先进思想的力量 谈高中地理教学的发展方向,徐州市中小学教育教学研究室戴申卫,你知道吗？,广义相对论 弦论 量子计算机 1微米等于多少纳米 可汗学院 反转课堂 UWC,广义相对论的基础,广义相对论是爱因斯坦继狭义相对论之后，深入研究引力理论，于1913年提出的引力场的相对论理论。这一理论完全不同于牛顿的引力论，它把引力场归结为物体周围的时空弯曲，把物体受引力作用而运动，归结为物体在弯曲时空中沿短程线的自由运动。因此，广义相对论亦称时空几何动力学，即把引力归结为时空的几何特性。 如何理解广义相对论的时空弯曲呢？这里我们借用一个模型式的比拟来加以说明。假如有两个质量很大的钢球，按牛顿的看法，它们因万有引力相互吸引，将彼此接近。而爱因斯坦的广义相对论则并不认为这两个钢球间存在吸引力。它们之所以相互靠近，是由于没有钢球出现时，周围的时空犹如一张拉平的网，现在两个钢球把这张时空网压弯了，于是两个钢球就沿着弯曲的网滚到一起来了。这就相当于因时空弯曲物体沿短程线的运动。所以，爱因斯坦的广义相对论是不存在“引力”的引力理论。 爱因斯坦一直把广义相对论看作是自己一生中最重要的科学成果，他说过，“要是我没有发现狭义相对论，也会有别人发现的，问题已经成熟。但是我认为，广义相对论不一样。”确实，广义相对论比狭义相对论包含了更加深刻的思想，这一全新的引力理论至今仍是一个最美好的引力理论。没有大胆的革新精神和不屈不挠的毅力，没有敏锐的理论直觉能力和坚实的数学基础，是不可能建立起广义相对论的。伟大的科学家汤姆逊曾经把广义相对论称作为人类历史上最伟大的成就之一。,弦理论（string theory），即弦论，是理论物理的一个分支学科。弦论的一个基本观点是，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的点状粒子，而是很小很小的线状的“弦”（包括有端点的“开弦”和圈状的“闭弦”或闭合弦）。弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。弦论中的弦尺度非常小，但操控它们性质的基本原理预言，存在着几种尺度较大的薄膜状物体，后者被简称为“膜”。直观的说，我们所处的宇宙空间可能是9+1维时空中的D3膜。弦论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论 。,1 米（m）= 1000毫米（mm） 1毫米（mm）=1000微米（m） 1 微米(m）= 1000纳米（nm）,35纳米的钻石在显微镜下,1982年，诺贝尔奖获得者物理学家费曼想出了“量子计算机”， 比当今最强大的计算机要强大数百万倍。,地理学科的未来会如何？,在二十世纪,地理学有了很大的发展 从经验的地理学走向实验和实证的地理学(李吉均,1999)， 从定性描述的地理学逐步走向定量分析的地理学， 从站在地表看地表的地理学走向从地表以外来看地表的地理学， 从以资源开发为目的的地理学逐步走向以环境协调和可持续发展为目的的地理学。 那么在二十一世纪,地理学将会变成什么样子呢？,李吉均先生（1991）曾总结说，现代地理学是全球地理学、建设地理学、统一地理学、圈层相互作用的地理学、高技术的地理学2。 白光润教授（2006）也指出，现代地理学是全球地理学、建设地理学、统一地理学、综合的地理学、高技术的地理学4。 那么未来的地理学将会变成什么样的地理学呢？,出发点:分析的基础,社会经济发展的趋势及其对地理学的要求(可能性,决定了向什么方向发展) 科学技术发展对地理学发展的促进(可行性,决定了发展到什么程度) 学科自身发展的趋势(必然性) 教育发展的趋势,社会经济的发展与转型,（1）从原始社会到农业社会 （2）从农业社会、工业社会后工业化社会, （3）从资源经济到知识经济 （4）从局地经济区域经济全球经济 （5）人类从依赖、适应自然修饰、改造自然人与自然相协调 （6）从计划经济或者市场经济计划与市场结合的复合经济,科学技术的发展,航天技术的发展, 使得人类跳出地球看地球. 航空技术和交通技术的发展,使得人类活动的半径越来越大,世界相对变小. 信息网络技术的发展, 使得时空尺度在发生变化. 观测技术的发展使得对地表环境定量观测越来越广泛 分析实验技术的发展使得地理分析的定量化程度越来越高 计算机及相关技术的发展,使得对地表环境的模拟越来越准确,高等教育的发展,大众化（强调全面素质与能力） 国际化（世界眼光、国际交流能力） 尖端化 (要求、期望更高),学科的发展：,地球科学地球系统科学, 从地理学地理科学、地球表层系统科学 （突出了联系性、层次性和整体性，强调要素之间的联系，圈层之间的相互作用，以及部分之间、部分与整体之间的联系）,小结:地理学发展的背景与趋势,从资源环境， 从局地全球 从边缘中心 从人地对立人地协调 从建设发展、可持续发展， 从分析、综合的分离分析综合的统一 从宏观、微观分析的深化宏观、微观的有机结合 从人文、自然、技术的相对分离文、理、工的紧密配合,地理学新体系,1、科学的地理学,从经验到实验、实测, 从描述到分析 从定性到定量、半定量 从状态的描述-过程探究-机制探索,更加重视地球表层的物理过程、化学过程、生物过程和人文过程的实验、观测，更加重视过程的反馈机制的探究和相互关系的模拟计算与分析 . 对地理特征的认识越来越深入，对地理规律的把握越来越准确。,科学的地理学,过去那种一想起地理学，就会想起地名和矿产，想起地方志，想起风水和风水先生的地理学，已经成为历史。 现在只要提到区域规划、地缘政治、环境演变、全球变化、资源管理、灾害防治、全球定位、卫星导航、圈层相互作用、人与环境的相互影响、区域可持续发展等，都会立刻想到地理学和地理学家。 可以说地理学正在走向科学的地理学，走向地理科学,二十一世纪的地理学将成为科学的地理学。,2、技术的地理学,随着技术的进步，越来越多的技术被应用于地理学的研究和调查，如全球定位系统、遥感、信息管理和分析技术等 ,成为国际地理学发展的重要标志，,技术的地理学,甚至地理学的理论与方法已经融入到一些技术中形成了具有地理学特色的技术，如地理学理论、方法与信息技术的结合形成了地理信息系统，地图与电子技术的结合生成了电子地图。数字地球技术也是基于地球坐标的，由地图、遥感、定位、信息、网络、可视化等技术有机结合的产物。,技术的地理学,地理信息科学与技术突飞猛进，正在改变和改造着地理学。地理科学的信息化越来越明显，地理学的技术特色越来越突出，地理学逐渐变为信息的地理学、技术的地理学。,3、哲学的地理学,地理学的观点和方法，不同于其它科学，有其独特的地方。是认识世界不可或缺的思维方式和方法。 理查德哈特向认为，地理学在本质上应该解释为一种观点，一种研究方法，是从地区差异的观点来看地球表面所存在的事实的学科。 美国国家研究院院长Bruce Alberts指出，地理学是从地域、空间和尺度的视角着重对人类社会和环境进行研究1。,地理学的视角,地方的综合(多要素的融合、圈层的相互作用) 地方间的相互依存（区域联系、区域相互作用） 尺度间的相互依存（层次性、时空尺度性） 人地相互依存（人与环境相互作用、彼此协调）,哲学的地理学,只是在过去由于地理学受到非难和歧视，地理学的观点和方法没有得到应有的重视。 随着地理学的发展与成熟，随着地理学对社会和经济发展的贡献越来越大，地理学的观点与方法得到了越来越多的重视。 美国已经制订计划进行地理扫盲，指出其他行业和学科也有必要借鉴地理学的思维方式和方法，来增加地理视角的使用,以提供其他方法不能得到的科学洞察力 ,哲学的地理学,过去的地理大发现平息了关于地球是方的还是圆的的争论，改变了人类对于世界的认识。 今天地理学家关于人地关系的研究，促进了社会可持续发展和科学发展观点的形成；对于区域的研究，在区域合作以及区域发展战略的制定中，发挥了不可替代的作用。,哲学的地理学,要正确认识世界、认识地球，缺乏地理学的观点和方法是不可想象的。 地理学源自哲学（在古代是哲学的一部分），而又促进了哲学的发展。从一定角度来说，是哲学的地理学。,4、系统的地理学,地理学是研究人类赖以生存的地球表层环境以及人与环境相互作用的学科。从系统学的角度来说，地球表层环境就是一个系统地球表层系统。地理学就是研究地球表层系统的核心学科。,系统的地理学,地球表层系统是由岩石圈、大气圈、水圈、生物圈与人类圈相互作用构成的系统。实际上，岩石圈、大气圈、水圈、生物圈与人类圈本身，就是一个个相对独立而又相互联系的系统。,系统的地理学,作为地理学研究和考察的重要对象区域，也是系统。区域内部，地貌、岩石、土壤、水文、气候、动物、植物和人类等多要素相互交叉、相互融合；区域之间，也通过物质流、能量流和信息流相互联系、相互作用。 地理学的特色和优势，就在于从系统的角度去研究地球表层环境的组成、结构、运行机制及其区域分异规律，从系统科学的角度去研究和考察地球表层环境与人类的相互作用。 系统性已经成为地理学的性质与特征，地理学正在成为系统的地理学，正在逐步走向地理系统科学，走向地球表层系统科学。,5、统一的地理学,社会发展到今天，在地球表面很难找到一处丝毫没有受到人类干扰和影响的纯粹的自然环境，也找不到一处丝毫没有打上自然环境烙印的人文环境。地理学作为一个整体，不能分成自然和人文两部分。因此，从研究对象上来说，自然地理学与人文地理学是无法绝然分开的。 阿努钦早在1960年就曾经提出统一地理学的思想，提倡自然地理学与人文地理学的结合。而地理学发展到今天，除了要强调自然地理学与人文地理学的结合外，还应该强调自然地理学、人文地理学与地理信息技术的结合。,统一的地理学,从学科体系上来说，地理学通常包含三个二级学科：自然地理学、人文地理学、地图学与地理信息系统（国家学科分类体系）。三个二级学科分别具有理科、文科和工科的性质，地理学自身具有文、理、工三结合的性质。 可是过去由于学科的分化以及对专业的强调，三个二级学科之间的交叉和融合显得比较薄弱。自然地理学家对人文因素对于自然过程的影响重视不够；人文地理学家对于自然因素对人文过程的作用考虑得不够全面；地图与地理信息系统专家从技术和系统层面考虑得较多，而在主动与自然地理或者人文地理融合、解决地理学问题方面还不够深入和普遍；,统一的地理学,自然地理学家和人文地理学家，不是把地理信息技术作为自身素质的重要组成部分，而更多是把它作为可以利用也可以不用的一个工具和手段。 三个学科和专业之间老师、学生、研究生的交流也不够深入和广泛。甚至在一些学校，地理学的三个二级学科被分化和隔离到不同的学院或者学科。 尽管学科的分化促进了各二级学科向纵深方向发展。可是学科发展到今天，这种分化已经在一定程度上限制了地理学的整体发展和继续发展。 三者的融合，地理学的统一，成为必然趋势。二十一世纪的地理学是统一的地理学。,6、全球的地理学,地理学研究的对象是地球表层环境。地球表层环境，覆盖或者环绕了整个地球。因此，地理学的研究对象具有全球性。 地球表层环境，是岩石圈、大气圈、水圈、生物圈和人类圈相互作用而形成的。在空间尺度上，各个圈层也是全球尺度的。圈层相互作用，不是局限于某个地点或者地区，是全球性的。 在地球表层，不断地进行着物质的循环、能量的流动和信息的交换。而物质的循环、能量的流动和信息的交换，并不局限于局部，往往跨越了地区、和国家的界限，跨越了大陆和大洋，也具有全球性。,全球的地理学,人类活动的范围越来越大，速度越来越快。从沿海到内陆，从平原到高原，从赤道到两极，几乎都遍布了人类活动的足迹。经济全球化，使得原料的配置、生产的组织、产品的销售，不再局限于某个地区或者国家。区域之间、地区之间的联系性越来越强。 温室效应、环境污染、资源短缺、生态破坏、物种灭绝，不再是局部地区和某个国家所面临的问题，已经超出了地区和国家的界限，成为一个全人类所面临着的全球性的问题。 区域性是地理学的重要性质，研究区域分异是地理学的重要任务。要研究区域分异，必须从整个地表环境着眼，才可能