中学生地理时空思维的科学内涵与价值理念

罗婷婷,颜佳滢,赵耀龙

（华南师范大学地理科学学院，广州510631）

地理学是一门研究陆地表层自然和人文要素时空变化规律的学科，其研究的主要问题包括地理综合体的空间分布规律、时间演变过程，以及地理要素的驱动机制［1-3］。因此，地理学科的性质决定了其本身对时空思维的重视，中学地理教学根植于地理学的理论和知识，培养学生的时空思维是地理学习的本质要求。《普通高中地理课程标准（2017年版）》也强调了对学生时空综合思维的培养。但地理时空思维的形成并不是一蹴而就的，需要经过长期的培养与训练。因此，地理时空思维培养不仅是局限于高中阶段，更应贯穿于地理学习的全过程，纳含在地理学习的各阶段，循序渐进培养。地理时空思维已经作为地理教学中重点培养的思维之一，但地理时空思维当前依旧存在着较多的问题，内涵上的尚未统一，时空思维形成过程的不清晰，地理教学培养体系不健全等都阻碍着时空思维在中学阶段的培养，使得地理时空思维的培养从理论到落实存在重重困难。

本文在系统梳理时间与空间认知发展历程的基础上，提出了“时”“空”统一的中学生地理时空思维内涵，分析了其特征、培养价值以及教育理念，对中学生从地理空间思维到地理时空思维教育理念的研究现状进行综述，对中学生地理时空思维教育的研究进行了展望。本文尝试以地理时空思维的科学内涵与价值理念，为中学地理时空思维的培养提供有效的借鉴。

1 古代时空观的形成

关于时间和空间的探讨是一个古老的话题。《现代汉语词典》中，时间是指物质存在的一种客观形式，由过去、现在、将来构成的连绵不断的系统，是物质运动、变化的持续性表现，它可以是由起点到终点的一段时间，也可以是时间里的一点；空间是与时间相对的一种物质存在形式，表现为长度、宽度和高度，也指数字空间、物理空间与宇宙空间［4］。由此可见，现代社会对时间和空间的认识更多是从物理、数学等学科角度进行思考，但如果回溯时空观的产生和发展，我们会惊奇地发现，尽管古今中外对时空观的理解各不相同，但不管是西方的古希腊先哲们还是中国古代先人们，他们对时空的思考都源于仰望星空和俯察自然中，即在地理观察中开始了时空认知，并形成了人类最早的宇宙观。以古希腊为例，人们用神话的方式来认识宇宙，而这些神话正是源于对地理自然事物的观察，如用太阳神的神话对太阳东升西落现象进行解释［5］。其中最为明显的是中国古代对于时间和空间的表示，古代的先人们通过“宙”和“久”表达时间，以“合”和“宇”表示空间。如老子在《文子·自然》中的“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇”［6］，《尸子》中的“天地四方曰宇，往古来今曰宙”，这些都是利用了宇宙来表达时空［7］。宇宙观最重要的问题在于人与自然的关系问题，即天人关系的把握，地理学的核心研究课题之一正是探讨时空下的人与自然的关系［8-9］。因此人类对于时空的思考，究其根本源于对宇宙观的理解和认识，而宇宙观的形成又与地理观察息息相关，可见时空与地理自古便紧密相连（图1）［10-11］。总而言之，时空源于地理，从地理中也可以发现时空，地理学科本身的性质天然决定了其具有时空特性，地理若脱离了时空便难以成为真正的地理。

图1 古代时空观的形成过程Fig.1 The formation process of ancient time and space concept

2 地理时空观的特性

时间和空间在早期是分离的状态，随着当代科学的发展，物理、哲学等多学科对时空深入探究和分析，时空在多学科中已经走向结合。回顾地理时空的发展历程，近代地理学对时空的认知和理解仍停留在时空分离的阶段，面对地理时空的困境，许多当代的地理研究者开始了对时空的更多思考，使得当下的地理时空观也在发生着变化［12］。结合当下对地理时空的新认识，当下的地理时空正包含着以下新特征。

2.1 地理时空为时间和空间的动态有机结合

现代地理学中，“地”是指地球或地球表面（层），或者是指一个区域；“理”是指事理、规律，或者是事物规律性的内在联系。地理指地球表层的地理现象或事物的空间分布、时间演变和相互作用规律［13］。地理时间是指从时间视角看待地理事象过去、现在及未来的发展演变过程［14］；地理空间是指地球表面或某一地域，是物质、能量、信息及人类行为在地理范畴中的存在形式、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续［15］。在地理学研究领域，时间和空间应是动态有机结合的，两者既有区别也有联系：区别在于时间为一维而空间为三维，时间处于动态而空间为静态；联系在于时间和空间两者并非孤立的。我们的日常生活中时空总是相连的，例如在我们描述地理事物的变化的过程中，既含有地理事物本身空间形态上的变化，也包含有地理事物在时间上的更替变化。

随着地理科学的发展，越来越多的地理学家及相关工作者认识到，地理现象产生的原因是不同时空尺度下的因子相互叠加作用的结果，即时空结合下的结果。如张素娟认为目前地理学研究的趋势已从传统地理学上只重空间分异，到现如今关注区域内各部分功能上的联系和区域发展的方向，及面对事件分析、预测地理环境和人地关系的演化规律［16］。牛超从关乎如何认识世界的认识论角度，认为地理研究蕴含历时动态耦合与共时关联的认知视角［17］。时空思维是时间和空间两者的有机结合，既不能将地理时间和空间割裂，也不能简单地将时间和空间的含义相加。牛文元认为，地理学是空间分布和时间过程研究的统一，只有将时间和空间有机结合，才能深入了解和揭示地理的内在规律与本质。忽视空间或者时间其中之一，都会使得地理学陷入静止、描述和无法揭示事物本质的状态［18］。

2.2 地理时空是自然时空和社会时空的统一

不同的学科对时空的认识各有不同，历史上人类对时空的思考可以主要划分为科学和哲学两个角度。其中科学领域的时空凸显的是客观的自然时空，从古希腊时期亚里士多德对时空第一次进行了系统全面的论述，到近代牛顿的绝对时空观及当代爱因斯坦的相对论，人类对自然时空的认识发生了革命性的变化［19］。而哲学领域上，对时空的认识主要从人的视角出发，强调社会时空。但自然时空与社会时空的统一性起初并没有被发掘，两种时空认识呈现割裂的状态。直到马克思从唯物论的角度出发，结合人类的长期生活和社会实践，提出时空观中自然时空和社会时空是统一的观点［19］。尽管自然时空和社会时空观念有着明显的区别，但地理学强大的综合性使得其三大分支面对的时空各有侧重，如自然地理学以研究自然时空为主，而人文地理重点关注于社会时空，地理信息则涉及了自然和社会时空两方面，因此地理学作为一门综合性的学科，本身便是自然学科和人文学科的统一。现代地理学家哈维从空间出发创造性地提出了“历史-地理唯物主义”，认为时空不仅具有客观性，也具有社会性［20］。因此，从学科本质到学科特性，地理学科本身就要求既要思考自然时空也要考虑社会时空［21-22］。

2.3 地理时空具有多种综合特性

地理时空不仅在时间和空间的结合上具有特性，其研究内容也使其具有多种综合特性。如地理时空涉及要素繁多使其具有复杂性；地理时空是人与自然相互作用下的产物，与人类活动息息相关，因此有社会性；而人类社会实践和发展的惯性又决定着地理时空的连续性，人类社会改造世界的巨大主观能动性和创造性使其具有可变性［12］。地理信息技术的发展冲破了限制人们认识事物的空间障碍、时间障碍和人本身的功能障碍，加强了人的认识能力，使得地理时空显示出新的特性［23］。

因此，随着社会认知的加深，和地理信息技术的不断发展，未来地理时空将会呈现更多的特性，这也要求我们在学习地理时空时，需要与时俱进，全面思考，了解地理时空在新时代下的新特征，以动态的综合的角度学习地理时空，形成地理时空思维。

3 地理时空思维的科学内涵

地理时空是时间和空间的结合但又胜于两者的简单相加，时空有机结合过程构成了地理时空整体系统。从地理时空观到地理时空思维，体现的是从观念到思维形成的过程，从感性认识到理性认识逐步深化的进阶过程。地理时空思维的形成，建立在地理时间思维和地理空间思维基础之上。鉴于当前有关地理时空思维的研究相对有限，本文梳理地理时间和空间思维的内涵与研究现状，以此更好理解地理时空思维的科学内涵。

3.1 地理空间思维

空间思维是地理学科的特色思维之一。美国颁布的2012年版《生活化的地理：国家地理课程标准（第二版）》中强调要加强对地理空间思维的培养［24］。美国国家科学院下属全美研究委员会（NRC）对空间思维进行了定义，认为空间思维是由空间概念、呈现工具和推理过程三个要素组成［25］，该定义对空间思维形成的全过程有了全面分析。中学地理空间思维应包括地理结构归纳、空间关系展示、空间形式转化、空间逻辑推理和空间抉择推测五个部分［26］。在地理空间思维的培养上，为了能够更好地检测学生的空间思维能力，已有专门开发的空间思维能力测试［27］。由于地理变化常常以跨度极大的时间和空间尺度范围出现，传统空间图形在过程的表达上存在许多限制，具有强大功能的地理信息技术成为了培养空间思维的有效工具，如通过GIS学习材料为学生提供可视化和理解地理变化的机会，从而更好地培养中学生地理时空思维［28］。

国内对地理空间思维的思考和讨论也在不断深入。目前国内相关研究从空间思维组成元素到思维构建，再到整体的培养模式都已经有所探讨，呈现了由点到线，再到面的培养方式。从点的角度看即要素培养，袁孝亭提出的以空间形状、大小、方位、距离四大要素来发展学生空间思维［29］。从线的角度看即思维培养，丁继昭、袁孝亭等提出上位的地理空间结构思维，即地理空间的结构要素、向度、尺度、模式、演化、效应六个结构思维建构地理空间思维模型［30］。实现由点到线的过渡，即需要将要素和思维结合形成有规律的培养模式，例如徐志梅、唐永强根据美国地理空间思维要素即位置、内容、时空思维、特例、模式共5个要素，将空间思维模型的内容分为了空间比较、空间影响、空间区域划分、空间等级、空间变化、空间相似性、空间格局和空间关系［31］。而由点到线到面，则是形成系统全面的培养模型。如蒋连飞认为地理空间思维可以从地理空间概念、地理空间表征工具和地理空间认知分析方面进行建构［32］。房晓飞通过建模的方式，将地理空间思维能力整合与一个2×2×3的立方空间模型中，从地理空间要素、辅助独立空间思维的工具、空间思维过程三大维度进行建构［33］。综上，国内外当前关注焦点都更多倾向于地理空间思维的培养。空间思维的培养主要从空间识别（包括概念、表现及结构特征）、空间推理过程到空间预测三方面进行探究，培养方式已经相对系统。

3.2 地理时间思维

与空间思维的高关注度不同，时间思维在中学地理教学中的研究较少。1981年有研究通过让小学生们收集对他们自己生活有意义的出行数据，使用这些数据构建显示距离和方向关系的区域或本地地图，然后修改他们的地图以纳入时间维度，让小学生能够看到地图中时间以及距离和方向的绘制并开始理解时间、距离、旅行成本和人类活动之间存在的一些复杂关系［34］。这是利用时间来表征空间的一种思维模式与实践。有研究者在2002年提出了“时觉”（Chronosthesia）一词，即能够代表过去的感觉和未来的感觉，没有上升到思维层次［35］。也有学者将人类可以记住过去的事件，并想象和计划尚未发生的事件称为心理时间旅行（Mental time travel），认为文化和语言将在我们对过去和未来事件的心理表征方式的塑造方面发挥关键作用［36］，但也没有将时间上升到思维层次。国外零星的研究没有专门指向时间思维，更多关注培养学生对时间的意识与认知，同时探讨的语境也并非在地理学科内。

国内则更多从地理时间逻辑视角进行探讨，如牛超认为地理时间思维是指受地理时间因素制约的一种观察地理现象、分析地理问题、认知地理规律的思维方式，具有动态性、关联性、尺度性、预见性和时效性的特点，主要分为历时思维与共时思维［17］。而历时思维和共时思维，又可以看作是横向思维和纵向思维，横向思维即共时思维，指的是同一时期下地理事物和现象发生变化的思维；纵向思维指的是在不同的历史时期下，地理事物和现象发生变化的思维。因此，地理时间思维可以理解为从通过多种的时间变化方式，对地理现象的发生、发展和演化过程进行分析和总结的思维［37］。除了可从时间本身的逻辑性认识时间思维外，结合地理综合性的特点，在自然地理中我们可以从物理角度理解时间，而在人文地理中，需要考虑到以人为主体理解社会时间，因此时间思维是具有灵活性和多样性。但多样的时间思维并不是独立的，可以通过转换、比较和综合实现，而这种关系的实现往往与一定的区域空间有关。因此，在地理中时空是密不可分的，两者结合的最终目的都是为了更好地理解地理事物和现象的变化关系和规律。

3.3 系统的地理时空思维

目前地理时空思维的定义主要分为三种，一种是将时空思维作为一种理解地理事物或者地理现象的时空变化特点或者空间分布规律的思维［38］。如乔建军提出时空思维能力是区域认知能力和掌握地理事物或现象变化规律能力的综合，它既在时间维度上分析各种地理事物或现象的变化规律，也从空间维度研究其分布特征［39］。第二种定义将地理时空思维看作是地理事物或地理环境在时间上和空间上可以逻辑互补的思维［40］。第三种定义即基于综合思维视角下的时空综合思维，强调的是从时空综合的角度分析地理事物和现象的发生、发展和演化，并以要素综合、地方综合来体现［41］。总体上，地理时空思维主要被看作为一种掌握地理事物和现象在空间分布，时间上的发生发展和变化规律的思维，指能够在时空有机结合和作用下，理解分析和概括反映地理事物现象在时空中分布、发生发展和演化的本质与规律的思维。

随着地理学科核心素养中时空综合思维的提出，当前国内对于地理时空思维的研究也在逐渐深入。邹成效根据时空特性，将时空思维划分为了三种模式：时空分离、时空一体和时空转换思维［42］。而王向东等将时空综合思维看作综合思维的“上层建筑”，提出了从同时同地、同时异地、异时同地、异时异地四种时空思维方式，并提出以比较分析、动态思维、尺度转换、综合思维来研究问题的方式［43］。姜永华也提出了同一空间和不同的时间、不同空间同一时间地探讨某一地理事物或者现象的分布规律，该分类与王向东的分类有异曲同工之妙［38］。在地理时空思维的培养方式上，目前的研究主要注重从时序思路、时空视角、特定区域和地理演变过程这四方面培养时空综合思维［44-46］。在辅助工具的选择上，Google Earth 等地理信息技术也成为了时空思维培养的有效途径［47］。上述研究对地理时空思维的融合途径、方式和辅助工具都进行了总结和探讨，为地理时空思维的培养提供了思路参考。但整体对地理时空思维的界定较为简略，培养方法以教师个人经验总结为主，缺乏系统全面的培养模式。思维的形成与心理的特点有着密切联系，目前较少有从心理角度谈及地理时空思维培养的研究，因此还需对地理时空思维进行系统描述和分析归纳，探索更具综合性系统性的培养方式。

综上所述，目前的教学研究以空间思维培养的研究居多，对时间关注不足，存在时间和空间割裂的现象［40］。现代地理学已从描述阶段进入格局与过程相耦合的阶段，推动了地理思维由静态向动态发展［48］。如果仅着眼于空间思维的培养，忽视时间思维的共同培养，易出现对地理动态和过程描述不足的问题。而单向的培养某一时间或者空间思维，易形成单一的思维模式，不利于学生综合性思维的培养。地理时空思维是静态空间和动态时间的结合，强调对时空下整体要素与要素之间的产生、演化和发展的过程的描述，为理解格局与过程提供思路，同时满足目前新课标中核心素养所提及的综合思维要求，对促进学生的地理思维和核心素养发展有着重要价值。目前中学地理教学领域对地理时空思维的相关研究还有待进一步深入，系统的地理时空思维培养体系尚未建立，因此发现地理时空思维的价值，是促进地理时空思维发展的重要一步。

4 地理时空思维的价值理念

随着现代科学、地理学、网络信息技术的发展，地理时空思维的价值不断地被发掘，主要体现在以下四个方面。

（1）有助于深化地理思维理论，培养学生地理素养。从中学地理教学的理论层面看，地理时空思维的提出有利于中学地理思维理论的深化和发展，为地理学习提供着更综合的视角。在地理学领域，地理时空思维要求不仅关注地理格局，还着眼于地理过程与机制，因此有助于培养学生的地理过程分析思维。面对现代高考试题情境中对地理过程的解读和理解的更高要求，地理时空思维的培养，能够使学生以时空为线索，构建更系统的地理知识网络结构，从而培养学生的地理过程分析能力。

（2）有利于丰富地理时空思维理念，促进地理时空思维的系统化。中学地理在对培养学生的地理时空思维上有着重要的任务。无论是哲学界还是地理学界，学者们持有的时空观念具有一个共性，即时空是难以分离的统一体，也说明地理时空思维正在得到重视。令人遗憾的是，尽管地理时空思维已有一定的讨论，但系统的地理时空思维体系依旧尚未建立。从《普通高中地理课程标准（2017年版）》到教师的职前教育对“地理时空思维”的强调不足，影响着地理时空思维理念的形成和发展。因此，地理时空思维理念的单独提出与强调，对地理时空的内涵与发展进行梳理，有利于更近一步丰富地理时空思维的理念，为中学地理教学提供更全面的视角审视和构建地理时空思维理论。

（3）有助于促进学生的学科素养，培养高素质专业化人才。从多学科的角度来看，时空思维贯穿于多个学科之中，有利于学生思维能力的迁移，有助于学科之间的交流与发展。从地理学科内的学习角度而言，地理学作为一门兼具自然科学和社会科学特性的学科，其对于解决现实中众多复杂的人口、资源环境等问题有着重要的作用。因此，培养地理时空思维有助于学生解决现实问题。此外，地理时空思维贯穿于地理学习的全过程。从中学阶段开始重视并培养地理时空思维，有利于学生为高等教育阶段学习和研究做准备。再加之当代现实地理问题的解决越来越多依赖于时空数据的挖掘与解读，拥有地理时空思维的人才不仅能够在地理学科中受益，也将能够在更多的领域中受益，可以说地理时空思维能力与学生未来的生活质量密切相关［42］。因此，地理教学不仅在于掌握地理知识，更重要的是培养学生一种解决问题的时空思维，为学生现在和未来做准备。

（4）有助于回归教育的本质，培养人格健全、环境友好型的公民。从教育的本质而言，教育的根本任务是立德树人。伟大的地理学家们往往有着强大的地理时空思维，他们的伟大一方面体现在了其超乎常人的地理时空格局思想上，另一方面，也体现在他们拥有高尚的人格之中，而这种人格的形成与其拥有的地理时空思维有着密切关系。在浩瀚宇宙星空之下，在漫长的岁月变迁中，人类本能地感到自身的渺小，使得我们能够以更宽容的态度对待事物，不以物喜不以己悲，成为一个谦卑之人，成为一个既仰望星空又脚踏实地之人。时空之下，人与地的相互关系变迁及其作用，也使得学生能够成为一个热爱自然，保护环境的人。因此，地理时空思维的培养从根本上培养着学生的人格形成，凸显着地理学科育人价值。

5 结束语

地理时空思维对地理学科发展和学生的个人成长都有着重要的价值。从地理学本身、时代发展和地理课程改革等多方面来看，地理时空思维的培养既是顺应时代发展的潮流，也是对社会多方面需要的回应，有助于培养国家未来的合格公民，体现学科育人价值。尽管地理时空思维有着重要价值与意义，但从研究现状来看，目前中学地理时空思维培养仍面临着关注度不足、缺乏成体系的理论支撑等问题。建立中学地理时空思维系统的理论体系是未来亟需解决的一大问题，为使中学的地理时空思维培养能够真正落地，在地理时空思维的概念、理论构建、培养路径和评价体系上依然需要深入探究。在地理时空思维的探索和建构过程中，应在相关的理论基础上，结合地理学、心理学和教育学等多方面进行综合思考，在实践上充分利用信息科学技术拓展其培养的多样性，助力地理时空思维的培养和真正落实。