基于地理空间尺度思想的中学地理教学设计

徐志梅袁孝亭

（1.山东师范大学 人口•资源与环境学院, 山东 济南 250014; 2.东北师范大学 城市与环境科学学院, 吉林 长春 130024）

基于地理空间尺度思想的中学地理教学设计

徐志梅1袁孝亭2

（1.山东师范大学 人口•资源与环境学院, 山东 济南 250014; 2.东北师范大学 城市与环境科学学院, 吉林 长春 130024）

空间尺度是地理学研究的重要内容，对于中学地理课堂教学具有重要的方法论价值和意义。文章主要探讨地理空间尺度的内涵、分类，以及地理空间尺度特性，分析地理空间尺度对中学地理教学的价值，并提出基于地理空间尺度的课堂教学设计策略。

空间尺度；中学；地理教学

尺度是地理学的一个重要概念。近年来有关尺度的研究一直是地理学中研究的热门话题。“地理学的基本思想是根据其空间的差异性，将空间划分为大陆、地区、地方和地点来理解地表”。地理教学也涉及尺度的问题，然而现有的地理教学很少考虑尺度问题，缺乏如何运用尺度问题组织地理信息，发展学生地理思维，形成地理空间观点，建构地理探究方法等方面的研究。基于此，本文以地理空间尺度分类、地理空间尺度特性、地理空间尺度对中学地理教学的价值表现，地理空间尺度教学设计策略等作为探讨的重要内容。

一、地理空间尺度的概念与分类

尺度是某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围和发生的频率，也指观察或研究对象的空间分辨率和时间单位。[1]尺度包含空间、时间和等级三个要素。地理学中尺度主要关注空间，地理空间尺度是一种空间认知和空间分析方法，地理学家经常运用不同尺度的地理空间来分析并表达世界，以及认识地理空间尺度效应带来的结果。

对于地理空间尺度的划分，不同的学者划分出不同的类型。D.R.Mtello将空间尺度分为地图尺度、分析尺度和现象尺度三种类型。[2]地图尺度是指图上距离与地球上实际距离之比。地图尺度被用于绘制地图，用符号描述真实世界中两个事物之间的距离。分析尺度指被分析问题所在的单元大小，包括被测量现象单元的大小，以及为数据分析和绘图所测量单元的大小。分析尺度的一些问题来自于实践，地理学家使用主观经验“试误”方法来辨识分析某一现象应该选择的正确尺度。现象尺度指人文或自然地理结构或过程存在的单元，它是地理现象的真实尺度，是地理结构存在的大小以及地理过程运行的大小。现象尺度的确定是地理学中一个重要的研究目标，正确地辨识现象尺度是地理研究中的一个核心问题。地理学家已认识到为了最准确地观察或研究某一现象，分析尺度必须与现象尺度相对应，要正确地辨识现象尺度。J.Wu认为尺度包含空间、时间和组织水平三个最基本的维度。基于空间维度，将空间尺度分为内在尺度、观察尺度、政治尺度。内在尺度是指某一格局或过程事实上运作的尺度。观察尺度是研究或测量所采用的尺度。[3]观察尺度并不一定与内在尺度一致，地理学家通过特定分析、比例分析、小波分析、尺度变化、地理统计、多尺度目标等方法确定观察尺度，尽量使观察尺度与内在尺度一致。受一系列经济、政治、社会因素的影响，会形成另一种尺度——政治尺度。政治尺度与其他尺度类型相互联系，只有当所采用的政治尺度与问题的内在尺度相一致，政治尺度才有效。我国地理学者李双成、蔡运龙将其归并为本征尺度和非本征尺度。本征尺度是指自然本质存在的，隐匿于自然实体单元、格局和过程中的真尺度。非本征尺度是人为附加的，自然界中并不存在的尺度，包括研究尺度或操作尺度。研究尺度和操作尺度的选择常常受研究目的、科学发展水平以及经济发展水平的制约。[4]

从以上学者的分类可以看出，多数学者分类中均有实际尺度和操作尺度两种，只是名称不同，如以上分类中的观察尺度、分析尺度、研究尺度实际为一类，而现象尺度、内在尺度、本征尺度则为同一类。不管如何划分，各种尺度类型间相互作用、相互联系，分析尺度、观察尺度必须以现象尺度和内在尺度为基础，而现象尺度和内在尺度则需通过分析尺度和观察尺度来表达。

二、理解地理空间尺度特性是地理空间思维和地理空间观点建立的前提

1.地理空间尺度具有等级性

尺度具有明显的等级结构特征，常分为微观、中观和宏观等几个层次，尺度越大表示研究面积越大、研究对象的时间间隔越长。具体的地理空间尺度的划分常常根据研究对象特征和研究需要等实际情况而定。各结构等级间相互联系，相互作用，存在相互镶嵌关系。一方面，大尺度空间是由若干中等尺度空间及更多的小尺度空间镶嵌而成的，大尺度空间的研究必然以中尺度空间和小尺度空间的研究为基础；另一方面，小尺度空间发生的现象受其所在的大尺度空间影响和制约，大尺度空间是中小尺度空间地理现象发生发展的前提和基础条件。因此，对于某一地理对象研究，需要同时进行大尺度、中尺度、小尺度下的综合研究，并正确处理各尺度研究的协调和有机整合。凡是涉及到区域的、地方的、直至更小范围的地理空间，它们要受到宏观尺度规律统一制约，更加注重较细微、较精密的空间结构、空间排布等规律的探讨。它们以点在二维(平面)或三维(立体)空间中的分布规律或排布格局为研究目标，力图发现更加抽象的、在均衡状态下的空间分布的本质。

2.地理空间尺度具有依存性

地理空间尺度的依存性是指在某一尺度上观察到空间格局和空间过程，可以在其他尺度上发生。地理空间尺度的空间依存性，主要是由于不同空间尺度下此类现象的发生与其形成的基本原理相同，从而形成相类似运作过程。一般来说具有空间依存性的地理事物和现象其具有明显的相关性，可以从一种尺度推演到另一个尺度。

3.地理空间尺度具有尺度效应

并不是所有的现象都具有尺度依存性。有些地理事物和现象的地理特性，会由于空间尺度的变化而不同，也就是说某一地理事象的特性与其所研究的空间区域的大小有关联，地理学研究中这种由于改变研究尺度而产生的结果的变化称为尺度效应。尺度效应的产生原因有两个：第一，由于尺度的概念会影响主导因子发生变化，致使在某一尺度上的表现稳定的特性，在另外尺度上则表现为不稳定。第二，地球系统的空间异质性限制了从一个空间尺度到另一个空间尺度的信息转换，是空间尺度效应产生的根本原因。不同影响因素有不同的空间变异特性及局限性，某种因素的明显变化只发生在一定大小的空间尺度内，在特定的空间尺度内面积的缩小或放大，变异度不会持续增大，而是维持某一特定水平。

4.地理空间尺度具有时空关联性

空间与时间是尺度的两个最基本的轴。最近几十年，时间与空间尺度的关系受到越来越多的关注。研究发现空间尺度和时间尺度的比率在一系列尺度上总是相对不变的，这一比率被称为“特征速率”。即许多自然、生态、社会经济现象，大尺度总是有较慢的速度以及更少的频率。相反小的事象速度较快、频率较大。说明地理事物和现象的空间尺度和时间特征尺度是紧密相关的，对于复杂的地理系统，可以从时间、空间方面同时研究分析。例如对生态系统来说，在小尺度上常表现出非平衡特征或瞬变特征，但在更大尺度上则表现为极强的稳定性和可持续性。因此，大尺度的生态过程可提供较大的稳定性，而小尺度的生态过程对个别景观系统的波动具有显著影响。

事实上，不是所有自然现象都严格遵循时空相应的规律，不同性质的尺度频率可能会有所不同。许多时间上循环的事件，如太阳黑子的周期性变化，在大空间尺度上发生，却有相对频繁的频率。一般来说符合巢状等级结构的事物往往符合这一规律（如小的实体被包含在大的实体中，反过来又被大的实体所包括），但非巢状等级结构事物往往不符合这一规律。近年来，由于人类活动使得大多数生态现象的时空尺度比率发生很大的变化。

5.地理空间尺度转换特性

空间尺度转换就是跨越不同空间尺度的进行辨识、推演和预测，通过尺度转化可以将已知的某一空间尺度上的问题扩展、推演到更大或更小空间尺度上的相应问题。一般来说，大尺度空间特征值并非是若干小尺度特征值的简单叠加，小尺度特征值也不是简单的大尺度特征的拆分，而是需要在不同空间尺度建立某种尺度转换关系。传统上，许多地理实验和研究是在小的空间尺度上完成的，而对于大空间尺度的实验操作和研究会受到限制。因此，如何将小空间尺度下的研究通过尺度转换，外推到大的空间尺度具有重要的理论意义和实践价值。比如土壤侵蚀定量评价的空间尺度转换就是在各种技术的支撑下，将小空间尺度上的观测数据和模型合理地应用于大的空间尺度，实现大空间尺度的土壤侵蚀定量评价。但是，由于研究的尺度和地理事象不同，影响因子也会发生相应变化，尺度转换关系也会随之发生变化，这使尺度转换变得非常复杂。

三、运用地理空间尺度进行教学具有重要教育价值

对地理空间尺度大小进行清晰、准确的认知，是对地理事物和现象进行等级划分、分析地理成因、认识空间关系、解释地理现象、解决地理问题的基础和前提。通过地理空间尺度教学可以帮助学生组织地理信息、建构探究方法，从而发展学生的地理空间思维，建立正确的地理空间观点。

1.通过地理空间尺度等级划分来组织地理空间信息

最近，脑科学家研究发现人类通过建立不同区域的框架来组织空间信息，将较小空间尺度的详细信息添加到较大空间尺度的粗略信息系统中，形成不同空间尺度的区域信息结构体系。地理学家经常讨论尺度的等级，从大洲到国家、省区、地区、乡镇，形成不同等级尺度的空间区域系统，运用空间尺度等级来组织空间信息，形成按照空间尺度的大小关系和包含关系来建构心理地图。我国区域地理教材的编制往往以地理空间尺度为依托，来组织地理内容，安排教材编写顺序，从大尺度空间到小尺度空间，从宇宙到地球上的陆地和海洋，到大洲、地区、国家、省区，最后是乡土地理。

2.运用地理空间等级来描述空间特征

“改变分析的空间尺度能提供深入了解地理过程和现象的洞察力，能了解地理过程和现象在不同尺度上是如何相互联系的”。同一对象在不同尺度空间的描述是不同的，建立在一定尺度基础上的区域地理空间描述，有利于形成对地理概念深层次描述与理解，有利于对概念进行全方位清晰把握。因此，在描述地理空间事物时，尺度性必须加以考虑，学生要能够使用大尺度和小尺度视角，描述不同尺度下的地理事物和特征，以提供不同解释。例如，对于城市若从宏观尺度考虑，它往往被视为一个点，而若从较小的空间尺度观察，可以看做是一个面，而从更小的尺度上来看，则包含了更为丰富的信息，表现为不同功能区组成的空间，其内部有空间结构，如扇形结构、星形结构等。

3.实现从现实空间到地图空间转化，进行差异性度量

地理学家运用空间尺度的概念，将现实世界大尺度空间通过一定的规则转化成小尺度地图空间。如果学习者掌握了地理空间尺度的概念，理解了现实空间与地图空间的关系，可以运用尺度转换的规则来判断现实世界的状况，认识实际空间区域的特征与地图图示特征之间的关系。如可以通过地图来计算海岸线的长短、地形坡度的大小、空间距离的大小等。地理空间尺度和规模原理还涉及地图的使用，如对城市气候和城市土地利用而言，地理学家应使用较大比例尺地图；对于城市体系和气候区划研究而言，则会运用较小比例尺的地图。同时地理空间尺度大小还会影响差异性度量，如判断地形坡度、气压梯度大小时，除了看等高线的疏密，还要看空间尺度的大小。

4.运用地理空间尺度教学发展学生空间思维

尺度是地理思维的重要部分，皮亚杰和他的同事声称“不同尺度在人们感知和思考方式上存在很大差异”，也就是说尺度影响人们对其所见和所经历事物的思考方式和思维方法。通过空间的方式观察认识世界，能够使用和理解尺度是地理思维和空间观点的基础。培养学生的地理思维能力，就要理解空间尺度，以及如何使用空间尺度视角解决地理问题。

（1）对不同区域的地理现象进行比较分析，要判断空间尺度大小、延伸方向，比较尺度特征，发现其规律，找出其联系。同一地理现象在不同的位置占据不同大小的空间尺度，如刚果盆地和亚马逊流域同为热带雨林气候，亚马逊平原热带雨林气候分布范围更广。同一地理事物和现象由于占据的空间尺度大小不同，会形成不同的地理结果和影响。如，东亚地区和北美东海岸，同在大陆东岸，维度位置大致相当，却形成不同的气候类型。

（2）对于同一事物，要从不同的尺度进行考查，探究其在不同空间尺度下的功能和影响。例如，在探讨人口迁移的影响时，要考虑人口迁移对不同空间尺度地域的不同影响，对于迁出地来说人口会减少、人口密度会减小，而对于迁入地来说人口会增加、人口密度会增大，但从大的空间尺度上来看，人口数量和人口密度却保持不变。

（3）要把握不同空间尺度下所涉及的主要问题和核心环节。一般来说，对于同一地理事物和现象，研究的空间尺度不同，研究主题和研究的目的也有较大差异。对于大的空间尺度对象主要研究其规律和格局，而小的空间尺度对象则主要研究其特性、结构。如，对于河流的研究，大尺度空间下主要分析其流域、水系、水文特征、河流补给方式、水能资源等，而在小的空间区域内主要分析河床、河漫滩、阶地等。

5.运用地理空间尺度概念建构地理探究方法

地球是一个复杂的巨系统，要详细、具体地进行研究、模拟或表征，必须采用划区的方法将其简化，通过对不同空间尺度区域的研究，提高对地理信息细节数量和程度的概括水平。同一地理事物和现象在某一尺度水平上的活动结果，可能与另一水平上的结果很不相同，基于问题分析的尺度不同，人们对特定现象得出的结论会发生变化。因此，地理空间尺度的问题在地理学中具有非常重要的地位。

四、运用地理空间尺度进行教学设计的策略

1.学习分析不同地理空间尺度的方法和策略

在地理学中，空间尺度是一种空间认知和空间分析方法，地理学家经常运用不同尺度的地理空间来分析并表达世界。中学地理教育，要教给学生认识和学习不同空间尺度的方法和策略，先从大尺度的整体知觉，然后将大尺度空间根据一定的标准划分成多个区域，再对局部空间进行比较、分析，在此基础上再从整体上分析大尺度空间的总体的规律、特征等，部分到整体，局部到系统，螺旋上升。

2.研究各种地理空间尺度间的关系

不同尺度上的地理现象相互联系、相互作用，在某一尺度上发生的现象来自更小或更大尺度，小尺度的现象镶嵌在大的现象中，大尺度现象包含小尺度现象，大小尺度现象相互作用，相互影响，因此要学会分析研究同一尺度之间以及不同尺度间地理事物和现象的相互关系。

3.认识不同地理空间尺度功能效应

地理学家认为在不同等级层次单元上发生的地理事件具有不同规模、性质，不同尺度和规模的地理现象作用机制不同，对其解释也具有显著的差别。因此，在认识地理问题的过程中，能够将地理空间事象放置于不同的空间范围内进行思考，能够认识不同尺度所带来的功能效应。例如，不同尺度要素对城市气候影响不同，小范围的下垫面的植被覆盖变化对大气环流几乎没有影响，但是对城市气候来讲就不可忽视。对城市气候变化的分析，不仅要考虑整个气候空间模式的变化对城市气候是否具有实质性的影响，而且要考虑小尺度的下垫面所发生的变化。

地理空间尺度的问题在地理学中具有非常重要的地位，地理研究都是建立在不同尺度空间区域的基础上。在中学地理基础教育阶段，要帮助学生发展空间等级的观念，注意分析不同尺度下的地理过程和现象，能够根据区域的空间尺度大小，判断真实的空间距离，而且能够在不同的尺度之间选择问题和恰当的空间分析方法。

[1] 李小建.经济地理学研究中的尺度问题[J].经济地理,2005(7)：433-435.

[2] In N. J. Smelser & P. B. Baltes (Eds.), International Encyclopedia of the Social & Behavioral Sciences[M]. Oxford： Pergamon Press, 2001.

[3] Wu, J. Effects of changing scale on landscape pattern analysis： scaling relations[J]. Landscape Ecology，2004(19)：125-138.

[4] 李双成,蔡运龙.地理尺度转换若干问题的初步探讨[J].地理研究,2005(1)：12-13.