美科学家呼吁加强空间思维教育
来源:中国教师报 作者:李 茂编译 添加时间:2006-4-19 11:39:00
根据美国国家科学院下属全美研究委员会（NRC）最近的一份报告，空间素养在当今的信息经济中发挥着越来越重要的作用，应该成为幼儿园和中小学教学的组成部分。
报告建议学校使用包括地理信息系统（GIS）软件在内的多种工具和方法，帮助学生在各个学科的学习中提高空间思维能力。
报告指出，空间思维“在幼儿园和中小学课程中没有得到系统教授，尽管它非常重要”。并将这一疏忽视为“美国教育体制中的重大盲点”。
报告将空间思维定义为有能力理解空间关系，知道地理空间如何展示，能对有关的空间概念进行推理并做决策。报告认为这些技能对于很多任务和领域来说是不可或缺的，但“却没有专门针对空间思维的课程内容标准和有效、可靠的评估”。
空间思维能力在很多伟大的科学发现中扮演着重要的作用，比如DNA双螺旋结构的发现。
DNA双螺旋结构的发现者沃森和克里克曾在1953年写道：“我们希望提出DNA的结构，这个结构所具有的独一无二的特征，具有重大的生物学意义。”
沃森和克里克，以及当年所有竞相探寻基因分子结构的科学家面临的重要挑战是，如何提供一个满足相关标准的三维立体模型。如今，这个模型已被公认为20世纪人类最伟大的科学发现之一。在获得这个发现的过程中，空间思维能力的作用得到了最完美的诠释。
除了科学发现外，很多职业，如规划、执法、环境管理、工商管理、公共安全与健康，以及农业等，都需要地理空间探究技能。
全美研究委员会的科学家认为，空间思维能力是一种普遍的思维能力，是所有人在任何背景下都或多或少具备的一种能力。空间思维由三大要素组成：空间概念、呈现工具以及推理过程。
空间思维能力涉及到对空间意义的理解，利用空间的各种性质形成问题，寻找答案，并呈现解决方案。通过使空间结构内部的各种关系可视化，观察、记录、分析物体之间的静动态关系。
空间思维能够通过学习得到提高，也能够在各个年级教授。特别是在计算机软硬件的辅助下，开展空间思维能力的培训有了更加便利的条件。
具备空间素养的学生应该掌握相当水平的空间知识和技能，具有以下的特征：
1，具有空间思维的心理准备和思维习惯——他们知道何时、何地、怎样以及为什么进行空间思维。
2，具有在获取足够信息的情况下运用空间思维的能力——对空间概念和空间呈现方式有广泛且深入的了解，掌握空间推理方法，以及利用辅助工具和技术进行空间思维。
3，批判地利用空间思维的能力——能根据空间数据的来源及其准确性和可靠性，对空间数据的质量进行评估；在解决问题或回答问题时，能够利用空间数据提出、表达或支持自己的推理或观点；能根据空间信息评价观点的合理性。
全美研究委员会认为，空间素养并不像物理、生物或经济学那样是一门独立学科，它是一种渗透于大多数学科的思维方式。为培养学生的空间素养，全美研究委员会建议学校采取类似于在各门学科中加强写作教育的做法，即将空间素养的培养整合到各学科相关内容的教学中。
报告呼吁联邦政府有关部门以及教育领袖推动空间素养教育标准的制订以及课程资源的开发，以帮助教师培养学生的空间思维能力。报告还呼吁技术研发机构以及教育工作者按照学生的需求对GIS技术进行调整，给他们提供在校内外锻炼空间思维能力和探索能力的简易工具。
全美研究委员会在《支持空间思维：将地理信息科学整合到K-12（从幼儿园到高中4年级）课程》中提出了两个问题：如何将现有的GIS技术整合到现有的基于课程标准的各学科教学中；如何利用认知发展理论和教育理论开发出适合各年龄段学生使用的GIS技术。
GIS制造商ESRI的中小学教育项目主任乔治戴利说，美国国家科学院的报告所强调的，正是该公司在过去14年一直向学校传递的理念。戴利认为，空间思维技能在日常生活中无处不在，无论是计划建动植物保护栖息地的环保主义者，还是研究禽流感的公共卫生官员，要完成任务，“都需要运用空间思维能力”。
GIS技术使用的是能够呈现、搜索和分析地理数据的“聪明”地图。目前，GIS技术出现在了美国的全国地理课程标准中，教师在讲授地球、环境、生物以及普通科学和社会课时也会涉及地理空间技术。越来越多的学校利用GIS技术辅助基于真实问题的教学，帮助学生实施有关当地的社会和环境问题的研究项目。
很多学区的教育管理者还在利用GIS帮助他们规划和决策，涉及的问题包括教育设施建设、学生交通以及学校安全问题等。