佘維維 姜群鷗 齊元靜 高廣磊 丁國棟

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083)

18世紀(jì)工業(yè)革命以來，人類改變和利用自然的能力得到空前發(fā)展，在創(chuàng)造巨大文明成果的同時，也給地球環(huán)境帶來深刻的影響。大氣和水污染、土地荒漠化、溫室效應(yīng)加劇、森林銳減、生物多樣性喪失等一系列全球性環(huán)境問題日益凸顯。20世紀(jì)80年代，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，以“全球變化”為主題的研究組織逐步設(shè)立，研究成果日益豐富，全球變化的科學(xué)也應(yīng)運(yùn)而生[1]。深入的研究工作使得科學(xué)界認(rèn)識到地球大氣、水、巖石、生物等組分是一個密切聯(lián)系的整體，由此提出了地球系統(tǒng)科學(xué)的概念。地球系統(tǒng)科學(xué)作為研究地球系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、特征和功能的科學(xué)，為全球變化研究提供了基礎(chǔ)理論支撐[1]。

在地球系統(tǒng)中，地球表層的諸多要素、過程及其相互作用與人類聯(lián)系最為密切，是全球變化研究最為廣泛的領(lǐng)域[2]。當(dāng)前，全球變化研究已成為地學(xué)、宏觀生物學(xué)的前沿學(xué)科領(lǐng)域，著重關(guān)注地球表層系統(tǒng)對人類活動誘發(fā)的全球變化的響應(yīng)、適應(yīng)和反饋，為積極應(yīng)對全球變化以及人類社會的可持續(xù)發(fā)展提供了堅實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。為適應(yīng)社會和學(xué)科發(fā)展的需要，國內(nèi)綜合性和師范類高等院校普遍開設(shè)了“全球變化”“氣候變化”“全球變化生態(tài)學(xué)”“全球變化與可持續(xù)發(fā)展”等課程。這些課程已成為培養(yǎng)學(xué)生全球視野、塑造系統(tǒng)性和批判性思維、強(qiáng)化社會責(zé)任感的重要課程，同時也為學(xué)生架起了從掌握基礎(chǔ)理論知識到探索學(xué)術(shù)前沿知識的橋梁[3-4]。然而，開設(shè)此類課程的高等農(nóng)林院校并不多，相關(guān)教育教學(xué)研究尚鮮見報道。在這樣的背景下，北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院于2018年開設(shè)了面向全校的“全球變化與地表過程”專業(yè)選修課程。

一、“全球變化與地表過程”課程的內(nèi)容與特點(diǎn)

(一)課程的內(nèi)容

“全球變化與地表過程”課程涉及3個方面的內(nèi)容，即全球變化、地表過程以及二者之間的關(guān)系。全球變化是指由自然和人文因素引起的地表環(huán)境及地球系統(tǒng)功能全球尺度的變化，諸如二氧化碳濃度增加、溫度升高、降水格局改變、氮沉降增加、土地利用變化等。地表過程的范疇包括水、土、氣、生、人等地表有關(guān)的自然和人文過程。由于人類活動是誘發(fā)全球變化的重要驅(qū)動力，因此在討論全球變化與地表過程關(guān)系時，必然涉及人類活動方面的內(nèi)容。

地球系統(tǒng)作為一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)，內(nèi)部各組分間的相互作用亦十分復(fù)雜。為梳理出一條清晰的邏輯主線，筆者將人類活動和全球變化視為驅(qū)動力，而地表過程作為影響對象，那么全球變化、人類活動與地表過程間的關(guān)系就可表述為前者對后者的影響以及后者對前者的反饋，見圖1。圖1中，人類活動通過改變地表過程進(jìn)而導(dǎo)致全球變化(過程①③)是全球變化的成因；而過程②為全球變化對地表過程的影響；過程③表示地表過程對全球變化的反饋。

圖1 全球變化與地表過程間的關(guān)系

(二)課程的特點(diǎn)

從“全球變化與地表過程”課程的內(nèi)涵看，它具有多學(xué)科交叉、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)。相關(guān)研究內(nèi)容涉及到大氣圈、水圈(含冰凍圈)、巖石圈和生物圈(含人類自身)的要素、過程及其相互作用，其實(shí)質(zhì)是地理科學(xué)、大氣科學(xué)、水科學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、人文社會科學(xué)在計算機(jī)和信息科學(xué)的發(fā)展和推動下向綜合、集成與相互交叉方向發(fā)展的體現(xiàn)。

從研究尺度看，“全球變化與地表過程”課程具有多尺度融合、理論性強(qiáng)的特點(diǎn)。從空間尺度上看，包括從微觀的分子、細(xì)胞水平到中觀的個體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)水平以及宏觀的景觀、區(qū)域和全球水平。從時間尺度看，有長有短，如秒到小時尺度上的二氧化碳和水汽的交換過程，天到季節(jié)尺度上的土壤水分儲量變化、植物碳分配和物候變化過程，年到百年尺度上的植被結(jié)構(gòu)與功能變化過程，以及更長時間尺度(萬年到百萬年)上的土壤形成、地質(zhì)運(yùn)動等過程。雖然不同時空尺度上的過程機(jī)理不同，但又相互聯(lián)系、緊密耦合。而將微觀過程機(jī)理和宏觀格局相結(jié)合的“尺度綜合”研究是全球變化研究中重要的學(xué)術(shù)前沿問題。

此外，隨著計算機(jī)、信息和生物技術(shù)的發(fā)展，以及對地觀測和數(shù)值模擬能力的提高，全球變化研究的成果日新月異，體現(xiàn)出很強(qiáng)的前沿性。全球變化作為一門新興的交叉學(xué)科，在不斷蓬勃發(fā)展的過程中，仍存在許多不確定性，諸多關(guān)鍵問題并沒有定論，存在許多不同甚至相反觀點(diǎn)。

二、“全球變化與地表過程”課程教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)

(一)內(nèi)容多、課時少

“全球變化與地表過程”涉及內(nèi)容范圍寬、領(lǐng)域廣，具有多學(xué)科交叉性，是一門系統(tǒng)性和理論性很強(qiáng)的課程。該課程的教學(xué)難度大，但分配的課時僅有32學(xué)時(2學(xué)分)。如何合理設(shè)置授課內(nèi)容，在較短的課時內(nèi)保持該課程教學(xué)的系統(tǒng)性和理論性，讓學(xué)生掌握該課程的知識和理論體系，是“全球變化與地表過程”課程教學(xué)的重點(diǎn)。

(二)學(xué)生的專業(yè)背景不同

“全球變化與地表過程”是為北京林業(yè)大學(xué)全校學(xué)生開設(shè)的選修課程。該課程教學(xué)對象多為大三、大四高年級學(xué)生，他們的專業(yè)背景涉及地理學(xué)、林學(xué)、生物學(xué)、生態(tài)學(xué)等專業(yè)。盡管，高年級學(xué)生已具備一定的地理學(xué)基礎(chǔ)知識，但由于“全球變化與地表過程”課程內(nèi)容綜合性和前沿性強(qiáng)，不宜采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式開展教學(xué)，這對授課教師提出了更高的要求。為此，如何根據(jù)學(xué)生專業(yè)背景及知識儲備組織教學(xué)內(nèi)容、開展教學(xué)活動，是該課程取得良好教學(xué)成效的關(guān)鍵。

(三)知識更新速度慢

作為一門高度融合的交叉學(xué)科課程，“全球變化與地表過程”課程的理論體系和研究內(nèi)容一直處于不斷發(fā)展探索之中。雖然其相關(guān)研究蓬勃發(fā)展，新的思想、方法、認(rèn)識、觀點(diǎn)、發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)，但教材內(nèi)容更新速度慢，遠(yuǎn)滯后于當(dāng)前學(xué)科的發(fā)展。因此，如何在教材原有內(nèi)容的基礎(chǔ)上，整合全球變化研究的前沿成果，是激發(fā)學(xué)生求知欲、增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣的難點(diǎn)問題。

三、“全球變化與地表過程”課程教學(xué)改革的措施

(一)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

由于“全球變化與地表過程”課程學(xué)時少、教學(xué)內(nèi)容多、系統(tǒng)性和綜合性強(qiáng)，使得授課教師需要對授課內(nèi)容的范圍有所限定。因此，筆者選擇與人類活動密切相關(guān)的時空尺度作為授課重點(diǎn)內(nèi)容，其他尺度上的內(nèi)容作為背景知識。具體的空間范圍尺度為：縱向上限為對流層頂(8～10km)、下限為巖石圈頂部(5～6km)；橫向范圍包括所見陸地和毗鄰島嶼；時間尺度上主要以人類活動影響最為顯著的時間作為重點(diǎn)，包括過去數(shù)百年、未來一百年內(nèi)的內(nèi)容，而其他地質(zhì)歷史時期的地球環(huán)境演變內(nèi)容則作為背景知識介紹。

依據(jù)該課程的內(nèi)涵，筆者將授課內(nèi)容優(yōu)化為5個部分：①緒論，介紹全球變化與地表過程的概念、內(nèi)涵與發(fā)展歷程；②全球變化的事實(shí)、成因及未來預(yù)估；③全球變化對地表過程的影響；④地表過程對全球變化的反饋；⑤應(yīng)對全球變化的政策與行動。根據(jù)學(xué)生專業(yè)背景，對每個部分設(shè)置密切相關(guān)的主題，如生態(tài)系統(tǒng)碳固存與碳循環(huán)、生物多樣性、水文與水資源、城市化、荒漠化等主題。在授課內(nèi)容的組織上，先快速回顧相關(guān)的基礎(chǔ)知識，然后細(xì)致地講解相關(guān)微觀過程和機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展延伸內(nèi)容。

受“全球變化與地表過程”課程課時限制，教師無法對“全球變化與地表過程”課程各個方面內(nèi)容進(jìn)行全方位深入地講授。因此，筆者推薦學(xué)生自學(xué)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，有效地拓展該課程的知識。近年來，世界網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)蓬勃發(fā)展，許多著名高等院校推出了自己的網(wǎng)絡(luò)公開課程，極大地推動了全球范圍內(nèi)遠(yuǎn)程教育的發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源共享。一大批制作精良的網(wǎng)絡(luò)課程網(wǎng)站紛紛上線，如國家開放大學(xué)、國家精品課程網(wǎng)、國家數(shù)字化學(xué)習(xí)資源中心、中國大學(xué)MOOC、網(wǎng)易公開課、學(xué)堂在線、超星爾雅、edX、Coursera等，為課堂教學(xué)內(nèi)容的拓展和課后學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了基礎(chǔ)平臺。筆者篩選了一些與“全球變化與地表過程”課程相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)課程供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，如清華大學(xué)課程“應(yīng)對氣候變化的中國視角”、中國地質(zhì)大學(xué)課程“全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)”、南京信息工程大學(xué)課程“氣候變化與人類活動”、哈佛大學(xué)課程“The health effects of climate change”、賓州州立大學(xué)課程“Climate change：the science and global impact”、哥倫比亞大學(xué)課程“Climate change science and negotiations”、英屬哥倫比亞大學(xué)課程“Climate change：the science”等。

(二)采用多種教學(xué)方法開展教學(xué)活動

“全球變化與地表過程”課程除了有系統(tǒng)性和理論性的內(nèi)容外，還存在許多前沿性和開放性的內(nèi)容，這就需要教師采用傳統(tǒng)授課和學(xué)生自主探究研討相結(jié)合的教學(xué)方式開展教學(xué)活動。

對于基礎(chǔ)理論知識，筆者采用傳統(tǒng)教學(xué)方法開展教學(xué)活動，在一個章節(jié)或主題講授完成后，設(shè)置與當(dāng)節(jié)內(nèi)容相關(guān)的隨堂測驗(yàn)了解學(xué)生對當(dāng)堂課程知識的掌握情況。如果學(xué)生答題的效果不佳，則需要和學(xué)生交流討論確定具體哪里出了問題，并有針對性地進(jìn)行詳細(xì)釋疑。

對于涉及到的前沿知識，筆者則采用研討式教學(xué)方法開展教學(xué)活動，具體做法如下。首先，教師直接提出問題。教師依據(jù)授課內(nèi)容，直接提出相關(guān)問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和討論，鼓勵學(xué)生運(yùn)用發(fā)散思維從不同角度分析問題，最后對學(xué)生的答案提煉總結(jié)，梳理出知識邏輯關(guān)系。例如，從貼近學(xué)生生活實(shí)際的現(xiàn)象(如城市熱島效應(yīng))出發(fā)，與學(xué)生探討現(xiàn)象背后的機(jī)理和規(guī)律，進(jìn)而引出教學(xué)主題(城市化的效應(yīng))；或者依據(jù)全球變化對地表過程作用的先后次序，組織學(xué)生開展問題探討，如大氣溫度升高對土壤水分將產(chǎn)生怎樣的影響、水分變化后植物群落怎么變、植物群落改變對生態(tài)系統(tǒng)碳固存有怎樣影響、生態(tài)系統(tǒng)碳固存變化是否會影響大氣二氧化碳濃度等。其次，學(xué)生小組研討。教師提前設(shè)置好幾個難易適中、開放性的研討主題，然后學(xué)生根據(jù)個人的興趣選擇主題并組隊開展研討活動。同時，小組選出代表進(jìn)行課堂匯報，組間相互質(zhì)疑和研討，最后教師詳細(xì)地講評和釋疑，達(dá)到促進(jìn)教學(xué)互動、學(xué)生自主學(xué)習(xí)的目的。

(三)實(shí)施綜合考評

“全球變化與地表過程”課程的許多知識點(diǎn)其實(shí)是學(xué)生前期課程所學(xué)過的內(nèi)容。因此，該課程的考核不宜采取閉卷考試的方式開展，應(yīng)重點(diǎn)考核知識點(diǎn)間的聯(lián)系以及運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識分析和解決實(shí)際問題的能力，即對學(xué)生進(jìn)行多方面綜合考評，以全面地考察學(xué)生的綜合能力。

“全球變化與地表過程”課程的成績包括平時成績、小組匯報成績和課程論文的撰寫成績，其分值(百分制)比例為2∶3∶5。①平時成績包括課堂提問、隨堂測驗(yàn)和到課率。②小組研討匯報成績包括學(xué)生評分和教師評分，分值(百分制)比例為3∶7，重點(diǎn)從報告內(nèi)容符合主題的程度、講解清晰程度、基礎(chǔ)理論運(yùn)用情況、結(jié)論是否可靠、回答問題是否明確、參考文獻(xiàn)是否充分、時間把握是否恰當(dāng)?shù)确矫孢M(jìn)行評判打分。③課程論文的撰寫成績根據(jù)論文的創(chuàng)新程度、文字表達(dá)情況、內(nèi)容邏輯結(jié)構(gòu)合理性、論文格式規(guī)范性等方面進(jìn)行評定。課程論文包括教師推薦的主題和學(xué)生自主擬題，教師要對學(xué)生自主擬題進(jìn)行把控，以確保擬題具有一定的創(chuàng)新性和意義、范圍合理、難度適當(dāng)、具有可操作性。

四、“全球變化與地表過程”課程教學(xué)改革的成效

(一)拓寬學(xué)生的專業(yè)視野，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣

改革后的“全球變化與地表過程”課程，在教學(xué)內(nèi)容上不斷豐富，知識理論體系趨于完善，與社會熱點(diǎn)和學(xué)科前沿的聯(lián)系更加緊密。

在教學(xué)形式上，增加了學(xué)生自主學(xué)習(xí)國內(nèi)外精品網(wǎng)絡(luò)課程的環(huán)節(jié)，拓寬了學(xué)生的專業(yè)視野；借助研討式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生思考討論社會熱點(diǎn)和學(xué)科前沿問題，不僅使學(xué)生課下查找和分析了大量文獻(xiàn)資料，進(jìn)一步擴(kuò)充了自己的專業(yè)知識，而且還激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情。

(二)促進(jìn)多學(xué)科知識交叉融合，提高學(xué)生解決問題的綜合能力

教師對“全球變化與地表過程”課程授課內(nèi)容的系統(tǒng)化組織，增強(qiáng)了學(xué)生對不同學(xué)科知識間邏輯關(guān)系的理解，提高了學(xué)生對多學(xué)科交叉融合知識的掌握。此外，在課程論文的撰寫過程中，學(xué)生自主閱讀和分析文獻(xiàn)資料后，需要與教師、學(xué)生進(jìn)行廣泛的交流、討論，開展頭腦風(fēng)暴，不僅提高了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，而且還鍛煉了歸納總結(jié)、邏輯推演的思維能力，同時也激發(fā)了他們自主創(chuàng)新的能力。

總之，教學(xué)評價是衡量課程教學(xué)效果的重要依據(jù)。調(diào)查顯示，盡管88.5%的學(xué)生認(rèn)為“全球變化與地表過程”課程內(nèi)容具有很大的難度，但最終的教學(xué)獲得了良好的效果，學(xué)生對該課程的總體滿意度達(dá)到100%，見表1。

表1 “全球變化與地表過程”課程教學(xué)改革效果滿意度的調(diào)查結(jié)果 %