湯芊沛 鄒金偉 趙耀龍

（1.深圳市寶安區(qū)橋頭學(xué)校, 廣東 深圳 518103; 2.深圳市寶安區(qū)教育科學(xué)研究院, 廣東 深圳 518101;3.華南師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 廣東 廣州 510631）

一、心理地圖概念及建構(gòu)過程

心理地圖是指人們對(duì)各類地理信息進(jìn)行認(rèn)知加工后在頭腦中形成的內(nèi)化印象。心理地圖的構(gòu)建不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的空間認(rèn)知能力，還能幫助學(xué)生隨時(shí)獲取必要的地理信息，解決實(shí)際生活中的地理問題，學(xué)習(xí)對(duì)終身發(fā)展有用的地理。[1]

在認(rèn)知心理學(xué)領(lǐng)域，心理地圖是一種空間性的心理表征，因此其建構(gòu)過程應(yīng)遵循空間認(rèn)知基本規(guī)律。根據(jù)地理空間認(rèn)知理論，空間認(rèn)知過程主要包括感知階段、表象階段及思維階段。[2]其中，感知階段是構(gòu)建心理地圖的起始階段，學(xué)生首先會(huì)對(duì)地理事物的位置、輪廓、尺度、方位等空間屬性進(jìn)行掃描感知，初步建立對(duì)區(qū)域的粗略印象；在表象階段，大腦會(huì)通過心理操作和邏輯操作對(duì)原有粗略印象進(jìn)行進(jìn)一步加工完善；[3]思維階段則是在表象形成的基礎(chǔ)上，提取頭腦中已有的心理地圖，并將其運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)問題情境中進(jìn)行遷移強(qiáng)化，最終完成將外在地圖文本轉(zhuǎn)化為內(nèi)在心理地圖的全部認(rèn)知過程，如圖1所示。

圖1 空間認(rèn)知視角下心理地圖建構(gòu)過程

二、運(yùn)用GIS構(gòu)建心理地圖的過程機(jī)制

教師輔助學(xué)生構(gòu)建心理地圖的媒介有多種方式，如傳統(tǒng)地圖、多媒體、地理信息技術(shù)等，隨著教育信息化的不斷發(fā)展，GIS在地理課堂教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)正逐漸顯現(xiàn)，作為地理學(xué)與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，地理信息技術(shù)可以儲(chǔ)存大量教學(xué)所需的信息素材，并通過直觀化、動(dòng)態(tài)化、立體化、情境化等形式可視化呈現(xiàn)信息素材，在一定程度上可以與傳統(tǒng)地圖教學(xué)起到相輔相成的作用。因此，本文結(jié)合空間認(rèn)知理論及GIS的優(yōu)勢(shì)，深入分析了運(yùn)用GIS構(gòu)建心理地圖的過程機(jī)制，如圖2所示。

圖2 運(yùn)用GIS構(gòu)建心理地圖的過程機(jī)制

在感知地圖的初期階段，教師可運(yùn)用“沉浸式空間漫游”“添加矢量要素”“實(shí)地測(cè)量”“實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)”等功能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)區(qū)域空間屬性的感知能力；在表象階段，GIS的“三維數(shù)字化”“圖層要素疊加”等可視化方式能幫助學(xué)生加深對(duì)地圖的知覺性理解，以形成逐漸清晰的地理表象；最后，通過“空間分析”“空間查詢”“實(shí)地測(cè)量”“實(shí)時(shí)定位”等功能讓學(xué)生在真實(shí)情境中對(duì)已有心理地圖加以應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)思維階段的遷移提升?？傊?，教師可根據(jù)不同認(rèn)知階段教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，有針對(duì)性地利用GIS的空間性、動(dòng)態(tài)性、情境性等優(yōu)勢(shì)幫助學(xué)生在深入理解地理事物空間分布的基礎(chǔ)上構(gòu)建心理地圖。

三、各階段運(yùn)用GIS構(gòu)建心理地圖的教學(xué)策略

1.感知階段

(1)空間漫游加深沉浸感知

在地圖認(rèn)知的初期階段，學(xué)生對(duì)所學(xué)區(qū)域地理事物的空間分布狀況還較為陌生，教師可以通過Google Earth的空間漫游功能，在地圖中創(chuàng)建所需游覽的路徑，然后點(diǎn)擊播放游覽，以鳥瞰視角引導(dǎo)學(xué)生觀察所識(shí)區(qū)域的空間分布形態(tài)，讓學(xué)生仿佛置身地圖之中，沉浸式地感受當(dāng)?shù)氐木坝^現(xiàn)狀，從而激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)后續(xù)階段認(rèn)知活動(dòng)的開展。

(2)添加矢量要素形成格局

地球表層是極其復(fù)雜多樣的，學(xué)生對(duì)于一個(gè)大范圍地區(qū)的認(rèn)識(shí)就如同馬賽克一樣，是由許多個(gè)對(duì)更小范圍的區(qū)域空間的認(rèn)識(shí)組成。[4]學(xué)生在認(rèn)識(shí)地理事物的分布時(shí)，可通過“以點(diǎn)串線、以線帶面”的形式，結(jié)合ArcGIS的矢量要素添加功能認(rèn)識(shí)地理事物間的相對(duì)位置，從而理出一條清晰的空間序列。例如，教師可以在ArcGIS中對(duì)任意所需認(rèn)識(shí)的區(qū)域添加“面”狀矢量要素，然后添加諸如赤道、回歸線、極圈等重要的“線”狀矢量要素，讓學(xué)生觀察該區(qū)域與線狀要素間的相對(duì)位置，這種類似編碼的形式可以輔助學(xué)生在腦海中構(gòu)建地理空間分布的基本格局，提升其對(duì)區(qū)域感知的準(zhǔn)確性。

(3)疊加圖形加深輪廓認(rèn)知

形狀輪廓的感知是學(xué)生對(duì)區(qū)域進(jìn)行識(shí)別及定位的重要前提，教師通過對(duì)所需認(rèn)知的區(qū)域添加結(jié)合再造想象的“面”狀矢量要素，可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)區(qū)域輪廓進(jìn)行深層次加工。例如，在學(xué)習(xí)“中國(guó)的行政區(qū)劃”時(shí)，可以將山西省的輪廓抽象化想象為“平行四邊形”，將內(nèi)蒙古自治區(qū)的輪廓形象化想象為“展翅的雄鷹”，然后在ArcGIS中將形似圖形疊加到對(duì)應(yīng)省級(jí)行政區(qū)上，以幫助學(xué)生快速實(shí)現(xiàn)區(qū)域識(shí)別和定位，提升區(qū)域輪廓感知效率。此外，教師還可以利用GIS的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，將這些教學(xué)所需數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在地理信息系統(tǒng)中作為素材庫保存以便隨時(shí)使用。

(4)虛擬現(xiàn)實(shí)感受區(qū)域尺度

區(qū)域尺度感知是教師在日常教學(xué)活動(dòng)中容易忽視的一個(gè)維度，地理教材中的大量?jī)?nèi)容都潛移默化地涉及到了尺度感知的相關(guān)內(nèi)容，例如比例尺、行星距離、地形區(qū)的分布范圍等。大多數(shù)單一的數(shù)據(jù)和插圖難以讓學(xué)生真實(shí)地感受到地理事物的尺度，因此，教師可以充分挖掘Web GIS中豐富的應(yīng)用平臺(tái)，利用平臺(tái)中的各類應(yīng)用場(chǎng)景帶領(lǐng)學(xué)生從多元化角度直觀地感知地理事物，在真實(shí)場(chǎng)景中提高學(xué)生對(duì)空間尺度的直觀感受。如圖3所示，在學(xué)習(xí)“地球的宇宙環(huán)境”時(shí)，教師可以利用720云平臺(tái)中的太空應(yīng)用場(chǎng)景，直觀還原第一人稱視角及第三人稱視角下的宇宙行星，加深學(xué)生對(duì)行星間距離尺度的感知，樹立準(zhǔn)確的空間尺度觀。此外，還可通過Web GIS的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)呈現(xiàn)出行星表面形態(tài)及宇宙空間站內(nèi)部的真實(shí)環(huán)境，讓學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中多維感受宇宙空間的魅力。

圖3 720云平臺(tái)模擬地球的宇宙環(huán)境

2.表象階段

(1)維度轉(zhuǎn)變培養(yǎng)空間思維

地理是一門空間性較強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)習(xí)地理通常要求學(xué)生具備良好的空間思維能力，尤其是自然地理相關(guān)內(nèi)容（如地球運(yùn)動(dòng)、等高線地形圖的判讀等），GIS的空間性特點(diǎn)可將二維平面地圖數(shù)字化為三維立體景觀，幫助學(xué)生在頭腦中建立對(duì)平面事物的立體表征，提升空間認(rèn)知能力。例如，在學(xué)習(xí)“等高線地形圖”時(shí)，教師可以將課本中的二維等高線地形圖導(dǎo)入到ArcGIS中進(jìn)行數(shù)字化處理，然后對(duì)每條等高線賦予相應(yīng)的高度值，最后將數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入到surfer中，立體化呈現(xiàn)出山體的三維形態(tài)，如圖4所示。

圖4 二維等高線地形圖的三維數(shù)字化立體呈現(xiàn)

(2)圖層疊加培養(yǎng)綜合思維

現(xiàn)實(shí)地球表面分布著眾多復(fù)雜的地理要素，當(dāng)這些要素信息置于同一平面上時(shí)，容易增加學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，而GIS區(qū)別于傳統(tǒng)地圖信息呈現(xiàn)的重要特點(diǎn)就在于其圖層表征形式，其各圖層表達(dá)某單一地理要素（如地形、氣候、河流、城市等）的分布，教師可利用這一特點(diǎn)，以區(qū)域輪廓圖作為底片，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要，逐步疊加各個(gè)要素，引導(dǎo)學(xué)生觀察要素間的重疊區(qū)域，更好地幫助其理解地理要素間的關(guān)聯(lián)性。例如，在學(xué)習(xí)“植被的分布”時(shí)，可以疊加地形、氣候、河流等自然地理因素，讓學(xué)生觀察各因素與植被分布圖層的重疊區(qū)域，以探究不同因素對(duì)植被分布的影響，幫助學(xué)生理解植被分布現(xiàn)狀背后的綜合性原因。

此外，這種GIS的圖層思維還可用于開展以學(xué)生為主體的探究性活動(dòng)。如圖5所示，在學(xué)習(xí)“世界的聚落”時(shí)，教師可以準(zhǔn)備多張代表不同地理要素的半透明圖層教具，通過疊加不同的圖層讓學(xué)生來觀察與聚落所在地相重合的各項(xiàng)地理要素具體情況，從而深入分析影響聚落分布的原因。由此可見，GIS在培養(yǎng)學(xué)生心理地圖建構(gòu)的過程中不僅承擔(dān)著工具性的媒介作用，還能夠幫助學(xué)生培養(yǎng)基于圖層表征的要素綜合思維。[5]

圖5 代表不同聚落影響因素的半透明圖層教具

3.思維階段

(1)空間分析解決實(shí)際問題

學(xué)生在形成心理地圖表象后，還需要運(yùn)用腦海中已形成的心理地圖解決實(shí)際問題。GIS最不可忽視的就是其空間分析功能，在地理教學(xué)中可以運(yùn)用該功能對(duì)影響生產(chǎn)活動(dòng)分布的因素進(jìn)行綜合分析，讓學(xué)生在現(xiàn)實(shí)情境中解決地理問題。如圖6所示，在分析“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)分布的選址”時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生思考農(nóng)業(yè)布局所需的光照、地形、河流等自然地理?xiàng)l件，然后通過ArcGIS的坡度分析、坡向分析及緩沖區(qū)分析的功能分別計(jì)算出符合條件的相關(guān)區(qū)域，最后選取各項(xiàng)條件都適宜的重疊區(qū)域，得出分析結(jié)果，讓學(xué)生在真實(shí)的區(qū)域中綜合分析問題。

圖6 ArcGIS的空間分析功能

(2)歷史地圖培養(yǎng)時(shí)空思維

除了掌握區(qū)域綜合分析的能力外，學(xué)會(huì)對(duì)區(qū)域進(jìn)行比較分析也同樣關(guān)鍵。在區(qū)域的空間比較方面，教師可以導(dǎo)入某地區(qū)的氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)，通過ArcGIS的空間查詢功能找到具有相同條件的地區(qū)，進(jìn)而分析該地區(qū)進(jìn)行相同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的可行性；在區(qū)域的時(shí)間比較方面，Google Earth中存儲(chǔ)了全球各地不同時(shí)間點(diǎn)拍攝的衛(wèi)星遙感影像，將不同時(shí)期的遙感影像進(jìn)行比較，有助于培養(yǎng)學(xué)生的時(shí)空綜合思維。如圖7所示，教師可通過深圳前海地區(qū)兩張不同時(shí)間點(diǎn)的遙感影像呈現(xiàn)出填海造陸對(duì)海岸線演化的影響，讓學(xué)生直觀感受到改革開放以來深圳城市景觀的歷史變遷，引導(dǎo)學(xué)生用變化發(fā)展眼光看待地理事物。

圖7 Google Earth歷史地圖中深圳前海海岸線的演化

(3)實(shí)地考察提升實(shí)踐能力

在思維階段，戶外實(shí)踐活動(dòng)是幫助學(xué)生遷移強(qiáng)化心理地圖的不可忽視的重要手段。GIS作為實(shí)踐活動(dòng)的重要指導(dǎo)工具，一方面可以通過GIS的相關(guān)終端軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)考察地的實(shí)時(shí)導(dǎo)航，另一方面還可通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)實(shí)踐地點(diǎn)進(jìn)行三維立體化呈現(xiàn)，輔助學(xué)生對(duì)考察地進(jìn)行全方位觀察。例如在Google Earth中創(chuàng)建實(shí)踐活動(dòng)路徑的“線”狀矢量要素，然后通過顯示高度配置文件功能直觀地還原途經(jīng)路線的地表起伏狀況及考察線路在山體上的分布，如圖8所示。

圖8 在Google Earth中創(chuàng)建實(shí)踐路徑并顯示高程配置文件

總之，GIS與傳統(tǒng)地圖教學(xué)媒介各有其特點(diǎn)，教師在教學(xué)的過程中不可盲目追求創(chuàng)新，只關(guān)注于課堂教學(xué)的技術(shù)層面，而應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)充分發(fā)揮二者優(yōu)勢(shì)，有針對(duì)性地進(jìn)行課堂教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)最優(yōu)化效果，從而幫助學(xué)生高效建構(gòu)心理地圖。