研究“地球科学”有何重要意义

今年全国两会期间，全国政协委员、中国科学院院士周忠和提出了“关于将中学地理课程升级为地球科学课程的提案”，他直言：“现行中学地理课程缺少地球科学整体视野，难以容纳其他分支学科内容，无法适应高校对地学人才早期培养的要求，问题和矛盾十分突出。”

其实近几年来，几乎每年都有全国两会代表委员提出构建地球科学课程体系的建议，那么，地球科学究竟是一门怎样的科学？它纳入中小学教育课程，对于我国科技发展有何重要意义？

1 自然科学的六大支柱之一

自然科学的研究对象是整个自然界，它有六大支柱，分别是数学、天文学、物理学、化学、地球科学和生命科学。

作为六大基础科学之一，地球科学是认识行星地球形成和演化的自然科学，主要以地球系统（包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空间）的过程与变化及其相互作用为研究对象。它包括大气科学、地理学、地质学、地球物理学和空间物理、地球化学、海洋科学等分支学科，以及在各分支学科基础上集成发展出来的地球系统科学——

大气科学：研究地球和行星大气中的各种现象及其演变规律，并利用这些规律为人类服务；

地理学：研究地球表面地理环境中各种自然现象和人文现象的空间分布规律、时间演变过程和区域特征，以及它们之间的相互关系；

地质学：研究地球和行星的物质组成、内部构造、外部特征、各层圈之间的相互作用和演变历史，主要研究对象为地球的固体硬壳；

地球物理学和空间物理：通过地震、弹性波、重力、磁、电、热等物理方法，研究地球和行星内部以及日地空间的物理过程；

地球化学：是地质学与化学相结合而产生和发展起来的交叉学科，主要研究地球和行星的化学组成、化学作用和化学演化规律；

海洋科学：研究海洋的自然现象、性质及其变化规律，以及与开发利用海洋有关的知识体系；

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。

地球科学虽然看起来内容庞杂，但与我们生活的联系十分密切，甚至息息相关，从人们佩戴的黄金首饰，建筑用的沙、石、水泥，到吃的食物都来自地球资源，气候变化、天体运行也时刻影响着人类。因此，地球科学其实是一门十分重要的基础科学。

2 提升青少年地球科学素养

15世纪至17世纪的地理探险和大航海时代，使地理发现层出不穷，人类对地球的认识得到了很大提升。西方国家在中小学开设地理课，传授经度、纬度、地貌、植被、气候、地图等实用地理知识。我国中小学系统地开设地理课始于清朝末年的“癸卯学制”，新中国成立后小学阶段开设常识、自然等课程，中学阶段开设地理课。1979年，我国高中曾分设“地球科学”和“经济地理”两门课程，1982年后合并为“地理”，包括自然地理和人文地理。

作为地球科学的分支之一，地理学以综合性和区域性为主要特色，主要研究地球表层及人地关系，是自然科学、社会科学和人文科学乃至工程技术之间的一座桥梁，在学校教育中，为我国青少年普及地理知识、扩展地理视野作出了重要贡献。

随着经济社会的快速发展，我国开始面临资源短缺、环境破坏、灾害频发等现实问题，不仅需要专业地质院校培养专门人才，还需要努力提升决策者、普通公众和青少年的地球科学素养。而青少年的地球科学素养，大多来自学校的学习培养。现今我国中小学在地球科学方面的教育，仍以自然、地理知识为主，与高等院校对地球科学人才早期培养的要求尚有不小的差距。

地球科学素养，是一个宏观的概念，不可量化，为便于理解，可以视其为了解地球真相与规律的能力。

地球是宇宙中一个神秘而美丽的星球，它拥有无数的自然奇观以及与生命相关的秘密——地球形成于约45亿年前，由各种宇宙物质组成；青藏高原是世界上海拔最高的高原，平均海拔在4000米以上，被称为“世界屋脊”，最高峰是珠穆朗玛峰，高8848.86米；太平洋是世界上最大的海洋，其面积约1.65亿平方公里；地球上曾经出现过巨大的生物恐龙，经历过多次物种灭绝和更替，现有约800万种不同的物种；人类活动如森林砍伐、工业排放等，对地球环境造成了极大影响……了解这些关于地球的真相非常重要，只有这样，我们才能更好地认识和保护这个星球。

地球科学是一门理论性、应用性都很强的自然科学。从理论性上来说，它承担着揭示自然界奥秘与规律的使命。从应用性上来看，它为生活在地球上的人类如何适应、利用、保护自然提供了科学的方法论。比如，地球科学在寻找、开发和利用自然资源中起着巨大作用（自然资源主要包括能源资源、水资源、土地资源等），还可以帮助人类与自然环境和谐共处，并通过掌握自然灾害的规律与其作斗争。

所以，学习和研究地球科学对正确认识自然界、建立辩证唯物主义世界观起着重要作用，对整个自然科学的发展也具有促进作用。当代自然科学的一些重大基本理论问题，如天体的起源、生命的起源等问题，最后得到解决都离不开地球科学的研究。

3 “地理”升级“地球”扩大空间视野

青少年对地球和宇宙充满兴趣，乐于在大自然中进行探索。2019年，历时80天、吸引120万青少年用户参与的科学看点兴趣大调查结果显示，在青少年最感兴趣的十大科学话题中，黑洞、地球二氧化碳回收、嫦娥四号登陆月球背面、太空望远镜、古人类研究等纷纷入选，占到一半以上。这充分说明，地球与宇宙科学对孩子们很有吸引力。

地球科学是中小学生学习科学的重要载体，我国目前设置的地理课还有很大的改进空间。

从课时比重上来看，我国现行初高中地理课程的课时较少，初中地理分为4册，地球科学相关内容为39课时；高中地理地球科学相关内容为36课时。而俄罗斯教材中地球科学相关内容为204课时、日本为210课时、澳大利亚为220课时、美国纽约州为168课时。

从学科覆盖面上来看，我国中学地理课程的学习内容深度较浅，没有涵盖地球科学的丰富内涵，缺少地球科学整体视野及对地球表层气、土、水、生物圈层相互作用和联系的分析，更缺少天文和航天的相关内容。比如，地球是如何形成的？宇宙是如何起源的？生命是如何产生和进化的？宇宙中是否存在地外生命？这些问题都是地球与宇宙科学研究的主要内容，也是青少年十分关心的话题，但中学地理涉及不多或没能深入剖析。

另外，从实用性上来看，我国地理课所学内容与现实生活联系不够紧密，探究与实验较少，内容设计与趣味性不足，难以调动学生的学习兴趣。比如，大部分学校没有专门的地球科学教室和地球科学实验室，没有配备望远镜、三球仪、天球仪等教学实验设备和数字资源，没有开展观星、野外科学考察等体验活动。

丰富多彩的地球科学课程，应重视科学原理和方法、地球科学与生活的联系、自然和生态灾害产生的原因以及全球变化等内容，致力于培养学生综合分析和动手实践的能力。让学生广泛接触大自然，才能领略地球与宇宙的神奇，有助于培养学生观察现象、发现问题的能力，以及训练生存技能、提高创新创造的能力。

2013年3月，地球科学领域多位院士、专家致信国家相关机构，建议修改课程名称，扩充地球科学基础的学习内容。随后进行的中小学课程改革，吸收了一部分专业意见。2019年3月，中国地质大学组织召开“全面实施素质教育与系统构建中小学地球科学教育课程体系研讨会”，与会代表一致建议转变地理课的课程理念，加强中小学地球科学教育。

我国是全球面积第三的大国，更是地貌和气候最为多样和复杂的国家。地貌主要包括丹霞、雅丹、黄土、喀斯特以及海岸、河流、冰川、风积、风蚀等；气候类型主要包括热带季风气候、亚热带季风气候、温带季风气候、温带大陆性气候、高山高寒气候和热带雨林气候等。如果将地理课中的人文地理内容，纳入视野更广阔的地球科学课（包括自然资源、自然灾害、古人类等内容），通过观点和事实的相互验证，会使结论更有说服力。因此，在如此得天独厚的环境下，将地理课升级为地球科学课，有利于中小学生学习科学知识，扩大空间视野，弘扬爱国主义，通过深入认识中国，更加热爱中国。

4 蕴含大量前沿科学和高新技术

日月天地，江河湖海，山川草木，鸟兽虫鱼，这就是我们的家园——地球，一颗生机勃勃的星球。或许在你看来，这一切皆“理所当然”，然而，如果将目光转向宇宙，你会发现地球是一颗非常独特的行星。

宇宙这个超级大家族中有无数颗星星。发光发热的是恒星，围绕恒星转的是行星，围绕行星转的是卫星。从上世纪90年代起，天文学家发现绝大多数恒星周围都有行星，其中也有一些类似地球大小的行星，但至今尚未在宇宙中发现其他有生命的星球。可见，地球的形成是宇宙中的一个奇迹，而生命的出现，是地球上很多奇迹碰巧凑到一起的偶然结果。

经过数千年的探索，人类对地球和宇宙的认识已经取得了革命性的进步，极大地丰富了人类知识库。比如，昼夜变化意味着将看到一次日出、一次日落，这是地球绕着地轴自转一圈的结果；四季轮转，历时365天，这是地球围绕太阳公转一圈的结果。我们确认，地球并非宇宙的中心，太阳也不是。太阳与周围的8颗行星及其卫星，还有难以计数的小天体，共同组成了浩瀚宇宙的一个角落——“太阳系”。

中小学是科学启蒙的重要阶段，也是未来科技人才培养的早期阶段。地球科学的知识、思想和方法，是科学素养的重要组成部分，对中小学生的成长和精神世界的丰富大有裨益。中小学地球科学教育有利于学生建立时间感和空间思维，还承担着普及天文和航天知识的任务。昼夜交替、四季更迭、月相变化、斗转星移等周期性的自然现象，是地球运动的结果，也是人类认识时间和计量时间的手段。从地球和月球组成的地月系到太阳系，再到银河系，乃至整个宇宙，空间尺度越大，我们对地球所处宇宙环境的认识就越准确。

首先，地球和宇宙的超大时空尺度，将深刻影响学生的世界观、人生观和价值观。宇宙是一个天然的巨型科学实验室，地球和宇宙中剧烈的能量释放、超长的时间跨度、超大的空间尺度，超越了学生基于身边事物的认知能力。因此，清醒认识地球在宇宙中的真实处境，客观认识人类在地球和生命演化过程中的历史阶段，掌握自然规律，是把握人类未来命运的唯一途径。

其次，学习地球与宇宙科学，有利于学生形成绿色低碳的生活方式。地球与宇宙的研究，是实现人地和谐的关键。随着人口增长和经济发展，人类社会面临着一系列全球性的挑战，如环境污染、资源枯竭、水土流失和土地荒漠化、全球气候变化等。通过学习地球与宇宙科学，有利于学生理解并认同国家为解决资源短缺、环境污染、生态破坏等问题采取的措施，主动践行资源节约、环境友好的生活方式，促进人与自然的和谐相处，推动生态文明建设，实现人类社会可持续发展。

最后，地球和宇宙领域蕴含着大量前沿科学和高新技术，有利于激发好奇心，启迪想象力，提高学习兴趣。深空、深地、深海是前沿科学的代表，太空探索是人类认识地球和宇宙的重要手段。借助在地面和太空中的各种望远镜，可以观测到遥远的星云、星系和恒星等，以及无法直接探测到的黑洞、暗物质、暗能量等。借助航天技术，把探测器送入太空，就能实现对地球的遥感探测和对太阳系各类天体的探测。由于未知世界的探索往往十分艰难，一旦突破，必将显著提升人类的技术能力，拓展生存空间。而这些技术向民用转化，还可以造福人民，转变为实实在在的经济效益。

（作者为中国科学院国家天文台研究员、义务教育科学课程标准修订组成员）