国外中学生地理空间能力研究进展及启示

徐志梅,来华英



国外中学生地理空间能力研究进展及启示

徐志梅,来华英

摘要:地理空间能力是地理核心能力之一,正确认识和了解地理空间能力,对学生地理学习和发展具有重要意义。基于性别差异、发展阶段、可训性、测量方法等角度研究地理空间能力,是目前国外相关研究的重点内容。其研究方法和研究结论对我国中学生地理空间能力培养具有重要的启示作用。

关键词:地理空间能力;国外研究进展;培养启示

地理学是“人类——环境关系学冶还是“空间关系学冶,这在很长一个阶段里,一直存在不同流派的争议。但是,纵观地理学思想发展史,我们可知,研究空间关系一直是地理学中的重要论题。对于任何研究者而言,地理空间能力不仅有助于地理相关知识的获取,更有助于人们正确认识人地关系、解决地理现实问题。从学科视角来看,研究地理空间能力,具有重要的理论和实践价值。

国内从地理学科视角研究地理空间能力的成果较少。从研究主题而言,大多集中在基于教学内容的分析,探讨学生地理空间能力的培养;从其研究的深度而言,已有研究成果大多是对实践状况的描述性分析,鲜有从相关理论视角——认识心理学视角深入研究地理空间能力的本质属性、基本特征、与其他要素之间的本质关联。因此,系统梳理国外相关研究,对于我国地理空间能力的研究主题及研究方法均有重要的启示作用。

学生在地理学习的过程中,要经常地运用到各种地图、剖面图、景观图、模式图等,要借助图形在脑海中建构或操作相关的心像,这些与地理学习紧密相关的空间能力即为地理空间能力。空间能力是人类的基本智能之一,它与日常生活、学习、工作密切相关。[1]空间性是地理学的基本特性。从地理学科视角出发正确认识和了解地理空间能力,对于地理学习和学生发展具有重要意义,是地理学科教育中的一项基础性研究问题。[2]目前,国内外有关空间能力的研究较多,也较为成熟。其研究内容主要集中在空间能力的概念、构成要素、发展阶段、性别差异、可训性等方面。

一、国外地理空间能力研究的基本脉络

自20世纪90年代末开始,国外地理空间能力研究逐渐增多。至今,地理空间能力的研究重点内容有:地理空间能力发展阶段、性别差异、测量方法以及地理空间能力是否可训等几个方面。

(一)关于地理空间能力内涵、构成要素研究

1.关于地理空间能力内涵研究

任何概念、属性的界定,对于相关观点的评析都有重要的指示作用。何谓地理空间能力?这是我们讨论其研究意义、研究范式、培养技术等问题的起点。国外不同的研究者对其界定存在差异。

Piaget和Inhelder指出:空间能力是一种思考能力,主要包括图画式和操作式两个方面的思考能力。图画式思考能力主要指向对于静止事物形状的认识,而操作式思考能力则主要指移动事物的能力。

French在梳理大量的相关文献的基础上,提出地理空间能力至少包括如下三个重要要素:第一是空间。具体是指能够对地理事物的空间模式有较敏感的觉察能力,并且可以对不同地理空间模式做出相互比较。第二是定向。具体是指对同一模式的地理事物,当观察方向、视角不同时,仍然对其有较为精准的空间形态界定。第三是想象。这里说的想象包括两个方面,一是对脑中想象的事物有操作能力,二是能够对二维运动有所理解。

Gardne指出:空间能力即在头脑中想象事物的能力,主要包括想象旋转和折叠的物体的能力。具体而言,其对空间能力内涵的描述与French的描述有很大的近似,例如,他也指出空间能力应该包括“能够对地理事物的空间模式有较敏感的觉察能力,并且可以对不同地理空间模式做出相互比较冶的能力。

Linn和Petersen指出:空间能力是一种表达信息的技能,这种技能属于非语言的,具体包括表征、转换、生成和提取符号等四个重要的方面。

2.关于地理空间能力构成要素研究

对于地理空间能力内涵的界定研究,已经对其要素构成有较为宏观的分析。在此基础之上,有关学者对空间能力的构成要素做了进一步的界定。由于地理空间能力相对于一般空间能力而言有其自身的特性,所以这里主要梳理地理空间能力构成要素的相关研究成果。地理空间能力构成要素的探讨,仍然是基于一般空间能力的研究基础。纵观研究者的相关观点,我们可以将地理空间能力的构成要素总结为:地理空间能力要素是指人们在处理地理空间问题时所涉及的能力,这就要求人们不仅能够感知结构以及推理空间关系,同时要求人们能够进行空间想象。

国外地理空间能力的内涵及构成要素相关研究对我们的重要启示在于:对空间事物的想象、定向、表达等是地理空间能力的核心组成部分。我们在研究地理空间能力时,应该将上述方面作为重要论题予以系统而深入地分析;在培养地理空间能力时,应密切关注上述能力的培养。

(二)关于地理空间能力水平发展阶段研究

皮亚杰最早建立了空间认知发展阶段理论,试图解释儿童如何理解其生活中不同的地理单元。通过对瑞士儿童有关国家概念的研究,皮亚杰发现当问及他们居住的城市、州和国家时,不同年龄阶段的儿童表现出不同的特征。第一阶段,7岁左右的儿童认为所有的区域,不管实际大小,在他们眼里几乎都接近同样大小,而且城市、州、国家等不同尺度的区域相互排斥。这一阶段的儿童对自己家乡的概念是含糊不清的。第二阶段,8 ～9岁的儿童能正确地用大小圆表示瑞士和日内瓦的关系。大圆代表瑞士,小圆代表日内瓦,小圆在大圆内。这一年龄阶段的孩子能够用语言表达城市包含在国家中,并能够描述这一空间布局,但他们并不理解两个不同区域之间的逻辑关系,即镶嵌在整体中的一部分是形成总体的部分。在第三阶段,10岁以上的儿童能够正确理解区域及其逻辑关系,能够展示空间关系,并且能够正确地对其进行组合。

基于发展水平差异从地理学的角度研究空间能力的典型代表有Jahoda、Carnie、Catling等人。Jahoda主要是以“城市与国家冶为主题,其研究结果表明学生在理解城市与国家之间的相互关系时呈现明显的阶段差异。Carnie的研究结论与Jahoda的研究结论近似,即学生对于地方间的相互关系的认识存在显著的年龄阶段的差异,他同时还指出学生在7至8岁才逐渐达到理解地方间的空间关系。Catling主要从地理学逻辑结构层面去研究儿童的空间能力的形成,他的研究结论是,儿童空间能力的形成基本遵循这样的路径:识觉区位——认识空间分布——强化识觉空间区位的能力——认识空间关系。

国外地理空间能力水平发展阶段的相关研究对我们的重要启示在于:地理空间能力水平发展具有阶段性,不管是教材编写者,还是一线教学人员都应该关注这种差异,在儿童的不同发展阶段,其空间能力的培养应该依据其年龄特征有针对性地进行培养。

(三)关于地理空间能力性别差异研究

从性别差异的角度研究空间能力的主要有Daniel R. Montello、Pearson、Byrant、Gilmartin、Devlin 和Bernstein等人。首先,Daniel R. Montello主要是通过实践活动,对学生的空间能力进行了解、分析。他让被测试的学生绕校园行走一圈,然后让其介绍相关情况,包括学生对位置的记忆能力、学生运用地图的能力、学生表达空间的能力等。该研究发现女生在对象位置记忆测试方面占优势。在此之前的研究结论是女学生对静态事物位置的记忆更占优势,可见,二者的研究结论是一致的。Daniel的研究同时表明,从通过直接经验获取空间知识上来看,男生比女生更占优势;在相关存量知识以及地图的运用能力方面,男生和女生并没有显著的差异。

关于男生和女生对于空间知识的学习、空间能力的培养方面存在差异的研究还有很多。比如, Ferguson首先让男生、女生共同通过录像观察城市的道路,然后让其画出路线图,结果是男生画出的路线指示图更为准确。Gilmartin、Patton以及Golledge等人研究认为男生和女生在使用地图和地图学习方面的任务上差异并不显著。[3]而Beaty、Henrie等则认为对于地理知识的掌握和运用,男生比女生存在明显优势。[4]

对于“方向感冶的研究也较多。比如,Kozlowski 和Byrant通过让学生进行一系列的活动之后,对学生进行问卷调查,最后的结果是:70%的男生认为自己有非常好的方向感,而女生中没有人认为自己的方向感非常好,认为自己方向感较好的女生也不到50%。[5]Galea和Kimura通过研究得出结论:女生在识记静态路标方面更有优势,但是Devlin和Bernstein进一步研究得出更为深入的结论:女生尽管在识记静态路标中有优势,但这并没有因此让女生找出准确的道路。[6]

国外地理空间能力性别差异研究对我们的重要启示在于:男生和女生在地理空间知识和能力的学习中确实存在显著差异。这就要求相关地理教育环节应该密切关注这一点。比如,教材中应该设置不同水平等级的空间知识,课堂教学中应该关注男生、女生对于空间认知的差异,合理设计课堂教学目标。

(四)关于地理空间能力测量方法研究

对于空间能力测量,心理学通过发现隐藏图形、二维和三维图配对、平衡图、迷宫、图形空间操作等对学生空间能力进行测量。然而,地理空间关注“是什么冶、“在哪里冶及“为什么冶等现实情况下的问题,心理测试在地理空间能力测试方面有明显的局限性。Libarkin和Brick明确提出地理空间能力测量需要自己独特的评价工具。

对于如何提高地理空间能力,国外学者作了很多有益的尝试性研究。这些研究大多是开发测量工具,并且指出具体的操作程序。例如,Bezz的观点是:可以通过让学生绘制地理截面图来测量学生的空间能力,因为在绘制截面图的过程中,学生必须将地质结构形状在脑中视觉化,然后再转换,这个过程可以反映学生的空间能力。[7]之后,又有一些新的测量工具被开发出来了,并且已经应用在地理空间能力的测量实践中。例如,Kerski通过让学生在已知一定条件下进行选址来测量学生的空间能力。大致程序是:首先给学生一些地理数据,包括居民的分布情况、居民的收入水平、当地的交通状况、餐饮店的分布状况等,然后让学生给新的快餐店选址。[8]

国外地理空间能力测评的研究对我们的重要启示在于:空间能力的测试在实践层面已经有丰富的经验,人们可以基于经验,设置不同的情景,较为准确地测出学生的地理空间能力,且每一种测试均梳理出了背后的具体依据,以支持其测量的结果的可靠性。然而,从测评理论体系构建的角度而言,地理空间能力水平的测评尚缺乏系统全面的评价框架和理论依据。地理空间能力的测试是地理教学中的关键环节,正确诊断出学生地理空间能力的发展水平,有利于为后续的测评提供经验,更为重要的是,诊断出的测评结果可以为地理课程中的诸多环节提供反馈,比如课程标准对地理空间能力在不同学段的设置是否合理、教材对相关内容的编制是否恰当等问题,均可以提供针对性的修订和改善建议。可以说,探寻地理空间能力的测评框架和理论依据是地理教育中的一个基础性问题。

(五)关于地理空间能力可训性研究

Titus和Horsman通过研究得出这样的结论:在地理教学中若经常利用立体投影能够显著提高学生的地理空间能力,高水平的材料更有利于学生的地理空间能力的发展。他还明确指出,地理课程的制定、地理教材的编写是否恰当直接关系到学生地理空间能力水平的培养状况。[9]Kali和Orion研究发现,Geo3D可以为学生提供褶皱和断层的三维动画视觉图像,帮助学生进行视觉化探寻空间结构和空间过程,从而顺利解决地理空间结构问题。Catlling认为对课程来说,如果能够很好地对诸如“place冶空间关系等下定义,并将其与学生的概念理解进行清晰的、深层次的关联的话,那将是十分成功的课程。[10]

国外地理空间能力可训性的研究对我们的重要启示在于:地理空间能力具有可训性,可以采用一些支持工具、支持系统以及特定的方法和策略来提高学生的地理空间能力。首先,地理教学实践中教师可以尽可能多地采用直观教具。直观教具的使用,可以在很大程度上辅助学生对地理空间知识的学习、理解和运用。其次,地理教学中还可以倡导学生尽可能多地参与到相关的地理实践活动学习中,这种实践活动可以是野外的地理考察,也可以是校园内相关地理事物的观察、描绘,甚至可以是课堂中的具体地理模型的观察。在这些相关的地理活动中,学生可以获得更多的空间能力培养的训练机会,每一次观察或考察最好提前设计出明确的任务或者主题。当直观教学和实践活动可以广泛地运用于地理教学中时,必然会有助于学生地理空间能力的提高。

二、国外现有研究对我国地理教学的启示

地理空间能力的研究具有重要的教育意义,对地理教材的编写以及教师的教学会起到积极的指引作用。

(一)关注男女地理空间能力差别

相关研究表明,男女学生在地理空间能力测量方面存在性别差异,男生地理空间能力优于女生。研究者认为男、女在地理空间能力方面的差别可能与实践的差异有关系,而不是空间领域潜在的智能的区别,可以运用干预措施缩小男女差距。这就要求地理教师在教学中要了解不同学习者的特性,建立良好的学习环境,向女生提供更多的地理背景知识,注意给予女生更多的地理空间任务方面的练习,以提高女生的地理空间能力,减小男女差别。

(二)重视地理空间能力发展水平差异

研究表明地理空间能力发展具有阶段性,不同年级学生地理空间能力存在差异。随着个体经验的增加和心智上的不断成熟,学生地理空间能力水平逐步提高。这就要求地理课程设置,尤其是最重要的文本课程——地理课程标准需充分关注地理空间能力,将地理空间能力培养贯穿于课标的始终,进行由浅入深、循序渐进的整体设计,使学生的地理空间能力在不同的学段逐级加深。同时,地理教师在教学实践中也应该充分考虑学生在不同学段、不同年级空间能力发展水平的不同,这就要求地理教师必须掌握相关地理课程目标、单元目标、课堂教学目标的脉络,并能准确理解、合理设置课堂教学目标。同时,对于不同学段,不同年级的学生,在培养地理空间能力时所使用的教学素材应该根据学生的特点,有针对性地进行选择。

(三)深入研究地理空间能力的测评体系

地理空间能力测试是地理教育中一个基础性的问题,为其构建一套系统全面的理论体系,既是一个较难的问题,也是一个必要的问题。目前已经有很多切实的研究,为进一步的系统理论的构建提供了实践基础和理论方向。基于现有研究基础,充分考虑地理空间能力的结构、内涵和特点,开发出一套系统全面的测评体系,是当前需要深入研究的问题。

(四)为地理空间能力的培养研发支持工具和技术

地理空间能力的培养是复杂的具有挑战性的过程,相关研究表明,可视化技术和工具能够改变教学方式和过程,可以更好地支持地理空间能力的发展。为了实现地理空间能力培养任务,不仅要发挥语言、纸笔、地图、图画、地理图表、图像等传统媒体的功能,还要重视计算机辅助教学、遥感、地理信息系统等现代信息技术手段的运用。因此,教育主管单位应该加强教育资金投入,改善学校的教学条件,尤其是计算机技术应用条件,以便于教师为培养学生的地理空间能力进行有效教学。

参考文献:

[1] Violet Kulo. The Impact of a Geospatial Technology-supported Energy Curriculum on Middle School Students ' Science Achievement [J]. Journal of Science Education and Technology, 2013 (1).

[2] Toru Ishikawa. Geospatial Thinking and Spatial Ability: an Empirical Examination of Knowledge and Reasoning in Geographical Science [ J]. The Professional Geographer, 2013 (4).

[3] Gilmartin, P. P. , Patton, J. C. . Comparing the Sexes on Spatial Ability: Map-use Skill [J]. Annals of Association of American Geographers, 1984 (74).

[4] Beatty, W. W. , Troster, A. I. . Gender Differences in Geographical Knowledge [J]. Sex Roles, 1987 (16).

[5] Kimura, D. . Sex Differences in the Brain [J]. Scientific American, 1992 (9).

[6] Devlin, A. S. , Bernstein,J. . Interactive Way-finding: Use of Cues by Men and Women [J]. Journal of Environmental Psychology, 1995 (15).

[7] Bezzi, A. . A Macintosh Program for Improving Three-dimensional Thinking [J]. Journal of Geological Education, 1991(39).

[8] Kerski, J. J. . The Implementation and Effectiveness of Geographic Information Systems Technology and Methods in Secondary Education [ D]. Boulder: University of Colorado, 2000.

[9] Sarah Titus, Eric Horsman. Characterizing and Improving Spa tial Visualization Skills [J]. Journal of Geoscience Education, 2009 (9).

[10] Kali and Orion. Software for Assisting High-School Students in the Spatial Perception of Geographical Structures [J]. Journal of Geoscience Education, 1997 (10).

[责任编辑:陈浮]

Research Progress of Foreign Middle school studentsGeospatial Ability and Its Implications

XU Zhimei,LAI Huaying

Abstract:Geospatial ability is one of the geographical core abilities, so correctly understanding of geospatial ability is important to studentsgeographical study and development. The key content of relative foreign research on geospatial ability are based on gender differences, development level, training state, and measuring methods etc, whose research methods and research conclusions provide significant implications for the cultivation of middles school studentsgeospatial ability in our country.

Key Words:geospatial ability; foreign research progress;implications for cultivation

作者简介:徐志梅,山东师范大学(山东济南250014)人口·资源环境学院副教授,博士;来华英,济南外国语学校中学一级教师。

收稿日期:2015-12-08

中图分类号:G633.55

文献标识码:A

文章编号:1009-7228(2016)01-0076-05

DOI:10.16826/ j. cnki.1009-7228.2016.01.015