空间尺度思想及其在地理教学中的运用.doc

空间尺度思想及其在地理教学中的运用江苏省海安县教育局教研室（226600） 丁生军摘要：空间尺度是地理学独特的思想方法，可用于观察或表达地理事象在空间分布、变化的规律等。地理空间尺度思想在教学中的运用主要包括地理事象空间分布范围大小、基于大小不同尺度的考察研究以及不同尺度之间转换在地理研究中的意义等三个方面。关键词：空间尺度；地理教学；运用和其他学科一样，地理学也有着自己独特的性质和功能。教师只有深刻理解地理学的本质特性，才能准确把握地理课程的目标和理念，才能在地理教学中有效渗透学科思想、学科方法，从而实现地理课程独特的价值。空间思想无疑是地理学研究、观察、思考的重要思想和方法，空间能力也被认为是人类三大能力之一。地理学空间思想主要表现在强调地理事象的空间分布、区位特征、判断空间方位，确定地理事象之间空间联系及结构，对人类空间思维能力和空间想象力的形成有非常重要的作用。由于地理学面对的是地球表层这个庞大复杂的空间系统，其内部存在着明显的区域分异，这给观察研究带来很大的困难，为此空间尺度思想随之应运而生。一、空间尺度思想概述地理事象是地理学研究的主要对象，主要是指从地理学视角所观察到的一切地理事物、地理现象等。对于地理事象空间分布空间尺度的初步了解，可借助庄子中的一则寓言。庄子中有“秋水”一文，开篇即写某河流因流域内普降大雨而水位陡涨，河面也随之变得十分开阔，“河伯”因此非常得意，以为天下之大之壮美“尽在己”。等他顺流东行到达海边时才惊觉自己的渺小，只能望洋兴叹。对于“河伯”最初的骄傲，在学过地理或者使用过地图的人看来，是非常可笑的。但是同样在“秋水”中还有更加孤陋的“井蛙”，估计它不仅不可以“语于海者”，而且也难以理解“河伯”的宽度与长度。很显然，这则寓言的作者所戒喻和寓指的对象是人类及其认知水平。其实，从地理学的视角来看，上述寓言揭示了地理学所提供的观察世界的核心思想与方法之一空间尺度思想。井蛙、河伯与“北海若”都代表了不同观察主体，也分别对应着空间尺度大小不同的水井、河流与海洋等地理事物。他们对世界的观察验证了“尺度、空间和人的经验是有关地理空间概念建构的三个重要因素”，从中可以看出尺度对于观察主体用来区分“对象”和“环境”有着重要的意义。1.实质与内容人们认识到，某种空间形式（包括形态、结构与过程）会随着空间尺度的不同而发生变化。因此，对不同地理事象、地理问题的考察与分析需要对尺度大小进行选择。尺度理论本质上代表了一种科学综合和分析的方法，折射着科学的分类思想，有利于表征概念及其所对应的地理事象实体的细节和层次。地理空间是由相关自然、人文要素组成的复杂系统，各要素之间相互作用、相互组合形成不同等级区域的空间结构，并以一定的空间形态表现出来。比如陆地和海洋的组合构成了地表最高层级的空间结构，而陆地上大的地形单元的组合构成了次一个等级的空间结构而在这些所构成的嵌套式等级系统中，不同等级空间的结构与主要因素存在着差异，这就在本质上决定了空间尺度的差异。尺度由三种相互作用的要素构成：规模、等级和关系。从绘图的角度看，尺度是指用地图表示现实世界中的特定部分的缩放程度，也就是指特定区域的空间维度，即一个单元的规模。“尺度作为规模”主要考虑空间大小；“尺度作为等级”是它表现为包含下一个层次的实际等级，可以被理解为从全球、国家、区域到地方的空间等级结构，高等级尺度涵盖更大的范围，空间结构也更加复杂。英围学者Sarah对从“当地”到“全球”的不同尺度空间地域相互关系，有梯子、同心圆、俄罗斯套娃、蚯蚓洞和树根等五种比喻。比如他将不同尺度比喻为同心圆，其中位于最外围、周长最大的圆表示最大尺度的“全球”，大于“当地”和其他尺度，而处于最里面、周长最小的那个圆代表的是尺度最小的“当地”。2.作用与意义空间尺度对于区分对象和环境非常重要，并因此诞生了一个新的概念地理空间等级观念。地理空间等级观念指的是认识地理事物或地理现象的状态或位置随着空间尺度的改变而变化时所保持的基本观点，是一种在多层次空间尺度中认识地理事物或地理现象的思想意识。一般来说，尺度是研究客体或过程的空间维和时间维，它标志着对所研究对象细节了解的水平。直观地说，观察地表地理事象的视点越高，其观察到的空间尺度越大，而对具体地理环境要素观察的分辨率就降低，也即人所看到的地理事象就会更抽象和概括。而观察视点越低，则看到的具体地理事象越多，也越有利于观察地理事象的细节。地理环境各组成要素之间的相互联系、相互作用形成了地理环境整体性的特征以及地理学综合性的学科思想。而因为前述空间等级体系的存在，使得每一个小区域都是更大的上一级区域的组成部分。因此对整体与局部关系的把握需要对空间尺度的大小进行选择。一般而言，随着尺度的增大，空间异质性将会降低，因为其间的许多细节将会被忽略。也就是说，在大尺度空间上，我们关注的更多是地理环境特征的整体性。研究证实，地理学研究对象格局与过程的发生、时空分布、相互耦合等特性都具有尺度依存，也就是说这些对象表现出来的特质是具有时空尺度特征的。只有在连续的尺度序列上对其考察和研究，才能把握它们的内在规律。所以有时候在对同一地理事象进行观察、研究时，需要跨越不同空间等级层次，实现空间尺度之间的转换才能获得更准确的认识和结论。从不同时空的尺度认识地理事象的分布与发展，探寻其中的一般规律、原理与特殊规律、原理的关系，从而在理论建构与事件探索之间构建地理认知的桥梁，这成为地理学最具价值的思想方法之一。二、地理教学中的有效运用依据空间尺度大小分析地理事象是地理学研究、学习重要的思想与方法。西方一些国家都对空间尺度思想在教学中的运用提出了明确的要求。比如，英国地理课程标准对尺度思想有明确的要求，并相应地在英国初中地理教科书中对尺度思想得到了充分的体现。日本高中地理课程标准提出“考察世界大小不同的地域以培养地理思维能力和作为日本人生存于国际社会的基本素养。”在我国的地理新课程设计中，地理空间尺度观念虽然没有像国外那样作为一个单独的概念被提出来，也没有将其作为单独的标准列出，但是通过空间观念的培养贯穿于中学地理各个模块课程内容的学习中，渗透于中学地理教育的整个过程。所以，从地理学学科性质以及课程目标的要求出发，地理教师应该努力运用空间尺度思想于日常的地理教学之中，可按下面三个层次展开：1.分布范围大小及其教学运用对某一地理事象空间分布范围大小的认识是空间尺度概念建立的起点。由于主要影响因素不同以及不同影响因素构成或者组合方式的不同，同一地理事物在地表的分布范围是不同的。比如，由于受陆地面积、地形区面积等的影响，热带雨林在南美亚马逊平原分布的面积与在东南亚地区分布的面积就相差很大。再比如，同为温带海洋性气候，其在西欧地区的分布范围就远大于世界其他地区，而南北美的温带海洋性气候不仅分布面积小而且气覆盖区域呈狭长状延伸。教学过程中，通过同一地理事象在地表分布范围大小的对比，可以帮助学生初步建立空间尺度大小的概念，并在此过程中让学生通过对比分析，从而进一步对影响该地理事象分布特征的成因深入地了解，以加深学生对地理空间观念的理解并促进学生空间能力的提升。以上述温带海洋性气候分布的教学为例，先来了解我国地理课程标准中对气候学习的有关描述。在业务教育阶段地理课程标准第二部分“世界地理”中有“读世界气候类型分布图，说出主要气候类型的分布”的表述，侧重于对气候空间分布的了解。而在全日制普通高中地理课程标准中气候相关内容则出现在必修1模块第二部分“自然环境中的物质运动和能量交换”中，表述为“绘制全球气压带、风带分布示意图，说出气压带、风带的分布、移动规律及其对气候的影响”，侧重于对气候主要成因的理解。在准确理解课程标准的情况下，初中地理有关气候的教学不能仅关注不同气候类型之间分布差异的情况，而且也应关注同一种气候类型在分布范围上所显示出的面积大小的差异，以此来让学生直观感受地理事象分布范围大小以初步形成尺度大小的概念。同时，也有利于引发学生对这种空间尺度差异的思考，激发学生产生探究该地理现象成因的欲望。而在高中阶段有关气压带、风带对气候影响的教学过程中，应以分布在赤道附近的热带雨林气候为例，先让学生从地图上看出其主要分布在巴西亚马逊平原、东南亚一些岛屿和非洲刚果盆地等地区。再引导学生思考，虽然这三处都因为常年处在赤道低气压带的控制下而形成了终年高温多雨的热带雨林气候，但上述这三个热带雨林气候区的空间尺度大小差异明显。由此引导学生进一步思考，导致这些差异形成的原因是什么？这样就能使学生在理解掌握气压带、风带对气候形成产生框架性影响的基础上，发现海陆分布、地形状况等对气候形成也产生了重要的影响，进而拓展了学生的思维，也使教学过程在逻辑上、程序上更加合理与完整。2.考察范围大小及其教学运用如果说上述地理事象分布范围大小是研究者这个观察主体必须面对的客观存在；那么这里所谓考察范围的大小则是观察主体主动选择的结果，所显示的空间尺度是作为观察、分析的“工具”出现的。因为对地表地理事象的考察，有时存在一个空间尺度的选择。尺度选择不当，不能正确揭示研究对象的科学本质。如果选择的尺度过大，大量细节会被忽视；如果选择的尺度过小，则易陷入局部而不能把握其整体的特征。具体来说，随着考察尺度的增大，地理空间的异质性将会降低，因为其间的很多细节将会被忽略。也就是说，在大尺度上我们比较多地关注于空间的整体特性。设想用同一颗军事卫星观测地面敌情，在距离地表越近时，所观察的范围越小，对地表事象观察的分辨率也越高，但是卫星本身面临的危险也相应地增加了；反之，卫星距离地表越高越安全，观测的范围是扩大了，但却以牺牲观测的分辨率为代价。这就提醒我们，在有关地理事象分布的教学过程中，要让学生知道应根据不同的考察对象选择合适大小的空间尺度。比如在有关洋流的教学中，对于世界洋流分布规律的学习，其考察的空间范围就必须是大尺度的，最起码是某个大洋尺度的范围。对于像美国农业生产的地区专门化所表现出的农业区分布问题的研究，选择中等尺度是适宜的。而对于另一些地理事象，比如某个城市内涝、某个小流域水环境的整治等问题就只能在小尺度空间范围内加以分析、研究、思考。选择了不同空间尺度，对地理现象和地理问题研究得出的结论也不同，其概括性和普适性也不相同。在教学中有意识地根据不同考察研究对象选择合适的考察尺度，让学生懂得划分不同大小尺度的空间是认识地理环境复杂性的一种方法，学会从尺度大小的角度分析概括区域的整体性，让学生体会改变分析的空间尺度对于提高了解地理过程、地理现象的帮助。3.不同尺度变换及其教学运用每个具体的地理事象都存在于一定的区域中，而这个区域又存在于范围更广、等级更高的另一个区域当中如此就形成了前面所说的空间大小尺度不同的区域层层嵌套分布格局。在这个空间尺度大小不同的等级体系中，每个小区域都是所在大区域的组成部分之一，每个较大区域都是其所包含的较小区域地理环境的背景。这种特点就决定了，在考察、分析有关地理事象空间分布特点及其成因时，有时需要从大尺度转换到小尺度空间，比如在考虑庐山旅游规划时，就要考虑当地的气候条件及其对旅游的影响。如果从一般较大尺度上看，庐山位于长江以南，属于亚热带季风气候。多年平均统计数据表明，庐山脚下的九江市冬季气温都在0以上，庐山垂直方向上存在的差异会被忽视。但是在凸显庐山的小尺度区域来考察，则地形对山顶气候的影响应该被关注到。与山脚近2000米的高差使得牯岭气温比山脚低12左右，这就使得牯岭冬季有相当一段时间气温在0以下，虽然那时江南地区难得一见的壮美雪景会对很多人产生吸引力，但是冰雪覆盖的陡峭山路所隐藏的危险使得许多游客望而却步。如上所述，若想对某些地理过程和地理现象有更深入的了解，还需要在大小尺度空间之间进行转换。因为空间尺度不同，区域发展的主导因素也不同。大尺度空间的主导因素约束小尺度空间的发展，而小尺度空间往往成为促其发展的特别的、主导性因素。比如气候是我国南方地区水田农业发展的主导区位条件；但在浙西山区这样更小尺度空间里，地形成为那里水田农业生产的主导因素。再如分析青藏高原和湟水谷地种植业发展的区位时，学生很难理解热量是两地区共同的主导因素。所以在青藏高原农业发展相关内容的教学过程中，要先借助包含青藏高原及其周边地区的大尺度地形分布图，引导学生从地形角度理解气温低是高海拔的必然结果，进而理解在“我国气温分布图（7月）”上青藏高原成为气温最低区域的原因。然后对因热量条件不足限制青藏高原面上种植业发展的结论就能理解了。对于湟水谷地种植业发展的学习，则要选择包含该谷地及周边地区在内的小尺度区域作为考察的对象，然后引导学生理解谷地相对较低的海拔使之获得了相对于高原面上更多的热量条件，因而小麦种植不仅成为可能，而且因高原面上光照充足获得很高的单产。上述过程中，选用全国尺度的地形图便于学生理解青藏高原成为我国夏季气温最低地区的成因；而选择更小尺度的湟水谷地及其周边地区地形分布图，就有利于学生理解其何以能在以高寒为特征的青藏高原上发展了亩产较高的小麦种植业。这样通过大小尺度之间的转换，使学生能够理解热量何以成为青藏高原及湟水谷地农业种植业发展共同的主导区位因素以及两者之间的区别。再比如，对黄土高原某县域范围内水土流失的治理，就必须置于黄土高原、我国北方自然区、东亚区域等不同尺度范围、不同空间等级的背景下考察。因为在该县小流域治理过程中，还要在更大空间尺度内考虑黄土高水土流失的地理环境背景：处于我国季风区与非季风区、半湿润区与半干旱区、地势第二级阶梯与第三级阶梯、草原带与森林带等地理区域的过渡地带，这些导致黄土高原地区的生态系统非常脆弱。在此基础上，再考察县域小尺度的