具身视域下的地图教学*

郭迎霞 陶佳慧 潘 捷

（1. 华东师范大学第二附属中学, 上海 201203; 2. 上海市川沙中学, 上海 201299; 3. 华东师范大学附属中学,上海 201203）

一、具身视域下的地图概念

1.地图内容的离身性

从具身认知角度看，地图是地理事物的具体形象经过抽象加工而生成的认知模型，使用特殊符号呈现地理信息，由数字模型、形象符号模型和图形模型组成。地图制图过程是制图者抽象化地表征对象世界，其呈现的空间信息忽视了读者“身在”的状态，属于非具身性和离身状态，阅读地图时是一种离身状态，因此读者理解地图具有一定难度。在地图教学中，如果不能从具身视角出发，地图中抽象的空间符号、图形会使阅读难度陡增，学生领悟地图上复杂的空间信息难度增大。

2.地图阅读的具身性

虽然地图表现形式是离身的，但地图上的空间信息却是具身化的。地图内容是来自真实世界的具身认知，是由具身经验形成的认知结构。由于地图上的空间信息存在于一定自然或社会文化环境中，因此阅读地图时需要具身体验，回归特定情境，实现从离身到具身认知、从抽象思维到形象思维的转换，学会利用语言、符号、图形等进行具象化加工，实现从抽象空间到现实空间的自如穿梭。因此，地图离身知识的具身化学习，是所有感官和身体活动参与下的心理任务，是一种基于理解的联想式学习。这种联想基于身体，联想的基础来自先前的具身体验，联想的环境依赖教师营造的具身环境，联想的过程需要调动身体的感觉机制。学生在具身环境中进行联想、理解和推理，就会对知识产生真实的触感。如等高线地形图的判读：学生利用在手上绘制的等高线，通过展开、收紧手掌，可以直观感受三维地形与二维等高线图的对应关系，通过具身感受可加深学生对等高线绘制的理解，突破了等高线这一离身知识的学习难点（见图1）。

图1 手上绘制的等高线

3.地图空间信息的具身传播过程

地图是空间信息的载体，一幅普通地图能容纳和储存一至几亿个信息单元，主要由直接信息和间接信息（隐含信息）组成。直接信息是用图形符号表示的信息，容易获得；间接信息是指要经过分析解译才能获得的信息，往往需要综合分析才能获得。要看懂地图，必须要了解地图信息是如何被编绘与传输的。地图绘制是将真实世界作为信息来源，将地理信息符号化过程作为编码，符号就是密码，读者视觉为接受器，心智活动为译码器，读者有效阅读图为终极目标，即从制图者——地图信息——读者——地图认知的地图信息传播与认知过程（见图2）。因此科学地阅读地图需要读者对真实世界有具身体验，用图者所受训练、读图经验和知识水平等具身经验决定着其在地图上获得信息的多少。

图2 地图信息绘制与传输过程

二、具身视域下的地图空间分析

地图空间分析是地图教学的基本内容，其本质是剖析地理空间事物的基本特征。由地图绘制原理可知，地图空间分析应建立在学生具身感知的基础之上，逆向思考制图者是如何感知并抽象地理事象的，联想与之相关的具身情景，从认知心理学角度解码地图密码，挖掘每一幅地图背后丰富的涵义，从而顺利进行地理空间信息的分析。地图空间分析的思维过程与认知科学、认知心理学的理论有密切的联系。其思维流程经过视觉感知、地图扫描后，用双重编码和格式塔原理通过心理旋转使空间信息结构化、可视化，最后结合认知目标和阅读者的地图经验建构属于阅读者独有的心象图，从而完成地理空间思维的发展过程。

三、具身视域下的地图教学策略

基于地图的离身性，地图教学要建立在学生具身感知的基础之上，从地图信息输入、信息输出等角度，以心理学为依据，从视觉输入、空间表征、空间建构等方面，通过相关空间思维的培养，完成地理空间信息的分析，最终以不断丰富深入的心象图完成空间认知（见图3）。

图3 具身视域下的地图教学过程

1.通过视觉扫描培养空间解构思维

地图认知是由视觉感知到信息传递和空间重组的心理过程。看图过程中的视觉扫描是最直接的、下意识的心理反映，地图阅读时依据什么样的心理过程、遵循什么样的原则和顺序读图，先看什么内容、怎么看，大有讲究。

地理空间视觉是指视神经系统对地表事物的位置、距离、形状、面积和分布格局等空间信息进行扫描和简单加工的过程。视觉扫描要将地理图形中的不同要素按照一定顺序观察并识记，关注点要集中在重要的空间特征上。视觉扫描主要有符号视觉扫描和图形视觉扫描。

(1)符号视觉扫描

地图符号最基本的功能是承载信息和传输信息，扫描过程要明确地图符号语义，重视地图符号及其相互联系的语法价值，理解各种符号按照某种规律组织起来的有机信息综合体，从而揭示客观世界的符号形象模型。

(2)图形视觉扫描

地图中不同的视觉图形内涵主要是空间关系、态势分析、质与量分析。地图上空间要素的不同特征所产生的视觉差异，是地图阅读的重点。阅读地图时，要运用视觉选择性思维、视觉注视性思维、视觉结构联想性思维等视觉思维，结合地理知识空间内容，进行针对性的视觉扫描和选择，减少目光搜索时间，聚焦到目标上形成视觉关注和视觉兴奋，完成图形信息感知。

人们对图形的心理感受有很多是共同“规则”，遵循这些“规则”的阅读就是常规扫描。一般程序是：从左上角进入地图看图名，再到右下角看图例，然后进入视觉中心，观察地图几何中心上方的核心区，并根据视觉重量（颜色深浅）差异，依次阅读图上内容。

整体扫描：按从“整体”到“局部”的顺序，要先观察同一要素组成的图形，感受其整体性，再进一步指出该事物在区域内的空间分布差异。整体扫描产生的整体感可以表示同一类地物的空间特征。如欧盟经济核心区图（见图4），深色地带表示特大都市带，浅色区域表示地中海沿岸的阳光地带，这些颜色的差异形成图形范围的区域，都是整体扫描的关注重点。

图4 欧盟经济核心区

结构扫描：扫描重点之一就是要能解析并建构地理事物的空间结构，引导学生使用简明的语言、简洁的图示等方式表达抽象地理事象的空间结构。如手绘地球内部圈层、大气垂直结构、地壳演变、水循环等示意图，利用地形图概括“山环水绕”的东北地区、“三山夹两盆”的新疆等。在地图教学中，要善于引导学生做空间结构性分析和区域规划，利用等级、数量、质量、动态等不同的空间信息特征，做不同的结构扫描，从而把地理事象放到空间结构中去分析，利于学生形成地理空间概念。

2.利用双重编码理论培养空间建构思维

双重编码理论是加拿大心理学家阿伦佩维奥于1969年提出的。该理论认为大脑中存在两个功能独立却又相互联系的认知系统并用于处理不同的信息：语言和非语言系统。语言系统处理语言信息，被词语激活；非语言系统主要处理图像信息，被物体或物体的视觉形象激活。同时以视觉和语言形式呈现信息，思维能被互相激活并关联工作，增强记忆和识别。因此双重编码理论强调左右大脑的协作处理机制，是一种高效的学习方式。

双重编码理论在地图教学中有广泛的应用。最典型的应用方式是图示教学法，即将地理知识可视化，将知识以图解的方式表示出来，给学习者提供思考和想象的空间，为基于语言的理解提供辅助和补充，加速思维的发生。这个思维过程也是地理空间建构的过程，即从文字描述或图像信息中，提取地理事象的空间属性，并运用图式建立空间结构或模型的过程。

上海二分二至日太阳周日视运动示意图如图5所示，南浦大桥悬日景观如图6所示。假设图6景观拍摄日期为7月20日日落前，同一地点同一角度，一年中还有哪一日可以拍摄到此景观？说明理由。

图5 上海二分二至日太阳周日视运动示意图

图6 南浦大桥悬日景观

此题最佳的解法是图图转换，建构该日太阳直射点回归运动的图，即可直接说明此问题。更完美的做法是绘制两日太阳周日视运动图做对比分析（见图7）。

图7 学生考试中所绘制的太阳周日视运动示意图

3.利用格式塔理论培养空间建构思维

格式塔理论是德国心理学家韦特海默于1923年在研究对图形的知觉问题时提出的。其基本观点是任何“形”都是知觉进行积极组织和构建的结果，物理的、生物的、心理的或象征的结构或形态，不是各组成部分的简单相加，而是一种结构或形式。简单、规则、对称、连续、相似和接近的图形被视为良好轮廓，良好轮廓可以使图形从背景中突出，从而得以判读。阅读地图时读者大脑中会根据以前的经验赋予图形某种地理含义，进而通过视觉思维被感知。格式塔理论主要有四大原则。

（1）相似性原则：在阅读地图时，面积大小、色调、形状、亮度等相似的图形往往被看成一组，成为一个阅读目标或整体。如在观察一幅普通地图中的居民点时，读者经常会将居民点符号相似的城市归为一类进行视觉扫描和对比。

（2）接近性原则：当视域中一部分图形和其他部分接近，具有明显视觉组合倾向的图形也成为一个整体。如记忆与某省相邻的省区比较远的省区更容易，东三省、环渤海、长三角、珠三角等容易形成紧密相连的记忆集合，其既具备空间相近的条件，又具备意义相关的社会条件。

（3）闭合性原则：当面对不完整的物体或图形时，视觉知觉会产生修补该物体或图形，使之形成一个合乎逻辑的、有一定意义的、具有整体结构的心理倾向。如子午圈、纬线圈、大洲、国家、省区、湖泊、岛屿、自然带等，都具有可以闭合的线或固定边界，地图教学中是将这些闭合图形储存在学生记忆中，当学生看到不完整的地理图形时，就会产生修复的心理倾向。尤其在地理测验评价中，试题中的图像往往是不良结构，如图8所示的月相判读试题中的图像就是不完整的结构，缺乏月球公转轨道以及亮面和阴影面，需要学生利用格式塔的闭合规律，绘制辅助线——地月运动轨道以补充图形（见图8），获得完整的视觉表象。

图8 月相判断试题

图8 月相判读解析示意图（增加月球公转辅助线）

（4）对称性原则：知觉倾向于把物体看成一个中心或轴对称的图形，形成平衡对称的整体。如风带和气压带、南北和东西半球、气旋和反气旋等，这些对称关系反映了某种地理事象分布的空间关系，可以进一步了解这些要素是如何联系的，从而识别其内在结构，完成空间建构。如不完整的日照图，可以根据晨昏线与昼夜半球的对称性原则，补齐后进行判读。

格式塔理论对地图教学的影响是深入而广泛的。图形不是孤立的，是一个有组织的整体，对于图形的认知，取决于知觉问题的整体情境。所以地理教师在地图教学中要学会引导学生对地理分布形态的“形”进行识别与归纳。如近地面气压带风带的分布规律，可利用格式塔的对称性原则，通过空间观察辨识“形状”、空间想象构建“形状”、空间推理概括“形状”，进而把握气压带风带对称性的空间秩序。而空间的“形状”来自于“界线”的划分，关注界线也是格式塔理论的具体应用。许多地图都有不同的“界线”，这些界线在地表往往看不到，只存在于地图上，如县市乡镇界线、气候类型界线、八大行星公转轨道等。这些实际不存在的“界线”却有着十分重要的地理意义，往往是对地理事象进行的结构性建构，所以地图教学中教师和学生要有“界线”意识，要经常描绘，要对重要地理界线有足够的敏感性。

4.运用心理旋转培养空间转换思维

心理旋转是地图空间分析中一种非常重要的技能。心理旋转应用的是空间转换思维，是一种想象地理空间客体或自我旋转的空间表象表征转换形式。地图空间分析过程中需要视角转换、维度转换、尺度转换等心理旋转多角度、立体化、全方位解析空间。

(1)视角转换

地理学研究的空间水平方向有四个基本方向，垂直方向是三维立体的，因此观察某一地理事象的方向多是水平方向的正视，即从人直立行走的特性出发的正侧视，是我们最常见、最舒服、最能让人理解的观察视角，即典型视角。但地理事象是立体的、多维的，每一个观察角度只是其中的一个侧面，只有全维度观察才能对地理事象有完整全面的认知。教学中教师要训练学生学会从俯视、斜侧视、剖面等不同角度观察同一地理事物，克服由于习惯用单一角度观察地理表象而产生的表象定式，要随视角转换进行空间想象和空间转换，锻炼学生的地理空间转换思维。

训练学生正确使用视角转换的前提，是要明确地理事象的典型视角。教学中教师要选取最为典型、最为简洁、最能表现地物的图形，即能对物体做出最佳表征的形象和理想的形状，或学生回忆时最先想起的表象，这种对物体最具代表性的形象是一种永久记忆，是认知原型，学生较易记忆和理解。以日照图为例，正侧视图是典型视角（见图9），可以揭示日照图构成的四大要素点、线、面、角的关系。点即太阳直射点、晨昏线与纬线切点、晨昏线与赤道交点等；线为晨昏线、太阳光线；面是夜半球和昼半球；角是指晨昏圈与地轴夹角、正午太阳高度角H。在日照图判读中，无论视角如何转换，都要抓住这“四点”“两线”“两角”的关系，把相关信息转绘到侧视图，以最典型的视角分析日照图中点、线、面、角间错综复杂的关系。视角训练有两种方法：一是基于物体的空间转换，也就是头脑中特定物体或位置的旋转；二是以自我为中心视角的转换，就是旋转或转变观察的角度。这两种方法都可以实现视角转换，可以根据思维习惯或转换的条件进行选择和训练。

(2)维度转换

二维和三维图像都是认知地理环境的重要表征方式，三维图像是真实世界的客观反映。地图是二维平面，是对真实世界的俯瞰与抽象，其中的二维信息是通过三维信息加工转换得到的，二维图形可以使问题变得简洁、重点突出。但二维地图上的信息，跟学生的原生认知会产生一定的冲突，学生会因为缺乏想象和抽象能力不能迅速理解知识，而导致表征错误。为了全面理解地理事象的空间特征，需要从不同视角解读，要学会绘制不同视角的示意图，以获得地物的空间立体特征，全面理解地物。如秘鲁寒流的形成，既有海水的水平补偿又有上升补偿：如果在二维平面上讲解，就不能表达垂直方向上洋流的运动以及与大洋西侧海水间的循环运动；如果在二维剖面图上讲解，则不能表达风向和表层海水的客观运动方向；只有三维立体图才能完整地表现秘鲁寒流形成的全角度运动路径。因此在补偿流教学中教师要同时出示三个不同视角的秘鲁寒流形成过程示意图（见图10），以引导学生在二维空间与三维空间之间进行空间想象和视角转换，有利于学生进行维度视角转换的训练，提高学生对知识的理解。

图10 不同视角的秘鲁寒流形成过程示意图

(3)尺度转换

尺度是地理学的一个重要概念，由空间和时间尺度两种组成，用来呈现和描述地理现象的层级，当运用尺度视角观察地理事象时，尺度转换既是放大镜，也是望远镜。

从空间尺度看，用不同尺度描述同一地理事象特征时，会得到不同的答案。用不同尺度描述同一城市，其空间形态也会有很大的差异。从宏观尺度考虑，城市往往被视为一个点；从较小空间尺度观察，可以看作一个面，表现为不同功能区组成的空间，其内部又有相应的空间结构，如同心圆结构、扇形结构等。图幅大小相同的几幅地图，因比例尺不同，其实际数据会有较大差异。当使用地图计算海岸线长度、利用等值线判断地形坡度、气压梯度大小时，要重点关注空间尺度（比例尺）的大小。

从时间尺度看，如将同一城市不同时期的遥感影像放在一起进行分析，可以了解该市的城市化进程和地域空间结构的变化，而后在获取大量城市发展的历史和现状信息的基础上，能够把握城市动态发展规律，并对城市未来发展趋势做出正确的预测。

5.应用大地图重构地理空间

地图中表现的空间信息往往是复杂多样的，有些具有宏观空间尺度及漫长时间演变过程的地图，学生大多对其不能具身感知。因此在教学时教师要精心选择、组合、创编各类图表，通过具身视角对空间要素进行再造和重构，在抽象与实景之间建立多视角图形，形成不同视角、不同维度和不同认知难度的时空组合图，为学生空间认知搭建脚手架——能揭示空间联系的组合式大地图。

(1)大地图主要特点

大地图是针对地理事象的空间信息基本特征进行整体性、结构化设计的视觉组织图。其设计主要是参照双重编码理论，结合地理学科特点，通过挖掘知识的大概念属性完成图文信息之间的转换，培养学生解构、建构、类比、叠合等地理空间思维。

大地图是一种主辅图配合的图形组团式设计。围绕着核心大概念，通过对地理事象关键信息的多角度、多层面剖析解读，形成结构化的空间信息库。大地图可揭示复杂空间知识间的内在联系，是基于地理知识内在逻辑的整体性设计，展现了整体化的视觉表征。大地图从具身体验出发，以大量实景图和原创的典型视角示意图实现了三维实体空间与二维抽象空间的连接和转化，创建了新的地理空间结构模型，实现了空间再造和知识整合，使学生对地理空间事象形成整体记忆、整体理解、整体思维，利于学生空间思维的发展。

(2)大地图设计与应用

大地图在中学地理教学中有着广泛的应用。等高线图设计时要将抽象平面图与其三维景观地形图对应，在两类图上都标注相应的地貌类型，以训练学生的空间象力和空间转换能力；区域图要关注同一空间不同要素表达的表象特征，以空间要素叠加综合区域整体特征，有助于学生形成地理信息系统的分析方法；时空演变图要注意地理事象的形成和发展具有时空持续性、系统稳定性等特点。如我国西北荒漠化演变过程，用一组荒漠化连续性发展的示意图，可以表达荒漠的持续性变化，还原其漫长的演化过程，给学生一个连续性的认知过程。

地貌的形成往往基于很大的时空尺度，且成因和类型复杂多样，即使同一类型地貌也有不同视角的呈现。而常见的成因原理图往往较抽象、概括性强，地貌的真实状态和形成过程很难呈现，因此设计时需要建立实景抽象和现实情境间的联系。风成地貌大地图，通过地理过程总图、实景图、俯视图、侧视图、手绘图、剖面图、示意图、等值线图、多认知程度的组合图等多视角，实现区域地貌类型和形成过程的全视角认知（见图11）。

图11 风成地貌大地图

6.创建心象图，深度认知空间

(1)何为心象图

心象图是经过大脑综合处理的空间信息表征形式。地图学习的终极目标是学会使用地图进行空间分析，让“哑图”变为“活图”，使“地图”变成“脑图”，最终使学生头脑中形成完整的地理空间概念，形成心象图。心象图作为空间认知的结果，是人对空间感知能力的表现，是数据的选择、简化、优化过程。心象图能够有效地贮存各种自然和人文地理信息，提高学生的空间认知能力，提高地图教学的效率。心象图生成后，因学习任务不同，学生可以灵活选择不同类型的心象图层进行操作。相比普通地图只能展现特定内容，心象图还能随学习者的经验积累实时更新、逐渐深化，积淀愈加丰厚，地理学习就会越自如。

(2)培养心象图的主要方法

基于空间定位形成基本空间感知。心象图形成的基础是空间定位，其表达的主要内容是相对位置，学生不需要记住准确经纬度，需明确地理事象与参照物间的关系，凭借在空间活动中的经验，对地理事象间的距离、方向、形状进行识别。参照物是非常重要的地理标志，通常要选择标志性地物为参照物，如标志性建筑、著名山脉、大城市等。如长江水系图的识记，要重点关注长江主要支流与干流交汇的城市，明确河、湖、城之间的相对位置关系，绘制简图，从而形成长江水系的心象图（见图12）。

图12 长江水系心象图

建构空间关系形成空间秩序。建立心象图的一个重要目标就是建构地理事象的空间关系，揭示地理事象的空间关联和空间秩序，形成对地理事象的综合认知。因此心象图最常用的思维方法是空间建构和空间关联思维。地理事象的空间关联可分为地理位置关联、交通和通信上的关联，即通过物质流、能量流、人流、资金流、信息流等实现地理事象的空间关联，这种地理事象的普遍联系是心象图产生的基础。在教学中可将洋流分布图与世界渔场分布图对照分析，揭示洋流与世界主要渔场之间的关联；将等温线图与地形图对照分析找到地形与气温间的关联。

立足基础地图和典型视角图。心象图的形成需要应用地理空间思维对空间属性进行综合分析，是在空间感知基础上进行的空间表征，是地理空间思维综合的过程，是基础图像、空间具身体验不断积累的过程。在地图教学过程中，应该充分利用传统地图，注重培养学生正确使用地图，要求学生强化记忆一些基础地图（世界、中国及主要国家的地形图、政区图、气候图、水系图、人口城市分布图等），以典型视角图作为心象图基础，提高学生的图像感知能力，形成地图意识。基础地图是心象图形成的基本空间框架，对其进行熟练叠加或拆分、整合后，就可以建构自己的心象图，进行复杂的空间分析。随着生活经验和具身体验的丰富，心象图会增加相应细节和信息层次，形成结构性空间思维体系，为完成更复杂、更完整和更准确的空间认识做积淀。

综上所述，利用具身认知理论原理，对地图进行空间信息可视化和具身化分析，提高学生地图的空间分析能力，有助于学生发展地理空间思维，能在生活、学习中顺利使用地图、阅读地图及绘制地图，更好地揭示地理事象时空变化规律，培育地图素养为培养学生的地理核心素养奠定基础。