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21世纪美国高校地球系统科学教育(ESSE21)


1  简介
由美国国家航空航天管理局(NASA)以及大学空间研究协会(Universities Space Research Association,USRA)合作的以大学为基础的地球系统科学教育(ESSE)计划是在NASA的资助下,发起于十年以前,在全国范围内将地球系统科学引入本科课堂方面进行了合作性尝试。目前有45个ESSE研究所每年开设120多门地球系统课程,为数以千计的学生接受跨学科内容的教育。这一尝试的核心是在提供教程和内容上的系统变革,也是高校强调跨学科课程、培训、学位和科系组织基础结构上的系统变革。在各高校及NASA的合作伙伴之间已有的成功经验和合作基础上,一个新的名为ESSE21的项目在NASA的资助下启动了。通过更宽泛的合作,这一项目寻求基于教育资源的广泛发展,包括教程共享,电子学习资料,以及将在本科课堂和实验室里扩展地球系统科学思想的学位计划。这些资源强调地球系统科学的基本原理,为提高科学、技术、工程和数学能力的国家较广泛的议程服务,并且这些资源还是扩充和强化一种将来由科学家和公民所做的决策为基础的知识的关键。
ESSE21每年从本科机构中寻求支持者,在教程、课程和学位计划中建立并采用本科和研究生水平的地球系统科学内容。其最终目标是在接下来的十年里通过发展地球系统科学的学习资料、教程、课程和学位跟踪计划,以及可以自我维持的科系来产生系统性变革。跨学科的高校队伍通过一种名为“参与请求”的详细评估遴选出来。ESSE21提供一种基础设施,这种基础设施是利用NASA的全球变化数据、模型、视频以及电子媒体网络等资源发展跨学科的地球系统科学内容,从而促进教育者和研究者的健康互动团体。ESSE21的最终目标是扩展和促进国家的正确认识和科学的跨学科教育资源以从地球是一个系统的可持续性观点出发规范学习和决策制定。

2   背景
从1991年起,以大学为基础的地球系统科学教育(ESSE)合作计划通过向高校教职员工发放小额的经过遴选的津贴,以资助地球系统科学发展,开发具有本科水平的地球系统科学教程。NASA通过ESSE对课堂的均衡投资,促使并协助了45个高校积极开发地球系统科学的概括的和高级的教程。在某种意义上,整个高等院校已经重新整合教程,以在地球系统科学领域建立学位计划。来自这些美国大学的教职员工彼此联合并与NASA的科学家们一起开发大学本科课程且提供教学服务。每一个机构至少开设一门概括性课程和一门高级课程,在高级课程里,教师们提出一些与社会相关的,有挑战性的地球系统课题和重要的科学问题。高校参与了一种交流活动,从其他ESSE机构和NASA来访的教师和科学家带来了不同于自己学校所有的专业技术和观点。这个计划每年举行实习研讨会和开设研究班,使教师和助教能够熟悉新的软件资源和课堂教学方法。
ESSE所有的参与者已经从领导跨学科地球系统运动本土化和全国化中得到了益处。通过概括性的和高级的教程,以不同学生群体为目标,ESSE已经成为建立跨学科知识体系和培养从事地球系统教育和研究下一代科学家和教育者的关键手段。
ESSE的网站(http://www.usra.edu/esse)建立于1994年,是最早培养跨学科地球物理学观点的先驱者之一,这一观点需要通过在ESSE参与者和互联网中最大范围地分享相关信息来理解地球系统。ESSE继续为地球系统和全球变化科学举办一个全国性的学术讨论会,为本科教育服务,并为选择从事地球系统科学研究为职业的未来科学家拓展跨学科兴趣。
ESSE的使命由其参与者和那些已经接受地球系统科学是一个过程的教师和学生们来坚定不移地继续。ESSE的教程继续被讲授和改进,成为这一计划的明显的特征。120多门课程正在ESSE机构里被讲授。ESSEⅡ机构在1995年至1999年间提供资金,每年大约有3600名学生参加地球系统课程的培训。ESSE参与者在将地球系统科学带入本科课程主流的系统性变革浪潮中完全是伙伴和领袖。他们中的一部分是技术的早期采用者,现在成为电子内容传输的领导者。那些已经形成有价值的合作关系的,并在新的指导方针下成长的ESSE参与者们是通过大学的合作伙伴平衡使用资源的内在优势的生动例证。ESSE参与者们致力于发展新的观念和完成计划,其中包括地球系统科学教育期刊(JESSE),当代地球科学图片(EPOD)及地球系统教育数字图书馆(DLESE)。ESSE的合作伙伴们将继续利用地球系统会议的组织为专业团体会议提供帮助。

3   ESSE21的广泛使命
ESSE21的重要使命是使科学家和教育人员参与跨学科的合作开发,在本科课堂和实验室中提供集中于地球系统和全球变化科学的基础理解和应用的学习资源和教程。地球系统科学试图将地球理解为一个包括大气、海洋、陆地和生命等过程的综合系统。对综合观念的需求在过去十年已经在研究团体和本科课堂上得到了广泛的接受。同时,这一要求可作为一个重要的框架从中提出关于地球的交叉学科问题。

图片1

1:地球系统科学联系和综合学科专长


如图1所示,作为广泛使命的一部分,ESSE21在高校的正式教育结构中保证课程和学位计划在地球系统和全球变化科学中的采纳,依此激励并产生高校的系统性变革。ESSE21通过提供一种基本结构来支持教育机构中教师和科学家的合作,并与NASA计划和科学家一起,把目标设置为强化基础,拓宽跨学科地球系统和全球变化科学教育的范围,以此作为这个国家全部正式和非正式教育体系的组成部分。
技术和数据及理解地球系统过程和现象的需求为研究人员和教育人员之间形成新的创造性的合作关系提供了机会,发展地球系统的基础科学,反过来通过观察激发课堂中水平不同的所有学生的兴趣。ESSE21的目的是通过研究合作和从目前和未来NASA地球观测系统(EOS)的观测能力出现的结果交流的基本需求,抓住机会超越课堂教育。以团体经验和ESSE专家技术为基础,ESSE21致力于使高校在集中NASA的独特贡献和优先权时,确保基本的地球系统科学观念的成长和发展。通过集中于跨学科地球系统科学教育,ESSE21扩展和强调了地球系统科学研究的应用,从而提出了现实的世界问题;科学的技术发展和应用;以及终生学习地球系统科学技术的职业发展。
ESSE21支持由高校的教师和助教组成的跨学科团队发展新的计划、教程和学习资料,与NASA和其他大学研究人员积极合作,在本科机构中影响系统变革。在NASA中心和高校进行的NASA继续研究开发投资通过在ESSE21参与者和其他NASA项目之间创造合作机会来平衡,以此为本科教育环境扩充基础研究和科学经验。将少数民族机构纳入这一计划的范围之内是一个特殊的重点。由ESSE21的参与者开发的正式的和非正式的教育资源,将强调对地球系统的科学、应用和技术的跨学科联系。通过发展地球系统科学学习资料、教程、课程、学位跟踪和学位计划以及在未来的十年内可以自我维持的从事正式的和非正式的教育的大学科系来实现系统性变革是正在进行的总体目标。

图片2

2ESSE21的利益相关者和目标

ESSE21巧妙地对三类利益相关者(NASA的地球科学事业单位,本科或研究生教育团体以及一般意义上的全球社会)的多重需求做出反应(见图2)。将地球作为一个跨学科系统来理解是这些利益集团的关键目标。ESSE21认识到与地球科学事业战略计划有关的NASA的研究和教育目标,高校在课堂上对目前相关知识的需要,以及社会在普通意义上对系统的文化的广泛需求,并对这三个方面做出了反应。

3.1  NASA的地球科学事业战略计划

图片3

3NASA地球系统科学框架——科学、应用和技术


地球科学事业战略计划的使命是对地球系统的科学理解和它对由自然和人类引起的变化做出的反应,从而提升对气候、天气及现在和未来时代的自然灾害的预测。该战略计划的目标是通过使用技术应用地球系统研究成果来服务于社会。ESSE21将教育和终身学习看作是为机构稳定发展服务的重要驱动力量(见图3)。
识别、理解和预测地球系统的潜在需要驱使和鼓励了ESSE21不断对高校教育人员起作用。

3.2  高校
高校在发展合作关系方面扮演了重要角色,并在学术人员(研究人员、教育人员和学生)、政府、工业和团体之间以普通的会议场所的形式提供大量的服务。高校的主要事务是教育,即知识的传播以及使用和扩展这些知识的能力的发展。科学、技术、工程和数学(STEM)描绘出了对我们的文明成果至关重要的知识的主体,在一起加入ESSE21的体系内以后,这四个方面在获得支持方面为影响和改变社会呈现了极大的潜力。
地球系统的研究比任何其他应用科学更紧密地围绕STEM的所有方面,而且ESSE21提供非同寻常的机会以创建和改善教程和学习资料,这些教程和学习资料是为了适应当地的和区域的利益以及学习者的需求的,然而对全国的及国际的大众来说是可扩展的和有意义的。

3.3  全球社会需求
社会寻求和实现对提高生活质量和优化人类与自然世界的平衡的基础科学研究的投资的回报。正如新的世纪所展现的那样,对维持可持续的环境挑战与利用技术补救的承诺一起,在整个社会的努力中对新型的合作关系产生了迫切的需求。没有任何一个单独的科系、学校、大学、学科或社会活动本身就拥有挑战地球系统科学前沿问题所具有的广度和深度的资源。合作关系必须利用安全的科学原则从一系列的学科中形成。合作伙伴必须对诸如可持续的农业,城市和农村发展,安全饮用水,居住地差异,臭氧层破坏,气候变化等等的地方性和全球性问题进行识别、理解及响应。地球系统科学的跨学科发展鼓励了科学与社会一起对有科学意义及与人类相关的课题的合作。ESSE21集中在地球系统科学观念上,为这种合作提供了一个自然起点。

4 ESSE21的目标
为了实现前面提到的使命,ESSE21提供了一个可以产生和支持教育人员和科学家们需要的组织结构,在跨学科地球系统和全球变化科学领域中,为高校设立教程以及次要的和主要的学位计划。这一计划有三个主要目标:
• 支持和拓展一个由高校教育人员和科学家们组成的活跃多样的团体,联合不同学科的教师,将它作为在地球系统科学领域开发和提供教程与相关课程的伙伴。当机会来临时,科系和学位计划将会在跨学科地球系统科学中产生。
• 运用独特的地球系统科学内容在本科生和研究生水平上结合研究、数据、模型、图像、应用和技术,培养和丰富为课堂和实验室所用的跨学科学习资源的发展



摘自:《地球系统科学发展战略研究》