董衛(wèi)華：地理空間認知領跑者

趙鵬飛+陳彬

不久前，作為備受關注的一檔科學競技真人秀節(jié)目，江蘇衛(wèi)視《最強大腦》欄目剛剛結束了第四季的播出。就像之前的節(jié)目一樣，在這一季中，又有不少具有高科技含量的挑戰(zhàn)節(jié)目讓觀眾大呼過癮，這其中便包括了“一眼辨山”。

“一眼辨山”是指挑戰(zhàn)選手通過廬山實景照片找出在等高線地形圖上的觀察點與觀察角度，且容錯要求很高，難度非常大。作為出題者，北京師范大學地理科學學部副教授、地理空間認知專家董衛(wèi)華對此有著獨到的見解。

董衛(wèi)華說道：“我們出題一是想研究等高線地形圖如何抽象表達現(xiàn)實世界，二是想考查人的地理空間定位/定向、空間旋轉匹配和空間運算推理的能力?！?/p>

題目難，出題的過程同樣不簡單，此過程就花費了董衛(wèi)華及其團隊半年的時間。把廬山用等高線的形式表現(xiàn)出來，并設計出一套完整的集演示、選題等功能于一身的軟件系統(tǒng)，這些成果的取得離不開董衛(wèi)華及其團隊的努力和圍繞地理空間認知領域做的大量研究。

今年1月，德國科學院院士孟立秋在德國慕尼黑工業(yè)先進技術研究院作報告時引用了董衛(wèi)華團隊在“一眼辨山”節(jié)目中的研究成果，這讓董衛(wèi)華感到了這項研究在科學意義上的被認可，從而也更加堅定了他的研究信心。

把交叉性學術思想融入研究過程

地理空間認知是以地理學和地理信息科學為基礎，引入認知心理學和認知神經(jīng)科學實驗手段和方法的交叉性研究。如何把交叉性學術思想融入研究過程，是董衛(wèi)華一直在思考的問題。

在國內(nèi)，董衛(wèi)華引領著用眼動跟蹤技術來進行空間認知研究的方向。2016年，在中國GIS理論與方法年會上，董衛(wèi)華發(fā)起了眼動跟蹤與空間認知的專題。

2008年，董衛(wèi)華博士畢業(yè)后到北京師范大學任教。第二年，他先后到海外多地訪學，這一經(jīng)歷逐漸豐富了他的交叉性學術思想，給了他全新的研究視角。

“交叉性的學術思想是在海外訪學交流的過程中積累下來的?！闭劶皩δ壳把芯糠较虻乃伎?，董衛(wèi)華說，“我一直想了解人的視覺和大腦如何理解地理信息，后來就想把人眼、大腦綜合起來研究從而揭示規(guī)律。眼動跟蹤技術是根據(jù)測量眼球位置與眼球運動信息來進行的，它逐漸成為我進行地理空間認知研究的技術基礎。”

在國際上，用眼動跟蹤技術做空間認知研究的團隊并不多，研究團體相對集中，大多是一些精英小分隊。在國際合作中，董衛(wèi)華及其團隊的科研水平也在不斷提升。

“美國加州大學圣芭芭拉分校地理系的空間思維研究中心和我們相似，是把地理學、心理學以及認知神經(jīng)科學結合起來研究的?！闭劶澳壳皣H上的同行，董衛(wèi)華如是說。

隨著研究的不斷深入，董衛(wèi)華加快了進行國際合作的步伐。近幾年，董衛(wèi)華跟德國慕尼黑工業(yè)大學和美國威斯康星大學麥迪遜分校地理系合作發(fā)表文章，雙方都得到了提升。

2017年1月，在地理空間認知與空間思維實驗室的基礎上，目前國內(nèi)唯一一家專門針對空間認知研究的地理空間認知與可視分析研究中心在北京師范大學成立，分別由董衛(wèi)華和孟立秋擔任中方主任和外方主任。

用基礎研究展開學生科研翅膀

2011年入選北京市科技新星人才計劃，2015年獲全國青年地理科技獎，主持國家自然科學基金、國家“973”“863”科技支撐計劃項目子課題等……董衛(wèi)華在自己的科研道路上得到了國內(nèi)外同行的認可。

在具體的科研工作中，在對實驗設計、實驗結果的分析討論和文章修改上，董衛(wèi)華和他的研究生一直在“并肩作戰(zhàn)”?！拔覀儸F(xiàn)在做的是以人為中心進行空間能力的研究，通過外在的刺激材料—地圖/地理環(huán)境，通過內(nèi)在的大腦、視覺的個體群體差異來找空間認知的規(guī)律?！彼f。

“啟發(fā)思考”“刺激好奇”和“科研訓練”這三個關鍵詞，是董衛(wèi)華對自己學生培養(yǎng)思路的總結。

“我比較尊重學生的思維方式，繼而啟發(fā)他們對問題的思考?！倍l(wèi)華說道，“學生如果懷著濃烈的好奇心做科研，就會更有意義，我需要刺激這種好奇心。大量的文獻閱讀和綜述寫作非常重要?！?/p>

在學生眼中，董衛(wèi)華的“約法三章”讓他們覺得“老師很嚴格”。除了每周必開、每人必發(fā)言、發(fā)言必提意見的例行組會外，董衛(wèi)華還特別重視科研團隊的建設。

“第一，我們構成一個團隊，大家并肩學習進步；第二，團隊里老帶新的傳統(tǒng)、對應的合作小組，讓新加入的同學能很快融入?！睂τ诳蒲袌F隊的建設，董衛(wèi)華頗有心得。

除了團隊里的大伙伴，董衛(wèi)華還有很多“翱翔計劃”小伙伴。

“翱翔計劃”作為北京青少年科技創(chuàng)新學院的一項特色課程，采取中學與大學聯(lián)合培養(yǎng)的方式。北京師范大學地理空間認知與可視分析研究中心就是“翱翔計劃”中學生進行地理科研初探的“寶地”。每周六，這些中學生都會興致勃勃地來到這里學習。

讓人類擁有更好的空間認知能力

科學普及在當下中國重要性的不斷提升，讓更多學者關注到自身的科普使命。對此，董衛(wèi)華認為“一眼辨山”這類空間認知方面的研究具有重要的科普意義。

“為什么這是重要的科普？第一，人類很早就用抽象符號來表示周邊環(huán)境。人要正常地識別這些符號，就需要加強這方面的訓練?！倍l(wèi)華說，“第二，中國在這方面的科普與國外相比還較薄弱。強調(diào)讀圖、用圖的重要性，實際上代表著對人的空間能力的重視，我們從小學就要訓練這種能力。”

“科普的意義是讓大家重視對地圖這種基本工具的使用，而不只是被動地認知?！倍l(wèi)華說。

在人的基本空間能力方面，專業(yè)的地理人如果不能通過地圖確定位置、辨別方向、識別真實環(huán)境，就無法進行野外考察。同樣，空間認知能力影響到人的生存。因此，空間認知研究對人的成長有重要意義和科普價值。在這種需求下，為了幫助人們快速地進行空間決策，進行定性的推理和判斷，董衛(wèi)華及其團隊研發(fā)了這些模型和算法來解決這種問題。

針對地理空間認知研究的發(fā)展，董衛(wèi)華這樣展望：“通過基礎研究了解人的大腦和視覺對于地理空間信息的認知過程，揭示不同群體與個體的地理空間認知模式，在此基礎上，找到更加科學的訓練手段，提高人的空間認知能力。同時，設計出更加符合人類健康的地圖，給人類的可持續(xù)發(fā)展、生存，從空間思維角度提供理論方法的支撐。”

（本文轉自科學網(wǎng)）