基于学生手绘图解探究生物地球化学循环(Biogeochemical Cycles)的地球系统思维培养

来自某高校的研究人员通过分析本科生绘制的碳(C)、氮(N)、磷(P)循环示意图，探究STEM与非STEM专业学生的地球系统思维差异。研究发现STEM学生能描绘更多通量(fluxes)和储库(reservoirs)，且化学/生物学课程数量与绘图复杂度显著相关。该研究为跨学科系统思维培养提供了重要启示。

　　

生物地球化学循环(Biogeochemical cycles)作为连接地球各圈层的核心框架，其碳(C)、氮(N)、磷(P)等元素的流动过程涉及大气圈、水圈、生物圈等多重储库(reservoirs)与通量(fluxes)，堪称培养系统思维的绝佳切入点。这项探索性研究别出心裁地收集了本科生手绘的三大循环示意图，通过量化其中的储库数量、通量路径等要素，首次揭示了学科背景对系统思维具象化的影响。

统计分析显示，STEM专业学生绘制的循环网络明显比非STEM同学生动丰富——前者能标注更多生物地球化学储库（如土壤有机质、海洋溶解碳等），并准确描绘元素在生物固氮、沉积物埋藏等关键过程中的迁移路径。更有趣的是，化学与生物学课程修读数量与绘图复杂度呈强相关性，暗示学科交叉训练可能激活系统认知能力。

主成分分析(PCA)在碳循环绘图中发现两大典型模式："生物主导型"(bio-centric)绘图聚焦光合作用-呼吸作用等生物过程，而非STEM学生清一色采用该模式；"地质主导型"(geo-centric)则强调岩石风化、海洋沉积等地质过程。这一发现为改进通识教育课程设计敲响警钟——当前教学可能过度割裂了地球系统的有机联系，亟需在基础课程中强化跨圈层相互作用的可视化训练。