地理空間知覺能力及其教學 *

山東師范大學人口資源與環(huán)境學院（250014） 徐志梅

東北師范大學城市與環(huán)境科學學院（130024） 袁孝亭

地理空間知覺能力及其教學 *

山東師范大學人口資源與環(huán)境學院（250014） 徐志梅

東北師范大學城市與環(huán)境科學學院（130024） 袁孝亭

地理空間知覺是許多地理學習活動的重要成分。最近國內(nèi)外地理課程都將空間知覺列為重要的學習內(nèi)容。我國地理課程標準中強調(diào)提供與學生生活情境相關(guān)聯(lián)的問題，以幫助學生進行地理意義的建構(gòu)與知識的運用，反映了當前地理教學的趨勢。因此，地理空間知覺不應只是簡單的圖形辨識或高度抽象的轉(zhuǎn)換能力，而應當強調(diào)與生活經(jīng)驗上的統(tǒng)整與連結(jié)。

在理念上，地理空間知覺漸漸成為地理學習活動中的一個重要環(huán)節(jié)，視覺思維能力和推理能力要透過設(shè)計合適的地理課程才能循序發(fā)展。然而實際上，地理空間知覺通常是地理課程中被忽略的內(nèi)容。地理空間知覺與地理空間認知和選擇有關(guān)，學生應當能夠通過地理空間感知獲取地理事物形狀、性質(zhì)知識及對現(xiàn)實世界的空間感知，形成對自身所在空間與自身周圍空間中各事物之間關(guān)系綜合理解。由此，地理空間知覺能力的研究對于地理教學具有重要的意義。

一、地理空間知覺能力的內(nèi)涵

知覺是對感覺信息的組織和解釋，即獲得感覺信息意義的過程。通過空間知覺可以將某一形象從背景中分離出來，就像在人群中發(fā)現(xiàn)某人，再如從X-rays中發(fā)現(xiàn)腦腫瘤。地理空間知覺能力是指將地理事物從地理空間中區(qū)分出來，獲取其位置信息，并對其分布、排列、格局進行覺察的能力，也包括透過地理特征感知地理問題的能力。如在地質(zhì)構(gòu)造剖面圖中發(fā)現(xiàn)含油層的存在，在等高線地形圖中覺察小河流向等。在這里要強調(diào)的是地理空間知覺不僅是對地理事物位置、大小、形狀、方位等外部特征的知覺，也包括在對外部特征、屬性知覺的基礎(chǔ)上的地理空間關(guān)系的知覺。地理空間知覺是空間思維的基礎(chǔ)，是進行空間思維的材料，是獲取地理事物空間意義的方式。如在二維地圖中可以感知距離、角度、方向、順序、位置、秩序、連接，可以通過界線、密度、分散、形狀、格局、面積來理解事物的空間結(jié)構(gòu)。在三維圖形中，可以認識坡度、梯度、峰頂、谷、鞍部等。

二、地理空間知覺能力的構(gòu)成要素

地理空間知覺能力是個體與環(huán)境的交流，能夠使個體獲得有關(guān)環(huán)境的認知，要理解地理空間知覺能力首先需要對此進行恰當?shù)姆诸?，然后才能對其進行更加深入和確切的了解。地理知覺空間能力分類對于教師的教學和課程的貫徹、教學方法和策略的制定、教學評估測量等方面的實行具有重要的意義?？梢詾榻處煂⒌乩砜臻g知覺能力納入地理教學實踐活動中去提供實踐工具，使教師自覺地以更加清晰、系統(tǒng)的方式進行地理空間能力的教學。

1. 地理空間要素知覺與地理空間內(nèi)容知覺

地理空間知覺能力是利用空間感知、空間視覺及心像來解決個人所處空間問題的地理能力，包括對物體的直觀的感知及關(guān)系判斷、空間位置及空間關(guān)系的知覺。因此，從這一概念出發(fā)，我們可以將地理空間知覺能力分為地理空間要素知覺能力和地理空間內(nèi)容知覺能力。

地理空間要素知覺能力是學生對單一的地理要素空間特征和性質(zhì)的知覺能力，包括地理空間形狀知覺、地理空間大小知覺、地理空間方位知覺、地理空間距離知覺。地理空間要素知覺能力是學生對地理事物一種簡單的、直接的、具體的、形象的“直觀的感覺”，該類地理空間知覺是建構(gòu)地理空間內(nèi)容知覺的單元和基礎(chǔ)。比如地質(zhì)剖面圖的判讀，學生首先要根據(jù)大腦中保持的地質(zhì)構(gòu)造的形象，并抑制與當前任務(wù)無關(guān)的信息，從圖形中尋找鑲嵌在復雜的整體圖中的某種圖形，判斷是褶皺還是斷層。如果是褶皺，接著感知圖形彎曲的方向，知覺是向斜還是背斜。如果是傾斜巖層同時要知覺其傾角，發(fā)現(xiàn)巖層的水平面。

地理空間內(nèi)容是由地理空間要素組成的，是要素之間關(guān)系的功能組合或者是要素與屬性之間關(guān)系組合，是地表空間形式和空間關(guān)系的展現(xiàn)。地理空間內(nèi)容知覺是學生對多個要素之間關(guān)系的功能組合或者要素與屬性之間關(guān)系組合特征和性質(zhì)的知覺能力。包括地理空間位置知覺能力、地理空間分布知覺能力、地理空間格局知覺能力。地理教學中除要引導學生對單一要素進行“直觀的感覺”外，還要在此基礎(chǔ)上幫助學生通過透視、改變形狀大小、方向等方法建立學生的地理空間內(nèi)容知覺能力。比如“世界上陸地和海洋”一節(jié)的教學，可以通過“世界的陸地和海洋圖”首先從全球視角知覺海陸分布，明確世界上陸地和海洋的分布不均勻，70%是陸地，30%是水體；再從半球尺度視角知覺海陸分布，懂得南北半球海洋和陸地的不均勻分布；然后知覺海陸分布空間格局是南半球更多的是水，北半球更多的是陸地；在此基礎(chǔ)上引導學生進一步探討格局成因，分析格局意義，研究格局變化，并進行格局特征邏輯操作。

因此，在地理基礎(chǔ)教育階段，培養(yǎng)學生具備地理空間要素知覺能力和地理空間內(nèi)容知覺能力，是地理教學應當把握的重要方面之一。地理教師要注重地理空間內(nèi)容知覺能力的滲透和培養(yǎng)，要引導學生通過地圖、圖表等，對地理空間要素和地理空間內(nèi)容進行知覺，并在此基礎(chǔ)上形成對其特征、規(guī)律、成因、功能、差異、聯(lián)系、變化等方面的認識，達到有目的、分階段、有層次的綜合性認知。

2. 地理空間環(huán)境知覺與地理圖形知覺

地理空間分為具體空間和抽象空間。具體空間是指地球的實際表面，對于這一空間的感知是人們在環(huán)境中對有關(guān)周圍世界的自然地理現(xiàn)象和人文地理現(xiàn)象及其關(guān)系的親身實踐和體驗，通過視覺、觸覺和運動直接與環(huán)境發(fā)生相互作用，通過知覺系統(tǒng)輸入大腦，在心里形成關(guān)于環(huán)境的體驗。而抽象空間則是概念化了的一維、二維和三維空間，由點、線、面來表達，是對具體空間的簡化、抽象和模擬，人們通過地圖、圖表等空間表征來表達有關(guān)空間的知識，對具體空間進行簡化、抽象和模擬。因此，從個體對于地理空間的知覺來看，應當包括對于環(huán)境的知覺和對于圖畫式空間的知覺。環(huán)境知覺通過身體活動與環(huán)境進行接觸和互動，獲得有關(guān)對環(huán)境空間的知覺，這是地理空間信息到達心智的最初也是最基本的方式。圖畫式知覺即圖形知覺，是在視覺等感官的基礎(chǔ)上，透過視覺經(jīng)驗對地圖、圖形、圖表等符號系統(tǒng)所示空間要素、特性等方面的感知。

（1）地理空間環(huán)境知覺

從上面的分析我們知道，地理空間環(huán)境知覺是對于其所處環(huán)境空間的直接體驗，它不僅包括對自然環(huán)境空間的知覺，也包括人們對人文環(huán)境空間的知覺。地理空間環(huán)境知覺的研究主要在于空間的知覺與評價對認識方式的空間意義。感知者的個體特征、態(tài)度和價值對人類知覺過程，以及認知表征和心理地圖的形成都有影響。地理學中的環(huán)境知覺與心理學中的環(huán)境知覺有所不同，地理學中的環(huán)境知覺的概念也包括評價的過程，而經(jīng)典的心理學知覺與刺激相聯(lián)系。環(huán)境知覺關(guān)注對環(huán)境的理解，與周邊環(huán)境的即時信息緊密相連。

基于知覺心理，個體對于環(huán)境的知覺過程為：個體接受信息或刺激，經(jīng)由他或她的知覺——經(jīng)過一個選擇過程——經(jīng)它們與已有的基于先前知覺或行為的知識和經(jīng)驗相比較和聯(lián)接。信息處理過程形成現(xiàn)實心理地圖，心理地圖反過來又影響個體決策。因此，感知不僅僅是輸入和反饋的結(jié)果，而是與先前的學習與經(jīng)驗相結(jié)合的整個環(huán)境知覺過程，象被知覺地理學所理解的那樣，包括吸收、刺激、選擇和過濾過程和解釋。知覺高度個體性，然而，人們認為社會或群體部分地具有相同的知覺。人們通過對環(huán)境的知覺形成對環(huán)境的認知表征，并不斷地通過新輸入的信息和經(jīng)驗進行修改，從而不斷的豐富和完善。

地理行為方式一般分析人類行為“如何”和“為什么”，以及對環(huán)境的個體解釋和意義歸屬，即這知識是如何獲得的、處理的，以及是什么在影響行為。人們一般認為地理行為方式與環(huán)境知覺相關(guān)聯(lián)。在地理空間環(huán)境背景中，個體和社會組織通過知覺獲取其環(huán)境知識，這一知識又對個體對環(huán)境的態(tài)度和行為產(chǎn)生影響，因此，通過環(huán)境知覺，個體不僅反映或回答其環(huán)境，而且可能也會導致進一步的行為。由此，個體和團體的行動是基于他們?nèi)绾慰创麄兊沫h(huán)境。Brookfield認為，在環(huán)境中決策的做出是基于人們對環(huán)境的知覺（即所知覺的環(huán)境）而不是真實的環(huán)境；另一方面，決策行動的結(jié)果卻展示在真實的環(huán)境中，知覺環(huán)境與真實環(huán)境的對比表明，行為者對其環(huán)境特有的知覺會激勵和促進他們進一步的決策和行動。

（2）地理圖形知覺

地理圖形表征在地理教學、學習和理解方面的重要性已經(jīng)被廣泛認同，地理課程經(jīng)常運用各種圖形來處理、分析和交流地理信息。根據(jù)圖形所表達的信息，我們可以把地理圖形分為兩大類，即表征空間數(shù)據(jù)信息的各種統(tǒng)計圖形和表征空間屬性信息的地圖和地形圖等。地理教學中，運用各種圖形對學生進行數(shù)據(jù)和屬性分析和表征能力培養(yǎng)，是地理教學的重要任務(wù)之一。

對地理圖形進行分析和表征的科學基礎(chǔ)是對地理圖形信息進行視覺解碼，從圖形中提出信息，即地理圖形知覺。我們將如何使數(shù)據(jù)和信息僅僅通過視覺解碼過程來實現(xiàn)對圖形的理解，從圖形中獲取信息，完成涉及讀圖的特定任務(wù)的過程稱之為圖形知覺。圖形知覺可以通過解碼技術(shù)對地理信息進行準確、有效的知覺，是進行地理圖形教學的關(guān)鍵。

作為分析數(shù)據(jù)和信息交流的科學工具，圖形被繪制時，大量的、各種類型的信息會通過位置、形狀、符號、大小、顏色等被編碼。當人們觀察圖形時，圖中的信息通過知覺系統(tǒng)被視覺化解碼，從而從圖中提取信息。Bertin在“圖形符號學”中指出，圖形知覺方法對要執(zhí)行的圖形任務(wù)包括同類項目分類、區(qū)分不同的項目、對項目進行排序、觀察比例或確定大小有著重要的意義。[1]Cleveland 和Mcgill對圖形知覺進行了廣泛的研究，認為在進行圖形知覺過程中主要有以下十個方面的基本圖形知覺任務(wù)，即角度、面積、色彩色調(diào)、色彩飽和度、密度、長度、同一標尺位置、不同標尺位置、傾斜度和體積。[2]

三、地理圖形空間知覺過程

任何一項復雜的地理任務(wù)都是從地理空間知覺開始的，可以說地理空間知覺是對世界的空間特點的區(qū)分和解碼，是進行地理空間思維和空間想象的基礎(chǔ)。對于地理空間知覺感知，在地理教學中我們更關(guān)注地理圖形的知覺，地理圖形知覺過程分析可以更好地理解視覺知覺和視覺信息處理，從而認識人們是如何進行圖形知覺有關(guān)思考的。

地理圖形知覺過程可以分為兩個階段，第一個階段是基本圖形信息解碼階段，也叫前注意階段；第二個階段是目標辨識階段。通過這兩個階段對圖形信息的處理分析，使觀察者解釋和理解圖形。階段一是早期對顏色、紋理、形狀等特性的掃描，這種掃描是并行的，屬于低水平知覺階段，這一過程是自動發(fā)生的，并且較為迅速，信息是短暫的，不需要太多的知覺努力便可以提取許多信息。從地理空間知覺類型來看，這一階段主要是對地理空間要素，包括輪廓、形狀、大小、方向等地理空間要素的知覺。

目標辨識階段是一個更廣泛的過程，我們會自覺地考慮圖表的特定方面，這一階段是按順序進行的、具有目標導向性，主要是對空間布局和空間關(guān)系等地理空間內(nèi)容的知覺。這一階段是在地理空間要素進行知覺的基礎(chǔ)上，通過特征知覺對要素進行分組，對多個要素之間關(guān)系進行功能組合，或者要素與屬性之間關(guān)系組合特征和性質(zhì)進行知覺。這一階段的特點是單行處理，速度慢，有工作記憶和長期記憶參與，大腦中已有圖形知覺信息和方法可以被用來處理圖形信息。

從學生感知過程中的認知心理狀態(tài)來看，對于某一圖形的空間感知主要經(jīng)歷以下過程：

首先，辨認輪廓。在復雜的圖形背景中，在大腦中已有的知識和經(jīng)驗基礎(chǔ)上，有意識地從背景中分辯出各種地理事物的輪廓，即將某一事物從整體中分解出來，并與其他的地理事物區(qū)分開來。如看地圖要分清哪是河流、山脈、海洋、陸地等。

第二，認識形狀。在對地理空間輪廓感知的基礎(chǔ)上，對區(qū)域輪廓形狀、地理事物空間形態(tài)和空間形式進行觀察與識別。對空間形狀進行清晰、準確、迅速知覺，是辨識地理事物、劃分地理事物類型、分析地理特征和確定地理空間位置的基礎(chǔ)。

第三，估計大小。能夠覺察、辨識地理空間尺度大小和空間展開范圍的大小、寬窄。對地理空間大小進行清晰、準確、迅速知覺，是對地理事物和現(xiàn)象進行等級劃分、分析地理成因、認識空間關(guān)系、解釋地理現(xiàn)象的基礎(chǔ)和前提。

第四，辨識方向。定向?qū)τ诒嬲J事物是很重要的，如對字母M和W，b和d的辨識。地理空間定向?qū)τ诘乩砜臻g判斷也是非常必要的，如在地質(zhì)學中，可以根據(jù)巖層的彎曲方向判斷地理構(gòu)造類型，從而推斷其產(chǎn)生條件和形成過程。

第五，辨別格局。地理空間格局的辨識是在以上地理空間要素知覺的基礎(chǔ)上，對各知覺要素進行綜合，對地理事物和現(xiàn)象的排列、布局、展示及其組合狀況進行知覺。地理空間格局不是單一的地理現(xiàn)象，而是由于各種地理要素之間相互作用形成的，其形成與地理空間結(jié)構(gòu)和地理空間過程密切相關(guān)。[3]

第六，辨析結(jié)構(gòu)。我們可以通過界線、密度、分散、形狀、格局、面積來理解地理事物的空間結(jié)構(gòu)。

第七，判斷關(guān)系。這類空間知覺主要關(guān)注地理環(huán)境組成要素的分布、組合和他們之間的空間關(guān)系。包括位置關(guān)系、分布關(guān)系、特征關(guān)系、因果關(guān)系的判斷。表現(xiàn)在地理空間分布上，許多地理事物的分布總是成組出現(xiàn)，如松鼠和橡樹、珊瑚礁和熱帶島嶼往往在一起發(fā)生。

[1] William S. Cleveland, Robert McGIll. Graphical Perception: Theory, Experimentation and Application to the Development of Graphical Methods[J]. Journal of American Statistical Association, 1984(9).

[2] William S. Cleveland, Robert McGill. Graphical Perception and Graphical Methods for Analyzing Scientific Data[J].American Association for the Advancement of Science, 1985(229).

[3] 徐志梅,袁孝亭.地理空間格局知覺能力及其培養(yǎng)[J].地理教學,2010(19).

（責任編校：戴心雨）

* 資助項目：山東省教改項目：基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的中美高校地理科學本科課程體系的比較與優(yōu)化研究。