或者称采用地质思维的模式方法去开展探索研究和认知。地球科学问题的特质,既需要用数理化等学科的综合严谨逻辑思维,定性定量的数理语言来表达,又需要有感悟灵动的艺术以及释义构思和四维时空形象思维和综合的能力,使之具有非绝对严格数理表述,而又似与不似于艺术描绘的探究特点,所以地球科学是自然与人文科学的复杂综合科学。地球科学需要具有和构建相应的地球科学思维,地质科研人员称之谓地质思维的模式(赵鹏大和王亨君,1993;张国伟和雷援
7、朝,1993),如像人的左右大脑,各司其责,既有逻辑思维,又有形象思维,两者自然深度交织融合,统一构成完整思维,如此才能应对和破解大自然中类似地球科学这样的综合复杂奥妙模糊迷茫问题的探求认知。所以地学研究需要逻辑思维与形象思维的综合,需要数理与艺术契合的探究认知论述,即需要地质思维系统与能力和哲学高层概括的综合创造发展。在人类认知长河中地学知识的现今状态,呈现出一方面对人类生存社会发展做出了不可替代的伟大贡献,知识成果巨大,但另一方面对宇宙、天体、地球诸多基本问题仍是迷茫无知状态,故还处于理智与盲动交织探索状态,任重而道远。然而,它又是人类永恒的需求,潜力无量,前景无限,其乐无穷而又艰难无比。
8、所以有诗云:“万物静观皆自得,四时佳兴与人同,道通天地有形外,思入风云变态中”(宋程颜),故需要“问渠哪得清如许,为有源头活水来”(宋朱熹)的创造性发展。(5)当今人类面对全球变化,人类社会可持续发展,对地球科学提出新的重大需求,地球科学正处于新的重大变革时代(中国科学院地学部地球科学发展战略研究组,2022;国家自然科学基金委员会和中国科学院,2022)o地球科学需要深化发展和突破,整体认识行星地球系统,深度扩展时空领域,上天入地下海,探索宇宙中的行星地球的过去、现在和未来的发展,探求生命、人类在宇宙、地球中的宜居发展本质规律(戎嘉余和黄冰,2022;张国伟,2022),重新审视认识大洋,突
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