基于認知過程的中學(xué)生地理空間能力測度研究

朱菊萍

摘 要：通過理論建構(gòu)、實證分析等過程開發(fā)中學(xué)生地理空間能力、空間認知能力及主要認知因素測量工具，并利用信度、效度檢驗結(jié)果良好的測量工具在南通市啟秀中學(xué)初二年級施測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：學(xué)生地理空間能力與空間認知能力及所包含的感知、記憶、思維等認知因素均呈顯著相關(guān)關(guān)系，但影響強度不同。因此，可以充分利用認知規(guī)律，在地理教學(xué)中滲透空間認知能力及相關(guān)認知因素的理念與方法來提升學(xué)生地理空間能力。

關(guān)鍵詞：地理空間能力;認知規(guī)律;空間感知;空間記憶;空間思維

《地理國際憲章（2016）》指出：地理是一門以位置和區(qū)域知識為基礎(chǔ)的學(xué)科。位置是生活中的一個關(guān)鍵因素，關(guān)注空間分異的地理為日常生活提供了一個非常實際且有用的視角[1]。這表明地理空間能力是地理學(xué)科的基本能力，地理空間認知能力的高低一定程度上制約著中學(xué)生地理學(xué)習(xí)的效果和教師開展地理教學(xué)的進程。而地理學(xué)習(xí)同認知緊密聯(lián)系，地理學(xué)習(xí)過程是由感覺、知覺、思維、想象、記憶等方面組成的認知過程，地理認知活動是后續(xù)學(xué)習(xí)活動的基礎(chǔ)和前提?？梢哉f，從認知角度對中學(xué)生地理空間能力進行系統(tǒng)的研究和探討是地理教育教學(xué)領(lǐng)域的一項具有重要理論與實踐價值的研究課題。

一、研究方法

本研究在梳理分析有關(guān)地理空間能力及空間認知能力及相關(guān)認知因素文獻等資料基礎(chǔ)上，構(gòu)建并開發(fā)地理空間能力、空間認知能力及認知因素評價指標(biāo)體系;然后使用量表獲取數(shù)據(jù)資料，并對資料進行綜合處理和統(tǒng)計，分析地理空間能力與空間認知能力及認知因素的相關(guān)性及相關(guān)強度等，篩選出與中學(xué)生地理空間能力高相關(guān)的認知因素，并運用相關(guān)認知規(guī)律有重點地改善并加強這些關(guān)鍵認知因素以促進學(xué)生地理空間能力發(fā)展。

1.地理空間能力內(nèi)涵及其測量

空間能力是地理學(xué)科的核心能力之一。地球表面的地理現(xiàn)象、地理事件、地理過程，統(tǒng)統(tǒng)發(fā)生在以地理空間為背景的基礎(chǔ)上[2]。地理學(xué)研究空間更關(guān)注空間形狀、大小、方位和距離等要素[3]。地理空間強調(diào)空間中事物的地理位置和事物之間的距離關(guān)系。因此，地理空間能力既具有一般空間能力的特征，又具有地理學(xué)科的獨特性。概括地說，地理空間能力是建立在一般空間能力之上，對地理事象等進行認知活動，從而在頭腦中形成它們的空間形象，并在此基礎(chǔ)上進行分析地理事象的空間位置、形狀、空間分布、相互關(guān)系及其動態(tài)變化的能力。

目前，有關(guān)空間能力的測試已較成熟，但是比較系統(tǒng)全面的地理空間能力測試工具尚未形成。在研究地理空間能力內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，按照相關(guān)性、一致性、定義清晰準確等原則，結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于地理空間能力測量的相關(guān)理論研究和中學(xué)生實際情況進行綜合分析，訪談數(shù)名有經(jīng)驗的中學(xué)地理教師及地理教學(xué)論專家，利用理論和實際相結(jié)合的編制策略，初步建立中學(xué)生地理空間能力評價指標(biāo)體系，使用量表對被試學(xué)生進行測試，進而對量表內(nèi)容及測驗條目進行反復(fù)調(diào)整和修訂，直至定稿。

量表主要包括3個一級指標(biāo)和6個二級指標(biāo)。一級指標(biāo)中，地理空間形態(tài)能力主要是指初步觀察地理事象等的能力;地理空間定位能力是指個體從不同角度去觀察地理事象，并對其進行空間位置判定等，這種能力同空間感知與空間思維等密切相關(guān);而地理空間關(guān)系能力主要指個體利用“心象地圖”去快速綜合地解決地理問題的能力，同空間記憶中的空間表象能力等有關(guān)?！靶南蟮貓D”是駐留在記憶中的關(guān)于實體世界與空間特征的印象式表達，它是空間認知的結(jié)果[4]。綜上所述，地理空間能力量表主要從地理學(xué)標(biāo)準出發(fā)，較系統(tǒng)地測量了與地理空間能力密切相關(guān)的內(nèi)容，進而實現(xiàn)對地理空間能力的初步評價。具體內(nèi)容如表1所示。

從題目設(shè)計到試測修訂，最后確定的中學(xué)生地理空間能力測量表包含3個維度，6個分測驗，38 個測題。關(guān)于測量條目均采用 0/1 計分法。各分測驗答對條目得分總和即該分測驗原始分，然后對原始分進行數(shù)據(jù)標(biāo)準化處理。

對“中學(xué)生地理空間能力測量表（GSCS）”（以下簡稱GSCS）進行信效度檢驗表明，量表內(nèi)部一致性較好，具有較好的測量信效度，基本能夠反映出不同被試樣本在地理空間能力上的不同水平，在評價意義上是有價值的，基本達成了原命題計劃。

2.空間認知能力及認知因素測量

概括地說，認知過程是人由現(xiàn)象到本質(zhì)地反映客觀事物特征與內(nèi)在聯(lián)系的心理活動，主要包括感知、記憶、思維和想象等內(nèi)部過程[5]。而空間認知（ Spatial cognition ）是研究處理空間信息過程的科學(xué)?？臻g認知研究人類怎樣認識空間環(huán)境中的物體、現(xiàn)象的空間位置、空間分布、相互關(guān)系，以及它們的變化和規(guī)律?？臻g認知的過程主要包括：感知過程，表象過程，記憶過程和思維過程等。對地理空間的認知作為認知科學(xué)和地理科學(xué)的交叉部分，需進行基于地理空間相關(guān)問題的特化研究。有研究者認為基于地圖的地理空間認知研究是地理空間能力的重要內(nèi)容，對地圖使用者來說，其地圖空間認知過程與客觀世界認知過程是相同的。

物體的空間特性（形狀、大小、遠近、深度、方向等）直接作用于人的感覺器官或者通過語言、文字描述和圖形示意等形式間接作用于感覺器官，經(jīng)過大腦的綜合反映產(chǎn)生知覺，再通過記憶、想象、思維等心理過程，可以獲得對直接客體的全面而深刻的認識以及間接客體在頭腦中的再現(xiàn)形象，甚至創(chuàng)造出新的形象?？偟膩碚f，空間認知過程主要包括空間感知、空間記憶、空間思維等。其中，空間感知是人類對空間環(huán)境認知的基礎(chǔ)。而空間記憶則主要指在人腦中保持對感知過的空間事象具體形象或外部特征的記憶，一般具有直觀性，有助于形成空間表象。另外，記憶能夠使學(xué)生形成一定的地理空間觀念，積累地理表象?？臻g記憶過程一定程度上涵蓋了空間表象過程。而地理空間思維可以具體劃分為具體的因子，如空間想象能力、空間分析能力等。綜合考慮上述內(nèi)容，本文把空間認知過程中包含的空間感知、空間記憶、空間思維等作為影響學(xué)生地理空間能力發(fā)展主要的認知因素考查對象（表2）。

表2 中學(xué)生空間認知能力及認知因素測量內(nèi)容

[分量表 二級指標(biāo) 相關(guān)說明 空間感知 空間視覺知覺 指物體的空間特性（形狀、大小、遠近、深度、方向等）直接作用于視覺為主的感覺器官或者通過示意等形式作用于感覺器官所引起的對事物空間特性的感知 空間認知地圖 指通過各種形式作用于人的感覺器官形成表象后引起的有關(guān)事物空間特性在人腦中的反映 空間記憶 空間形象記憶 主要指對感知過的空間事象具體形象或外部特征的記憶，具有鮮明的直觀性，有助于形成空間表象 空間邏輯記憶 主要指根據(jù)不同客觀事物本身的意義和性質(zhì)，以及客觀事物之間的關(guān)系，對空間事象的有關(guān)空間特性形成概念、判斷、推理等形式的記憶 空間思維 空間形象思維 主要指憑借事物的直觀形象和空間表象等為支柱解決有關(guān)事物空間特性問題的思維形式，具有形象性 空間抽象思維 主要指以抽象的概念、判斷、推理等思維形式來反映客觀事物在空間特性方面的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系 ]

綜合相關(guān)理論研究及文獻資料，并結(jié)合研究需要，初步編制“中學(xué)生空間認知能力及認知因素測量表（SCAS）”（以下簡稱SCAS），經(jīng)過 2017 年 9 月的預(yù)試，并進行信度效度測查及收集，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整修改后，最后確定中學(xué)生空間認知能力及主要認知因素測量評價指標(biāo)系統(tǒng)。測量表分 3 個維度，6 個分測驗，共 36 個測題。測題按照并列直進式原則編制，每個分測驗中按混合螺旋式排列的原則，由易到難編排。具體測量條目均采用 0/1 計分方法，各分測驗答對的條目得分總和即該分測驗的原始分，然后利用對原始分進行數(shù)據(jù)標(biāo)準化處理。這樣初步確定中學(xué)生空間認知能力及認知因素評價指標(biāo)系統(tǒng)。

利用經(jīng)過檢驗的GSCS、SCAS量表作為簡單研究中學(xué)生地理空間能力、空間認知能力及主要認知因素的工具開展研究。2018年9月在南通市啟秀中學(xué)初二年級選取5個班級，采取集體施測的方式進行，每次施測人數(shù)在50人次左右，每個測驗均有明確且嚴格的時間限制，施測過程中應(yīng)遵循時間要求。測驗量表由被試者獨立完成。測試涉及的系列指導(dǎo)語等錄音統(tǒng)一播放，投影儀統(tǒng)一展示系列圖片。測量最終獲取244份有效問卷數(shù)據(jù)，其中男生124份（50.8%），女生120份（49.2%），性別比例相當(dāng)。

二、研究結(jié)果與分析

1.中學(xué)生地理空間能力測量結(jié)果分析

從測量結(jié)果來看，被測學(xué)生的地理空間能力組成中，地理空間形態(tài)能力、地理空間定位能力、地理空間關(guān)系能力發(fā)展程度有高低。相對而言地理空間定位能力得分略偏低。

2.中學(xué)生空間認知能力及認知因素測量結(jié)果分析

從中學(xué)生空間認知能力及認知因素測量結(jié)果來看，被測學(xué)生的空間認知能力主要認知因素得分組成中，空間感知、空間記憶、空間思維3項認知因素水平有高低。相對而言，空間記憶水平較高，空間感知水平次高，而空間思維水平最低。

這樣的結(jié)果與初中生認知發(fā)展水平密切相關(guān)。在感知覺方面，初中生能根據(jù)要求自覺地去知覺有關(guān)空間事象，說明知覺的目的性、概括性和精確性有了較大提高;另外，在空間知覺方面的抽象性得到增強，能比較熟練地掌握三維空間關(guān)系。從記憶能力來看，初中生形象記憶和抽象記憶都在飛速發(fā)展，他們還能利用一定的記憶策略來幫助記憶。這個階段的學(xué)生具有一定的注意分配能力，他們可以邊聽講邊記筆記，利用多感官通道促進記憶效果。另外，他們利用空間推理等解決有關(guān)空間問題的能力也得到了很大的發(fā)展，但邏輯思維還不成熟，有待于有針對性地廣泛演練。這也可能同傳統(tǒng)地理課堂教學(xué)比較重視對主題空間事象有關(guān)信息的記憶是否達成有關(guān)。

3.性別差異顯著性檢驗

分別對中學(xué)生地理空間能力、空間認知能力及主要認知因素測試結(jié)果進行男女分組差異顯著性檢驗（表3、表4）。

表 3與表 4 結(jié)果表明男、女生之間不存在顯著性差異，說明初中二年級學(xué)段男、女生在地理空間能力及空間認知能力上無明顯差異。另外，在空間認知能力主要認知因素空間感知、空間記憶、空間思維3個分量表上，男、女生也沒有明顯差異。這與戈德斯坦（Goldstein D）等的“在控制了某些干擾因素的情況下空間認知能力不存在性別差異”研究結(jié)果基本一致。

4.地理空間能力與空間認知能力及認知因素的相關(guān)性分析

利用量表分別對被試者進行地理空間能力、空間認知能力及認知因素等相關(guān)測試，經(jīng)過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，中學(xué)生空間認知能力及認知因素測量表中，空間感知、空間記憶、空間思維 3 個維度及各個維度下的分量表同地理空間能力在 0.01 水平上呈顯著相關(guān)（表5）。

通過對地理空間能力、空間認知能力及認知因素各個維度及分量表的相關(guān)性分析可知，空間認知能力中空間感知、空間記憶、空間思維等空間認知因素與地理空間能力具有較高的正相關(guān)關(guān)系?？梢酝ㄟ^運用促進這些空間認知因素發(fā)展的科學(xué)方法以提高中學(xué)生地理空間能力，即基于有效利用認知規(guī)律培養(yǎng)相關(guān)認知因素，進而采取提升地理空間能力的相關(guān)教學(xué)方法與策略。如在地理教學(xué)中通過滲透提高空間感知（如視覺感知能力訓(xùn)練）、空間記憶（如事象記憶術(shù)）、空間思維（如視覺思維訓(xùn)練）等來提升空間認知能力及相關(guān)認知因素。

5.地理空間能力與空間認知能力各認知因素的回歸分析

運用 SPSS 多元逐步回歸分析方法，建立中學(xué)生地理空間能力與空間認知能力各認知因素之間的回歸模型（Y=21.63+0.301x1+0.189x2+0.229x3），進而研究空間認知能力各相關(guān)認知因素對地理空間能力的影響程度。

上述回歸模型中涉及的3個自變量中，x1 是指空間認知能力中的空間感知，x2 是指空間記憶，x3 是指空間思維。從方程中自變量的系數(shù)大小可以看出，影響地理空間能力的認知因素按影響程度排列依次是：空間感知>空間思維>空間記憶。

但從測量結(jié)果看，目前被試學(xué)生空間感知和空間思維的發(fā)展略滯后于空間記憶。綜合分析發(fā)現(xiàn)，空間感知和空間思維對學(xué)生地理空間能力作用程度較強，但在初中二年級學(xué)段的發(fā)展水平卻略低于空間記憶。這可能與初中生認知發(fā)展水平及傳統(tǒng)教學(xué)方式有關(guān)。

三、研究應(yīng)用與展望

1.地理空間能力量表與空間認知能力及認知因素量表有一定的使用價值

本研究編制的“中學(xué)生地理空間能力測量表（GSCS）”“中學(xué)生空間認知能力及認知因素測量表（SCAS）”的難度、區(qū)分度均較好，信度、效度等也比較可靠。兩個量表既相互獨立又互成體系，通過相關(guān)分析研究，試圖揭示空間認知過程中各個認知因素對地理空間能力的可能影響及影響程度。另外，分量表及總量表測試題目與應(yīng)測內(nèi)容范圍的吻合程度較高，結(jié)構(gòu)良好。因為地理空間能力的形成和發(fā)展是一個持續(xù)的、動態(tài)的養(yǎng)成過程，相關(guān)指標(biāo)體系的建設(shè)應(yīng)該在教學(xué)實踐中不斷改進和完善，以期提高生成性。

2.地理空間能力與空間認知能力及認知因素相關(guān)性研究為地理教學(xué)實踐提供新思路

本研究試圖建立認知心理學(xué)與地理空間能力發(fā)展的聯(lián)系。通過使用編制的兩套量表進行研究發(fā)現(xiàn)：中學(xué)生空間認知能力及主要認知因素測量表中，空間感知、空間記憶、空間思維等認知因素同地理空間能力呈明顯相關(guān)關(guān)系，這說明地理空間能力受空間認知能力及認知因素影響顯著。其中，空間感知的影響強度最大，其次是空間思維，空間記憶的影響強度最小。但是，初二學(xué)生空間記憶的發(fā)展水平略優(yōu)于空間感知和空間思維?？梢哉f，空間感知和空間思維對學(xué)生地理空間能力作用程度較強，但在初中二年級學(xué)段的發(fā)展水平卻略低于空間記憶。這可能與初中生認知發(fā)展水平及傳統(tǒng)教學(xué)方式有關(guān)?？梢愿鶕?jù)學(xué)生有關(guān)空間認知的發(fā)展水平現(xiàn)狀及不同認知因素的作用強度有針對性地進行相關(guān)訓(xùn)練。如在地理教學(xué)過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進行負性空間辨認練習(xí)、視覺掃描空間事象練習(xí)、視象記憶加工練習(xí)、層次化心理地圖構(gòu)建等[6]，訓(xùn)練并提升空間感知、空間記憶及空間思維等。可以利用認知規(guī)律，根據(jù)學(xué)生有關(guān)空間認知的發(fā)展水平現(xiàn)狀及不同認知因素的作用強度有針對性地進行相關(guān)訓(xùn)練，提高和改善學(xué)生薄弱項的發(fā)展。在教學(xué)中更有側(cè)重點地加強對關(guān)鍵空間認知因素——空間思維、空間感知等的培養(yǎng)，進一步提高學(xué)生地理空間能力，進而提升其地理空間素養(yǎng)。

地理空間能力及空間認知能力相關(guān)認知因素內(nèi)涵復(fù)雜，而地理空間能力的形成和發(fā)展是一個持續(xù)的、動態(tài)的養(yǎng)成過程，相關(guān)指標(biāo)體系的建立應(yīng)該在教學(xué)實踐中不斷改進和完善，以進一步提高適配度和生成性。教師可以通過對學(xué)生不同時間、不同階段的地理空間能力、空間認知能力及主要認知因素的監(jiān)測，掌握其發(fā)展變化情況，進而針對學(xué)生現(xiàn)狀及時采取適合學(xué)情的相應(yīng)教育教學(xué)手段，更好地貼合學(xué)生實際發(fā)展。

參考文獻：

[1] 楊潔，丁堯清.地理教育國際憲章 2016[J].中學(xué)地理教學(xué)參考，2016（15）：22-24.

[2] 盧萬合.中學(xué)生地理空間思維能力及其培養(yǎng)[D].長春：東北師范大學(xué)，2005.

[3] 袁孝亭.利用地理空間要素發(fā)展學(xué)生空間思維[J].課程·教材·教法，2009，29（08）：62-67.

[4] 高俊.地圖學(xué)四面體——數(shù)字化時代地圖學(xué)的詮釋[J].測繪學(xué)報，2004（01）：6-11.

[5] 梁寧健.心理學(xué)導(dǎo)論[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2013.

[6] 王俊友.學(xué)生心理地圖層次化構(gòu)建策略[J].地理教育，2014（10）：59-60.