中學生地理時空思維的科學內涵與價值理念

羅婷婷,顏佳瀅,趙耀龍

（華南師范大學地理科學學院，廣州510631）

地理學是一門研究陸地表層自然和人文要素時空變化規律的學科，其研究的主要問題包括地理綜合體的空間分布規律、時間演變過程，以及地理要素的驅動機制［1-3］。因此，地理學科的性質決定了其本身對時空思維的重視，中學地理教學根植于地理學的理論和知識，培養學生的時空思維是地理學習的本質要求?！镀胀ǜ咧械乩碚n程標準（2017年版）》也強調了對學生時空綜合思維的培養。但地理時空思維的形成并不是一蹴而就的，需要經過長期的培養與訓練。因此，地理時空思維培養不僅是局限于高中階段，更應貫穿于地理學習的全過程，納含在地理學習的各階段，循序漸進培養。地理時空思維已經作為地理教學中重點培養的思維之一，但地理時空思維當前依舊存在著較多的問題，內涵上的尚未統一，時空思維形成過程的不清晰，地理教學培養體系不健全等都阻礙著時空思維在中學階段的培養，使得地理時空思維的培養從理論到落實存在重重困難。

本文在系統梳理時間與空間認知發展歷程的基礎上，提出了“時”“空”統一的中學生地理時空思維內涵，分析了其特征、培養價值以及教育理念，對中學生從地理空間思維到地理時空思維教育理念的研究現狀進行綜述，對中學生地理時空思維教育的研究進行了展望。本文嘗試以地理時空思維的科學內涵與價值理念，為中學地理時空思維的培養提供有效的借鑒。

1 古代時空觀的形成

關于時間和空間的探討是一個古老的話題?！冬F代漢語詞典》中，時間是指物質存在的一種客觀形式，由過去、現在、將來構成的連綿不斷的系統，是物質運動、變化的持續性表現，它可以是由起點到終點的一段時間，也可以是時間里的一點；空間是與時間相對的一種物質存在形式，表現為長度、寬度和高度，也指數字空間、物理空間與宇宙空間［4］。由此可見，現代社會對時間和空間的認識更多是從物理、數學等學科角度進行思考，但如果回溯時空觀的產生和發展，我們會驚奇地發現，盡管古今中外對時空觀的理解各不相同，但不管是西方的古希臘先哲們還是中國古代先人們，他們對時空的思考都源于仰望星空和俯察自然中，即在地理觀察中開始了時空認知，并形成了人類最早的宇宙觀。以古希臘為例，人們用神話的方式來認識宇宙，而這些神話正是源于對地理自然事物的觀察，如用太陽神的神話對太陽東升西落現象進行解釋［5］。其中最為明顯的是中國古代對于時間和空間的表示，古代的先人們通過“宙”和“久”表達時間，以“合”和“宇”表示空間。如老子在《文子·自然》中的“往古來今謂之宙，四方上下謂之宇”［6］，《尸子》中的“天地四方曰宇，往古來今曰宙”，這些都是利用了宇宙來表達時空［7］。宇宙觀最重要的問題在于人與自然的關系問題，即天人關系的把握，地理學的核心研究課題之一正是探討時空下的人與自然的關系［8-9］。因此人類對于時空的思考，究其根本源于對宇宙觀的理解和認識，而宇宙觀的形成又與地理觀察息息相關，可見時空與地理自古便緊密相連（圖1）［10-11］?？偠灾?，時空源于地理，從地理中也可以發現時空，地理學科本身的性質天然決定了其具有時空特性，地理若脫離了時空便難以成為真正的地理。

圖1 古代時空觀的形成過程Fig.1 The formation process of ancient time and space concept

2 地理時空觀的特性

時間和空間在早期是分離的狀態，隨著當代科學的發展，物理、哲學等多學科對時空深入探究和分析，時空在多學科中已經走向結合?；仡櫟乩頃r空的發展歷程，近代地理學對時空的認知和理解仍停留在時空分離的階段，面對地理時空的困境，許多當代的地理研究者開始了對時空的更多思考，使得當下的地理時空觀也在發生著變化［12］。結合當下對地理時空的新認識，當下的地理時空正包含著以下新特征。

2.1 地理時空為時間和空間的動態有機結合

現代地理學中，“地”是指地球或地球表面（層），或者是指一個區域；“理”是指事理、規律，或者是事物規律性的內在聯系。地理指地球表層的地理現象或事物的空間分布、時間演變和相互作用規律［13］。地理時間是指從時間視角看待地理事象過去、現在及未來的發展演變過程［14］；地理空間是指地球表面或某一地域，是物質、能量、信息及人類行為在地理范疇中的存在形式、功能關系上的分布方式和格局及其在時間上的延續［15］。在地理學研究領域，時間和空間應是動態有機結合的，兩者既有區別也有聯系：區別在于時間為一維而空間為三維，時間處于動態而空間為靜態；聯系在于時間和空間兩者并非孤立的。我們的日常生活中時空總是相連的，例如在我們描述地理事物的變化的過程中，既含有地理事物本身空間形態上的變化，也包含有地理事物在時間上的更替變化。

隨著地理科學的發展，越來越多的地理學家及相關工作者認識到，地理現象產生的原因是不同時空尺度下的因子相互疊加作用的結果，即時空結合下的結果。如張素娟認為目前地理學研究的趨勢已從傳統地理學上只重空間分異，到現如今關注區域內各部分功能上的聯系和區域發展的方向，及面對事件分析、預測地理環境和人地關系的演化規律［16］。牛超從關乎如何認識世界的認識論角度，認為地理研究蘊含歷時動態耦合與共時關聯的認知視角［17］。時空思維是時間和空間兩者的有機結合，既不能將地理時間和空間割裂，也不能簡單地將時間和空間的含義相加。牛文元認為，地理學是空間分布和時間過程研究的統一，只有將時間和空間有機結合，才能深入了解和揭示地理的內在規律與本質。忽視空間或者時間其中之一，都會使得地理學陷入靜止、描述和無法揭示事物本質的狀態［18］。

2.2 地理時空是自然時空和社會時空的統一

不同的學科對時空的認識各有不同，歷史上人類對時空的思考可以主要劃分為科學和哲學兩個角度。其中科學領域的時空凸顯的是客觀的自然時空，從古希臘時期亞里士多德對時空第一次進行了系統全面的論述，到近代牛頓的絕對時空觀及當代愛因斯坦的相對論，人類對自然時空的認識發生了革命性的變化［19］。而哲學領域上，對時空的認識主要從人的視角出發，強調社會時空。但自然時空與社會時空的統一性起初并沒有被發掘，兩種時空認識呈現割裂的狀態。直到馬克思從唯物論的角度出發，結合人類的長期生活和社會實踐，提出時空觀中自然時空和社會時空是統一的觀點［19］。盡管自然時空和社會時空觀念有著明顯的區別，但地理學強大的綜合性使得其三大分支面對的時空各有側重，如自然地理學以研究自然時空為主，而人文地理重點關注于社會時空，地理信息則涉及了自然和社會時空兩方面，因此地理學作為一門綜合性的學科，本身便是自然學科和人文學科的統一?，F代地理學家哈維從空間出發創造性地提出了“歷史-地理唯物主義”，認為時空不僅具有客觀性，也具有社會性［20］。因此，從學科本質到學科特性，地理學科本身就要求既要思考自然時空也要考慮社會時空［21-22］。

2.3 地理時空具有多種綜合特性

地理時空不僅在時間和空間的結合上具有特性，其研究內容也使其具有多種綜合特性。如地理時空涉及要素繁多使其具有復雜性；地理時空是人與自然相互作用下的產物，與人類活動息息相關，因此有社會性；而人類社會實踐和發展的慣性又決定著地理時空的連續性，人類社會改造世界的巨大主觀能動性和創造性使其具有可變性［12］。地理信息技術的發展沖破了限制人們認識事物的空間障礙、時間障礙和人本身的功能障礙，加強了人的認識能力，使得地理時空顯示出新的特性［23］。

因此，隨著社會認知的加深，和地理信息技術的不斷發展，未來地理時空將會呈現更多的特性，這也要求我們在學習地理時空時，需要與時俱進，全面思考，了解地理時空在新時代下的新特征，以動態的綜合的角度學習地理時空，形成地理時空思維。

3 地理時空思維的科學內涵

地理時空是時間和空間的結合但又勝于兩者的簡單相加，時空有機結合過程構成了地理時空整體系統。從地理時空觀到地理時空思維，體現的是從觀念到思維形成的過程，從感性認識到理性認識逐步深化的進階過程。地理時空思維的形成，建立在地理時間思維和地理空間思維基礎之上。鑒于當前有關地理時空思維的研究相對有限，本文梳理地理時間和空間思維的內涵與研究現狀，以此更好理解地理時空思維的科學內涵。

3.1 地理空間思維

空間思維是地理學科的特色思維之一。美國頒布的2012年版《生活化的地理：國家地理課程標準（第二版）》中強調要加強對地理空間思維的培養［24］。美國國家科學院下屬全美研究委員會（NRC）對空間思維進行了定義，認為空間思維是由空間概念、呈現工具和推理過程三個要素組成［25］，該定義對空間思維形成的全過程有了全面分析。中學地理空間思維應包括地理結構歸納、空間關系展示、空間形式轉化、空間邏輯推理和空間抉擇推測五個部分［26］。在地理空間思維的培養上，為了能夠更好地檢測學生的空間思維能力，已有專門開發的空間思維能力測試［27］。由于地理變化常常以跨度極大的時間和空間尺度范圍出現，傳統空間圖形在過程的表達上存在許多限制，具有強大功能的地理信息技術成為了培養空間思維的有效工具，如通過GIS學習材料為學生提供可視化和理解地理變化的機會，從而更好地培養中學生地理時空思維［28］。

國內對地理空間思維的思考和討論也在不斷深入。目前國內相關研究從空間思維組成元素到思維構建，再到整體的培養模式都已經有所探討，呈現了由點到線，再到面的培養方式。從點的角度看即要素培養，袁孝亭提出的以空間形狀、大小、方位、距離四大要素來發展學生空間思維［29］。從線的角度看即思維培養，丁繼昭、袁孝亭等提出上位的地理空間結構思維，即地理空間的結構要素、向度、尺度、模式、演化、效應六個結構思維建構地理空間思維模型［30］。實現由點到線的過渡，即需要將要素和思維結合形成有規律的培養模式，例如徐志梅、唐永強根據美國地理空間思維要素即位置、內容、時空思維、特例、模式共5個要素，將空間思維模型的內容分為了空間比較、空間影響、空間區域劃分、空間等級、空間變化、空間相似性、空間格局和空間關系［31］。而由點到線到面，則是形成系統全面的培養模型。如蔣連飛認為地理空間思維可以從地理空間概念、地理空間表征工具和地理空間認知分析方面進行建構［32］。房曉飛通過建模的方式，將地理空間思維能力整合與一個2×2×3的立方空間模型中，從地理空間要素、輔助獨立空間思維的工具、空間思維過程三大維度進行建構［33］。綜上，國內外當前關注焦點都更多傾向于地理空間思維的培養?？臻g思維的培養主要從空間識別（包括概念、表現及結構特征）、空間推理過程到空間預測三方面進行探究，培養方式已經相對系統。

3.2 地理時間思維

與空間思維的高關注度不同，時間思維在中學地理教學中的研究較少。1981年有研究通過讓小學生們收集對他們自己生活有意義的出行數據，使用這些數據構建顯示距離和方向關系的區域或本地地圖，然后修改他們的地圖以納入時間維度，讓小學生能夠看到地圖中時間以及距離和方向的繪制并開始理解時間、距離、旅行成本和人類活動之間存在的一些復雜關系［34］。這是利用時間來表征空間的一種思維模式與實踐。有研究者在2002年提出了“時覺”（Chronosthesia）一詞，即能夠代表過去的感覺和未來的感覺，沒有上升到思維層次［35］。也有學者將人類可以記住過去的事件，并想象和計劃尚未發生的事件稱為心理時間旅行（Mental time travel），認為文化和語言將在我們對過去和未來事件的心理表征方式的塑造方面發揮關鍵作用［36］，但也沒有將時間上升到思維層次。國外零星的研究沒有專門指向時間思維，更多關注培養學生對時間的意識與認知，同時探討的語境也并非在地理學科內。

國內則更多從地理時間邏輯視角進行探討，如牛超認為地理時間思維是指受地理時間因素制約的一種觀察地理現象、分析地理問題、認知地理規律的思維方式，具有動態性、關聯性、尺度性、預見性和時效性的特點，主要分為歷時思維與共時思維［17］。而歷時思維和共時思維，又可以看作是橫向思維和縱向思維，橫向思維即共時思維，指的是同一時期下地理事物和現象發生變化的思維；縱向思維指的是在不同的歷史時期下，地理事物和現象發生變化的思維。因此，地理時間思維可以理解為從通過多種的時間變化方式，對地理現象的發生、發展和演化過程進行分析和總結的思維［37］。除了可從時間本身的邏輯性認識時間思維外，結合地理綜合性的特點，在自然地理中我們可以從物理角度理解時間，而在人文地理中，需要考慮到以人為主體理解社會時間，因此時間思維是具有靈活性和多樣性。但多樣的時間思維并不是獨立的，可以通過轉換、比較和綜合實現，而這種關系的實現往往與一定的區域空間有關。因此，在地理中時空是密不可分的，兩者結合的最終目的都是為了更好地理解地理事物和現象的變化關系和規律。

3.3 系統的地理時空思維

目前地理時空思維的定義主要分為三種，一種是將時空思維作為一種理解地理事物或者地理現象的時空變化特點或者空間分布規律的思維［38］。如喬建軍提出時空思維能力是區域認知能力和掌握地理事物或現象變化規律能力的綜合，它既在時間維度上分析各種地理事物或現象的變化規律，也從空間維度研究其分布特征［39］。第二種定義將地理時空思維看作是地理事物或地理環境在時間上和空間上可以邏輯互補的思維［40］。第三種定義即基于綜合思維視角下的時空綜合思維，強調的是從時空綜合的角度分析地理事物和現象的發生、發展和演化，并以要素綜合、地方綜合來體現［41］?？傮w上，地理時空思維主要被看作為一種掌握地理事物和現象在空間分布，時間上的發生發展和變化規律的思維，指能夠在時空有機結合和作用下，理解分析和概括反映地理事物現象在時空中分布、發生發展和演化的本質與規律的思維。

隨著地理學科核心素養中時空綜合思維的提出，當前國內對于地理時空思維的研究也在逐漸深入。鄒成效根據時空特性，將時空思維劃分為了三種模式：時空分離、時空一體和時空轉換思維［42］。而王向東等將時空綜合思維看作綜合思維的“上層建筑”，提出了從同時同地、同時異地、異時同地、異時異地四種時空思維方式，并提出以比較分析、動態思維、尺度轉換、綜合思維來研究問題的方式［43］。姜永華也提出了同一空間和不同的時間、不同空間同一時間地探討某一地理事物或者現象的分布規律，該分類與王向東的分類有異曲同工之妙［38］。在地理時空思維的培養方式上，目前的研究主要注重從時序思路、時空視角、特定區域和地理演變過程這四方面培養時空綜合思維［44-46］。在輔助工具的選擇上，Google Earth 等地理信息技術也成為了時空思維培養的有效途徑［47］。上述研究對地理時空思維的融合途徑、方式和輔助工具都進行了總結和探討，為地理時空思維的培養提供了思路參考。但整體對地理時空思維的界定較為簡略，培養方法以教師個人經驗總結為主，缺乏系統全面的培養模式。思維的形成與心理的特點有著密切聯系，目前較少有從心理角度談及地理時空思維培養的研究，因此還需對地理時空思維進行系統描述和分析歸納，探索更具綜合性系統性的培養方式。

綜上所述，目前的教學研究以空間思維培養的研究居多，對時間關注不足，存在時間和空間割裂的現象［40］?，F代地理學已從描述階段進入格局與過程相耦合的階段，推動了地理思維由靜態向動態發展［48］。如果僅著眼于空間思維的培養，忽視時間思維的共同培養，易出現對地理動態和過程描述不足的問題。而單向的培養某一時間或者空間思維，易形成單一的思維模式，不利于學生綜合性思維的培養。地理時空思維是靜態空間和動態時間的結合，強調對時空下整體要素與要素之間的產生、演化和發展的過程的描述，為理解格局與過程提供思路，同時滿足目前新課標中核心素養所提及的綜合思維要求，對促進學生的地理思維和核心素養發展有著重要價值。目前中學地理教學領域對地理時空思維的相關研究還有待進一步深入，系統的地理時空思維培養體系尚未建立，因此發現地理時空思維的價值，是促進地理時空思維發展的重要一步。

4 地理時空思維的價值理念

隨著現代科學、地理學、網絡信息技術的發展，地理時空思維的價值不斷地被發掘，主要體現在以下四個方面。

（1）有助于深化地理思維理論，培養學生地理素養。從中學地理教學的理論層面看，地理時空思維的提出有利于中學地理思維理論的深化和發展，為地理學習提供著更綜合的視角。在地理學領域，地理時空思維要求不僅關注地理格局，還著眼于地理過程與機制，因此有助于培養學生的地理過程分析思維。面對現代高考試題情境中對地理過程的解讀和理解的更高要求，地理時空思維的培養，能夠使學生以時空為線索，構建更系統的地理知識網絡結構，從而培養學生的地理過程分析能力。

（2）有利于豐富地理時空思維理念，促進地理時空思維的系統化。中學地理在對培養學生的地理時空思維上有著重要的任務。無論是哲學界還是地理學界，學者們持有的時空觀念具有一個共性，即時空是難以分離的統一體，也說明地理時空思維正在得到重視。令人遺憾的是，盡管地理時空思維已有一定的討論，但系統的地理時空思維體系依舊尚未建立。從《普通高中地理課程標準（2017年版）》到教師的職前教育對“地理時空思維”的強調不足，影響著地理時空思維理念的形成和發展。因此，地理時空思維理念的單獨提出與強調，對地理時空的內涵與發展進行梳理，有利于更近一步豐富地理時空思維的理念，為中學地理教學提供更全面的視角審視和構建地理時空思維理論。

（3）有助于促進學生的學科素養，培養高素質專業化人才。從多學科的角度來看，時空思維貫穿于多個學科之中，有利于學生思維能力的遷移，有助于學科之間的交流與發展。從地理學科內的學習角度而言，地理學作為一門兼具自然科學和社會科學特性的學科，其對于解決現實中眾多復雜的人口、資源環境等問題有著重要的作用。因此，培養地理時空思維有助于學生解決現實問題。此外，地理時空思維貫穿于地理學習的全過程。從中學階段開始重視并培養地理時空思維，有利于學生為高等教育階段學習和研究做準備。再加之當代現實地理問題的解決越來越多依賴于時空數據的挖掘與解讀，擁有地理時空思維的人才不僅能夠在地理學科中受益，也將能夠在更多的領域中受益，可以說地理時空思維能力與學生未來的生活質量密切相關［42］。因此，地理教學不僅在于掌握地理知識，更重要的是培養學生一種解決問題的時空思維，為學生現在和未來做準備。

（4）有助于回歸教育的本質，培養人格健全、環境友好型的公民。從教育的本質而言，教育的根本任務是立德樹人。偉大的地理學家們往往有著強大的地理時空思維，他們的偉大一方面體現在了其超乎常人的地理時空格局思想上，另一方面，也體現在他們擁有高尚的人格之中，而這種人格的形成與其擁有的地理時空思維有著密切關系。在浩瀚宇宙星空之下，在漫長的歲月變遷中，人類本能地感到自身的渺小，使得我們能夠以更寬容的態度對待事物，不以物喜不以己悲，成為一個謙卑之人，成為一個既仰望星空又腳踏實地之人。時空之下，人與地的相互關系變遷及其作用，也使得學生能夠成為一個熱愛自然，保護環境的人。因此，地理時空思維的培養從根本上培養著學生的人格形成，凸顯著地理學科育人價值。

5 結束語

地理時空思維對地理學科發展和學生的個人成長都有著重要的價值。從地理學本身、時代發展和地理課程改革等多方面來看，地理時空思維的培養既是順應時代發展的潮流，也是對社會多方面需要的回應，有助于培養國家未來的合格公民，體現學科育人價值。盡管地理時空思維有著重要價值與意義，但從研究現狀來看，目前中學地理時空思維培養仍面臨著關注度不足、缺乏成體系的理論支撐等問題。建立中學地理時空思維系統的理論體系是未來亟需解決的一大問題，為使中學的地理時空思維培養能夠真正落地，在地理時空思維的概念、理論構建、培養路徑和評價體系上依然需要深入探究。在地理時空思維的探索和建構過程中，應在相關的理論基礎上，結合地理學、心理學和教育學等多方面進行綜合思考，在實踐上充分利用信息科學技術拓展其培養的多樣性，助力地理時空思維的培養和真正落實。