地球系统科学

一、南京大学本科教学改革的深化

南京大学自2006年开始实施“三三制”人才培养模式改革，已经有十余年的时间。所谓“三三制”人才培养模式，就是将本科培养过程划分为“大类培养”“专业培养”“多元培养”三个阶段和“专业学术”“交叉复合”“就业创业”三条发展路径，给予学生个性化、多样化培养。“三三制”本科教学改革获得了高教界的广泛认可，并于2014年荣获第七届高等教育国家级教学成果特等奖。

未来“三三制”人才培养模式改革如何进一步深化，三个阶段、三条发展路径如何进一步发展，是我们近期一直思考的问题。所以，在专业学术深造上，我们将改革的重点放在两个方面。一方面是通识教育改革。南京大学近年来开设新生研讨课194门，帮助学生树立学术志趣，学会质疑和发现，完成适应性/学术性转换；开设通识教育课126门，开阔学生学术视野，培养文化素养和科学精神，促进健全人格和价值观的形成；开设学科前沿课115门，帮助高年级本科生进入学术前沿领域，自主提出问题、分析问题和解决问题，获得顶峰体验。培养敢于质疑、善于质疑的创新性人才。另一方面就是专业课程改革。而在就业创业上，南京大学这几年形成了课程、讲堂、训练、竞赛、成果孵化“五位一体”创新创业教育体系。在第一阶段，学校为所有学生提供“创新创业课程”和“创新创业讲堂”，培养学生创新创业兴趣，开阔视野；经过上面两类训练后，大概会有三分之一的学生對创新创业感兴趣，学校会让其进入第二个阶段，接触“创新创业训练”和“创新创业竞赛”，培养学生创新创业能力；这部分同学经过训练以后，可能又会有三分之一的学生今后愿意走上就业创业的道路，学校就会在“创新创业成果孵化”方面为其提供条件，真正对接市场，让学生亲身实践。在“创新创业成果孵化”上，学校为其打造创新、创意、创造、创业“四创融合”的实践平台，深化校校协同、校企协同、校地协同“三个协同”的育人机制。“五位一体”创新创业教育体系、“四创融合”的实践平台、“三个协同”的育人机制，共同构成了“五四三”创新创业培养模式。2016年，南京大学成为国务院首批双创示范基地4所高校和科研院所示范基地之一。

三条发展路径中的“专业学术”“就业创业”我们已经找到了很好的发展方式，那么，对于“交叉复合”发展路径，我们又应该采取什么样的人才培养模式？过去我们的做法主要是通过自由选课，全校所有的课程对全体所有学生开放，当然第二专业、双学位等也都有。但是我们认为这样还不够，我们应该要办一些真正的跨学科班，通过不同院系之间的通力合作，真正培养交叉复合型人才，这就是我们创办“地球系统科学与环境理科实验班”的一个重要原因。地球系统科学与环境理科实验班面向2016级新生正式招生、联合地科、地海、大气、环科四个学院，探索“2+2”模式，培养具有跨学科处理问题能力的复合型大地学人才。同时，南京大学还基于其他优势学科专业，先后创办了计算机与金融工程实验班、文科试验班、绿色的阴影：环境正义运动的再设计与再思考（Shades of Green：Redesigning and Rethinking the Environmental Justice Moveme～s）、

社会企业协作研究体（Social Entrepreneurship Collaboratory）、播客人类世（Podcasting the Anthropocene）。

地球系统大四顶峰项目（Earth Systems Senior Capstone Proiects）是斯坦福大学地球系统专业一项非常著名的人才培养项目。地球系统大四顶峰项目从大四秋季学期开始，学生可以把自己的灵感、兴趣和创意与指导老师磋商，独立从事研究，把学到的诸如遥感等专业知识和自己的独特创造相结合，使其变成有形的实物。这些“作品”以表现环境问题为主题，一方面让她们感到骄傲，另一方面在将来还“有用”。2016年的毕业生中有32人完成了他们的“作品”，并一一在研讨会上进行了演示。

斯坦福大学“地球系统专业”由于为学生建立了广泛的环境科学及其相关的政策背景知识，使毕业生可以在广泛的领域里就业。有的本科毕业生继续攻读博士学位、法学硕士、医学硕士、工商管理硕士和其他的研究生学位。而其他的毕业生则选择到政府、非营利组织、咨询、教学、工程和研究等领域工作。

三、南京大学地球系统科学实验班创建

地球是一个整体，是一个系统。在解决重大科学问题时，不再拥有海陆的界限、地球内部和外部的界限、学科的界限、区域的界限，人类必须共同去面对和解决地球环境问题。

这一切都来源于，地球物质是在各圈层之间发生着垂向的和横向的循环，导致一个地区的问题最终演变为全球的问题，一个圈层的问题演变为整个系统的问题，地球系统科学就是要找到发生问题的原因和解决问题的办法。所以，南京大学地学四院（地科、地海、大气、环科）需要携手培养未来拔尖创新人才。基于上述考虑，南京大学2016年开设了“地球系统科学实验班”，招收了第一批学生。

“地球系统科学实验班”的任务是运用“系统科学”的方法去研究“地球科学”，关注地球大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈、土壤圈、生物圈和磁场圈之间的相互作用，以及人类社会活动对这些圈层所产生的影响。从学科角度看，把生态学、经济学、地质学、冰川学、气象学、海洋学、古生物学、环境科学、社会学和太空学等自然科学领域和社会科学领域的知识汇聚一起，用“整体观”培养学生，让他们去研究地球各圈层与其所覆盖的众多亚系统之间的互动关系、形成的组织结构，以及它们的稳定性或不稳定性。

“地球系统科学”涉及很多相关学科，包括物理地质学、自然地理学、气象学、海洋学、社会学、生理学、数学等14个学科。因此，“地球系统科学班”的学生首先要解决学习方法的问题。我们提出要整体研究地球，地内地外结合，深部和地表结合，古今结合，海陆结合，人地结合；要综合掌握相关学科的知识，相互作用的研究需要运用两个以上学科的知识；要学会定量化、模型化的研究方法，夯实坚实的学科基础；要不断探索创新，深入理解探索创新是地球系统科学最本质特征。

南大“地球系统科学实验班”采用“2+2”的人才培养模式，前2年按大类培养，后2年分流到具体专业。轮流由一个学院承担学生管理工作，四学院指定专业教师担任本科生学术导师。由最优秀的教师为实验班担任基础课程主讲教师，四大学院联合备课，由包括多位院士、名师、长江学者、国家杰青获得者在内的专业教师队伍承担专业课教学。实验班同学能够获得包括国际化实习、综合科考在内的各种优质学习资源。

具体到地球系统科学实验班培养计划，我们在第一学期安排了新生导学课、数学、英语、体育、物理实验、化学实验、形势政策等；到了第二学期，安排了固体地球科学原理、自然地理学基础、地球探测与信息技术以及普通物理、化学原理、数学、英语、体育、形势政策等，暑期安排学生参加综合认识实习；第三学期设有地球流体力学、大气科学概论、水圈与水资源、环境科学概论以及普通物理、化学原理、线性代数、概率论与数理统计、程序设计、近代史纲要等，同时对学生进行专业分流指导；第四学期设有地球系统科学导论、大学生物学以及专业分流模块课程，暑期安排学生参加综合科学考察。接下来的2年会对学生进行专业分流，根据个人兴趣，选择不同专业进一步完成3、4年级的专业学习。

在课程设计中，新生导学课系列讲座课和第四学期分流指导模块课程对学生的能力培养发挥着重要作用。以新生导学课系列讲座课为例，我们安排了诸如“我国当前空气污染现状及其所面临的挑战”“全球变暖：更热、更旱、更涝的未来”“高影响天气的观测和预测”“为什么北极地区发育了冰盖？”“如何从天空监测陆地生态系统？”“环境在人类起源和演化中起到什么作用？”“土壤重金属污染与修复”“全球碳循环”等一系列讲座，极大地开阔了学生的视野，为培养拔尖创新人才奠定了基础。

同时，我们也认识到“地球系统科学”教学和研究仍然面临诸多挑战：地球系统科学的学科定义与学术框架还不清晰；地球系统科学重视地球系统的演化和各圈层相互作用过程，关注人类活动对地球环境的影响，但其理论尚未完备；地球系统科学借助于其他学科的研究方法解决重大问题，并没有形成自己独特的方法；人类面临的地球科学与环境问题往往需要不同学科、不同领域一致行动，但各学科和领域的综合交叉仍然缺少重大进展。四、结语：地球科学进入地球系统科学时代

从18世纪末至19世纪初，地质学开始成为一门科学，正式步入地球科学时代，标志性事件是1830-1833年Charles LVeU出版了他的3卷本巨著Prinple of Geology。此后，地球科學的各个分支学科纷纷独立——矿物学、岩石学、地球化学、地球物理学、构造地质学、古生物地层学，等等。20世纪60年代，“板块构造”学说带来的地学革命使人们认识到地球是一个整体；同期，对于地球气候演化过程和机制的研究也取得革命性进展——“全球气候变化”学说建立，认识到地球科学是一个相互关联的系统科学，地球科学内部分支之间以及地球科学与其他学科之间有深层次联系。这两场地球科学革命对地球系统科学的形成功不可没。

今天，我们可以说正式迈入地球系统科学时代。作为未来的地球科学工作者必须具备地球系统科学的思维和能力，大学必须适应这种变化为未来发展准备好人才。

[本文来自陈骏校长在2016年12月3日“高校地球科学课程教学系列报告会（2016）”的大会报告，由本刊编辑部余大品整理，经作者审阅]