盧艷

（鄭州大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州）

一 背景

教育部發(fā)布《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》中，指出教育強(qiáng)國是民族復(fù)興的基礎(chǔ)，加強(qiáng)高等教育人才培養(yǎng)，形成高水平人才培養(yǎng)體系，到2035 年，實現(xiàn)教育現(xiàn)代化。在“科教興國”和“跨越式發(fā)展”背景下，“面向21 世紀(jì)課程教材”的出版彌補(bǔ)了原有教材的不足，促進(jìn)了高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的培養(yǎng)，推動了高等教育的快速發(fā)展[1]。

工業(yè)革命以來，生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化給人類生存和發(fā)展帶來前所未有的壓力，需要我們重新審視人與自然的關(guān)系，遵從自然要素的發(fā)展規(guī)律，樹立正確的科學(xué)發(fā)展觀，社會經(jīng)濟(jì)才能健康有序發(fā)展。在地理科學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，以人地關(guān)系為核心，運用自然地理學(xué)的科學(xué)理論和技術(shù)方法，在科學(xué)觀的指導(dǎo)下，為解決社會發(fā)展重大需求問題培養(yǎng)創(chuàng)新人才?！蹲匀坏乩韺W(xué)》是高等院校地理科學(xué)人才培養(yǎng)計劃的專業(yè)基礎(chǔ)課程，既要傳承自然地理學(xué)經(jīng)典理論，又要體現(xiàn)當(dāng)前生態(tài)環(huán)境重大需求問題，是地理學(xué)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到地理學(xué)教育改革發(fā)展的進(jìn)程。

二 面臨的問題

在地理學(xué)科體系中，是地理學(xué)科的二級學(xué)科，也是高等院校地理科學(xué)、農(nóng)林學(xué)、水文水資源科學(xué)以及環(huán)境科學(xué)等相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程。改革開放以來，《自然地理學(xué)》教材從經(jīng)驗體系向理論體系的轉(zhuǎn)變，“十五”到“十三五”期間，出版了不同版本的《自然地理學(xué)》教材[2-6]。這些教材內(nèi)容從單個自然要素規(guī)律闡述走向自然要素相互作用研究；從單獨強(qiáng)調(diào)自然地理要素分析，走向融入人文要素的時空分析；從單純描述自然地理要素走向重大生態(tài)環(huán)境問題分析。較之以前的《自然地理學(xué)》教材，取得了較大的進(jìn)步，促進(jìn)了高等院校地理學(xué)創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

隨著氣候變化和人類活動的影響，地球表層各個圈層各個組成要素、結(jié)構(gòu)和生態(tài)服務(wù)供給功能發(fā)生了深刻的變化。大氣圈內(nèi)二氧化碳增加導(dǎo)致了冰凍圈層的變化，致使海平面上升[7-8]；砍伐森林破壞生物多樣性，加劇水土流失、干燥程度加劇以及森林生態(tài)功能下降[9]。各個圈層自然要素之間、自然與人文要素之間相互影響程度逐漸增強(qiáng)。人類社會越來越受制于自然條件，社會發(fā)展政策制定者需要自然資源理論和技術(shù)方法的指導(dǎo)。但是，目前的《自然地理學(xué)》教材存在一定的問題，與社會需求之間存在一定的差距。

（一） 學(xué)科特色不明顯

自然地理學(xué)是研究地球表層系統(tǒng)各個圈層自然要素的時空分布規(guī)律、相互作用以及地域分異規(guī)律的學(xué)科，分為部門自然學(xué)和綜合自然地理學(xué)。自然地理學(xué)關(guān)注地域自然屬性、區(qū)域差異，以及與人類社會的生存和發(fā)展模式的相互關(guān)系[10]，因此，學(xué)科交叉性、空間位置、自然屬性、區(qū)域分異和人文與自然要素相互作用是自然地理學(xué)的學(xué)科特色。20 世紀(jì)50 年代以來，中國自然地理學(xué)經(jīng)歷了快速發(fā)展階段，沿著綜合自然地理學(xué)、部門自然地理學(xué)以及人類文明與生存環(huán)境的相互作用三支方向開展研究，研究區(qū)從青藏高原區(qū)、黃土高原區(qū)、西北干旱區(qū)到冰凍圈層，研究方法從定性描述到定量研究[11-12]，為國家社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略制定提供了重要的科學(xué)依據(jù)。但是，目前的自然地理學(xué)教材缺乏學(xué)科交叉性[4-6,13-14]，比如，多數(shù)教材中并沒有涉及到電磁波輻射原理的兩個基本原理：越熱的物體輻射越多的能量；溫度越高，物體輻射波長越短。認(rèn)為它屬于物理學(xué)的范疇，將其摒棄在自然地理學(xué)教材之外，而采用直接的結(jié)論：太陽輻射是短波輻射，近地面是長波輻射。自然地理學(xué)和物理學(xué)的交叉性并沒有得到體現(xiàn)，學(xué)生只能記憶相關(guān)知識，不利于學(xué)生學(xué)科交叉能力的培養(yǎng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)、GIS 和遙感等空間信息的發(fā)展，自然要素空間分異的研究方法及分析結(jié)果的呈現(xiàn)形式趨于多樣化[12]，但是，在目前的《自然地理學(xué)》教材中，編著者認(rèn)為地理空間信息科學(xué)隸屬于信息科學(xué)技術(shù)，并沒有體現(xiàn)通過空間信息技術(shù)獲得的自然地理要素圖形圖像、視頻、音頻等信息。另外，教材中也沒有反映人類活動與大氣圈溫室氣體和氣溶膠之間關(guān)系、自然地理要素與人類生存環(huán)境等亟待解決的科學(xué)前沿問題[15-16]，這不利于激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探索精神。自然地理學(xué)摒棄學(xué)科交叉性的現(xiàn)狀，不利于教師授課和學(xué)生理解自然地理學(xué)理論，同時與國外經(jīng)典教材相比存在著一定的差距[17-19]。

（二） 基本理論的社會實踐需求指向性偏弱

區(qū)域氣候資源、海陸位置和地貌格局等自然要素決定了社會經(jīng)濟(jì)空間結(jié)構(gòu)模式，導(dǎo)致了社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的地區(qū)差異性。自然地理學(xué)除了闡述各個圈層自然要素的組成、結(jié)構(gòu)與功能、時空分布規(guī)律以外，還涉及各圈層生態(tài)系統(tǒng)與人類社會相互作用關(guān)系[20]。因此，《自然地理學(xué)》教材既要反映自然地理學(xué)的基本科學(xué)理論，又要反映人類活動對各個圈層組分、結(jié)構(gòu)以及生態(tài)系統(tǒng)的影響。將自然地理學(xué)的基礎(chǔ)理論與目前的社會問題相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷[21]，但是，在目前不同版本的《自然地理學(xué)》中，多數(shù)教材集中在自然地理要素的闡述，忽略了人文要素對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響。21 世紀(jì)以來，青藏高原、黃土高原、西北干旱區(qū)以及冰凍圈層等國家重要關(guān)鍵區(qū)內(nèi)，成果豐厚[11,15]，這些研究成果很少被引用到本科階段的自然地理學(xué)教材中，更少涉及自然地理學(xué)與日常生活、國家發(fā)展戰(zhàn)略關(guān)聯(lián)的知識，教材內(nèi)容以及基本理論深度類似于高中階段地理教材的模式，這種教材編排的模式和知識深度只能讓學(xué)生死記硬背考試內(nèi)容，學(xué)生學(xué)習(xí)該課程后并不知道能解決哪些日常生活問題，更難將其與國家發(fā)展戰(zhàn)略相聯(lián)系起來，極易挫傷學(xué)生進(jìn)入大學(xué)階段的學(xué)習(xí)熱情，與國家關(guān)于高等教育創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)和國外相類似教材的差距較大[22]。

（三） 教材質(zhì)量有待提升

通過中外《自然地理學(xué)》教材的對比，中國與國外教材質(zhì)量之間的差異，教材質(zhì)量已經(jīng)不能滿足國家創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，存在以下幾個突出的問題：1）與國外經(jīng)典教材相比，更新速度比較慢。以伍光和編著《自然地理學(xué)》為例，2000 年出版了第三版，2008 年出版了第四版，之后再沒有更新版本。相反，國外教材更新速度較快，比如羅伯特·W·克里斯托森編著的《地表系統(tǒng)：自然地理學(xué)導(dǎo)論》，2012 年出版第七版，2015 年出版第八版，2014 年出版了第九版，2017 年出版了第十版。2）由于教材的更新速度比較慢，國內(nèi)教材不能反映自然地理學(xué)的新理論及相關(guān)研究成果。同時，至今沒有彩色版教材出現(xiàn)，書中的黑白圖片質(zhì)量較差，內(nèi)容陳舊，缺乏吸引力。不如國外教材及時獲取遙感、地理信息系統(tǒng)等信息科學(xué)技術(shù)的成果，使得彩版教材圖文并茂，具有較強(qiáng)的吸引力。3）國內(nèi)《自然地理學(xué)》教材鮮有習(xí)題集或數(shù)據(jù)處理等相關(guān)配套教材，學(xué)生學(xué)習(xí)課堂知識以后，得不到相應(yīng)的自然地理學(xué)技能和方法的訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生地理學(xué)思維能力和自然地理要素數(shù)據(jù)處理能力較差。

三 改革方法探索

根據(jù)目前《自然地理學(xué)》教材中存在的問題以及與國外教材的差距，應(yīng)該打破目前編制教材的體制，積極探索教材改革方法，鼓勵出版不同風(fēng)格的教材。

（一） 強(qiáng)調(diào)自然地理學(xué)的學(xué)科交叉性

自然地理學(xué)是地理學(xué)的重要分支學(xué)科，與地理學(xué)其他分支學(xué)科關(guān)系緊密。自然地理學(xué)是人文地理學(xué)的基礎(chǔ)，人口、經(jīng)濟(jì)等人文要素的空間分布受制于自然條件和自然資源的制約，不考慮自然要素稟賦差異，進(jìn)行人文要素空間配置無異于空中樓閣。地球表層自然要素時空變化與相關(guān)學(xué)科發(fā)生著緊密聯(lián)系，地質(zhì)構(gòu)造運動與氣候、生物和人類活動外營力控制地貌形態(tài)發(fā)育過程，滲透著自然地理學(xué)與地質(zhì)學(xué)的科學(xué)原理和方法。進(jìn)入信息社會以來，對地觀測、大數(shù)據(jù)與云計算等技術(shù)發(fā)展迅速，需要借助遙感、地理信息技術(shù)和其他相關(guān)技術(shù)方法研究自然要素的分布特征與時空分異，因此，《自然地理學(xué)》教材應(yīng)該有空間信息科學(xué)相關(guān)知識的展現(xiàn)，拓寬學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生運用空間信息技術(shù)方法處理自然地理要素的能力。

工業(yè)革命以來，進(jìn)入地球表層各個圈層系統(tǒng)中的污染物改變了各個圈層的組成和結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受到影響，反過來阻礙社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，生態(tài)系統(tǒng)的污染控制、生態(tài)重建以及恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能離不開自然地理學(xué)、環(huán)境科學(xué)和生態(tài)學(xué)的多學(xué)科方法和技術(shù)。

（二） 強(qiáng)調(diào)自然地理學(xué)各個圈層之間相互作用

自然地理學(xué)研究地球表層系統(tǒng)自然要素的特征、空間分布以及區(qū)域分異規(guī)律，過去《自然地理學(xué)》只注重單個圈層內(nèi)自然要素特征與時空分異規(guī)律的描述。21 世紀(jì)以來，以土地利用/覆被變化和污染排放為表征的人類活動影響到各個圈層組成和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響到了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。人類活動排放出的二氧化碳和氣溶膠粒子進(jìn)入大氣圈內(nèi)，導(dǎo)致大氣圈可變組分發(fā)生了變化，氣溫升高，海冰融化導(dǎo)致了海平面上升，陸地上極端天氣頻繁發(fā)生，洪澇和干旱在空間上重組，加劇了社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的部門用水競爭。另外，人類社會在生活和生產(chǎn)過程中，排放的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)污染物進(jìn)入各個圈層，導(dǎo)致大氣污染、水污染以及土壤污染，這些污染物最終進(jìn)入生物圈內(nèi)，威脅著人體生命健康。由此可見，人類活動改變地球表層某個圈層組分的變化，將會引起其他圈層組分、特征以及時空分布的變化，圈層之間聯(lián)系更加密切《自然地理學(xué)》教材中應(yīng)該反映各個圈層之間緊密聯(lián)系，尤其在人類活動和氣候變化背景下，各個圈層之間相互作用的最新成果，應(yīng)該以科普讀物專欄的形式呈現(xiàn)在教材中，培養(yǎng)學(xué)生的地理科學(xué)系統(tǒng)觀。

（三） 強(qiáng)調(diào)人與自然地理環(huán)境之間聯(lián)系

人地關(guān)系是人類社會與自然地理環(huán)境之間的相互作用，過去，人地關(guān)系相對封閉，人類活動作用空間范圍比較小。伴隨著工業(yè)化和城市化的進(jìn)程，人類關(guān)系變得相對復(fù)雜，空間范圍上重疊交錯。人類活動成為自然地理環(huán)境變化的主要驅(qū)動要素，人類賴以生存的森林、淡水、土壤等生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)惡化，阻礙了人類社會可持續(xù)發(fā)展。學(xué)術(shù)界從自然條件和資源承載力的角度，研究不同時空尺度下的人口、經(jīng)濟(jì)、污染排放對土地利用方式、淡水資源和生物多樣性等自然條件和自然資源的影響以及相互作用機(jī)制。從政策層面，國家實施的生態(tài)文明建設(shè)、新型城鎮(zhèn)化布局、城鄉(xiāng)一體化發(fā)展部署目標(biāo)是緩解人地關(guān)系失調(diào)，促使人地關(guān)系健康發(fā)展，因此，《自然地理學(xué)》教材應(yīng)該反映相關(guān)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生關(guān)心國家發(fā)展政策，運用所學(xué)自然地理學(xué)理論解釋政策實施背后的原因，培養(yǎng)學(xué)生的地學(xué)邏輯分析能力。

（四） 突出區(qū)域聯(lián)系，強(qiáng)化空間分析技術(shù)

自然資源和自然條件在空間上分布不均，社會經(jīng)濟(jì)要素也呈現(xiàn)空間差異性和復(fù)雜性，區(qū)域發(fā)展不平等以及物質(zhì)、能量和信息的區(qū)域聯(lián)系是自然地理學(xué)乃至地理學(xué)的客觀現(xiàn)象。中國地勢上的三大階梯和其他自然條件決定了人口、經(jīng)濟(jì)的承載能力不同，導(dǎo)致了經(jīng)濟(jì)布局、區(qū)域聯(lián)系，以及區(qū)域戰(zhàn)略存在不同的模式，區(qū)域經(jīng)濟(jì)聯(lián)系以及空間作用研究都需要地理信息空間分析技術(shù)。

空間分析是在地理空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運用空間分析方法對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、模擬并顯示的一種技術(shù)，是自然地理學(xué)乃至地球系統(tǒng)科學(xué)從定性研究走形定量研究的重要方法。自然地理學(xué)各個圈層自然條件和自然資源的物理特征、區(qū)域差異以及時空分布特征對于國家人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略布局至關(guān)重要。各個圈層自然要素的物理屬性包括幾何位置、面積大小、量的大小、空間分布特征以及區(qū)域差異等信息的獲取，都需要地理信息系統(tǒng)、遙感和全球定位系統(tǒng)技術(shù)方法的支持。比如，在地球空間信息技術(shù)支撐下，獲得水圈內(nèi)淡水資源供給量大小、空間分布、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)需水量大小，行業(yè)競爭關(guān)系以及水供給需求時空匹配格局，為流域或區(qū)域水資源空間配置提供有效的解決方案。