Dezvoltarea abilităţilor de gândire spaţială în educaţie şi societate

It is based on work "Esri ArcWatch January 2008 - Developing Spatial Thinking Skills in Education and Society" and used with permission!

Source: http://www.esri.com/news/arcwatch/0108/spatial-thinking.html

Gândire spaţială a primit o atenţie sporită în ultimii ani. Un motiv ar putea fi extinderea rapidă a geotechnologies din partea comunitatii GIS pentru publicul larg, inclusiv GPS-ul de agrement, in masina dispozitive de navigaţie, şi software-ul glob virtual. Un alt motiv ar putea fi recunoaşterea faptului că globalizarea accelerată înseamnă că nu mai putem fi satisfăcuţi cu privire la cresterea cantitatii de gândire spaţială în planul de învăţământ la toate nivelurile. Suntem, de asemenea, începe să înţeleagă că problemele globale, cum ar fi pierderea biodiversităţii, extinderea urbană, are nevoie de energie, calitatea apei şi disponibilitate, pericolele naturale, şi a sănătăţii umane, devin din ce în ce mai complexe şi începe să afecteze viaţa noastră de zi cu zi. Mai mult decât atât, toate au o componentă spaţială. Pentru a se confrunte cu aceste probleme pentru secolul 21 necesită un popor care este adept la utilizarea GIS şi alte geotechnologies.

Interesul oamenilor, de asemenea, piquing în gândire spaţială pot fi Consiliul National de Cercetare de raportul din 2005, A învăţa să gândeşti spatial -GIS ca un sistem de sprijin în K-12 Curriculum, care recomandă ca gândire spaţială să fie recunoscut ca o parte fundamentală a K-12 de educaţie din cauza a importanţei sale ca un instrument de rezolvare a problemelor în mai multe discipline diferite. Mai degrabă decât ca un curs separat, se afirmă că Statele Unite are nevoie de o iniţiativă naţională de a integra gândire spaţială în curriculum la cursuri, cum ar fi matematica, istorie, şi de ştiinţă şi că ţara are nevoie de standarde care urmează să fie dezvoltate, care pot fi utilizate în formarea profesorilor şi evaluarea elevilor. Acest lucru poate fi încurajând oamenii să ia în considerare "graphicacy" la fel de important ca aritmetica de predare şi de alfabetizare.

Pot exista alte motive, la fel de valabil pentru atenţia sporită la gândirea spaţială şi de învăţare. Prin articole minunat Dr. Jerome Dobson în ArcNews şi în altă parte; cartea Dr. Noxelor de Blij de ce materie de geografie, şi chiar şi prin lucrări de către alte persoane din afara comunităţii geografie, cum ar fi Thomas L. Friedman e Lumea este plat, mesajul este clar: avem ignora lumea la primejdia noastra. Cei care au predat cu GIS pentru ultimele decenii au susţinut o perioadă îndelungată de gândire spaţială ca fundament pentru succesul în rezolvarea problemelor cu GIS. De fapt, geografi şi profesori de geografie au promovat gândire spaţială timp de secole.

Multe bun venit această atenţie nouă gândire spaţială şi sunt optimişti pentru viitor. Fără gândire spaţială, problemele complexe cu care se confruntă lumea noastră nu poate fi eficient şi complet tratate. Fără gândire spaţială, scară pot fi critice pentru o problemă, dar ignorat. Fără gândire spaţială, o persoană poate fi competenţi în lucrul cu instrumente software GIS, dar probabil va avea dificultăţi în gândire în afara caseta de software-ul, având în vedere problemele holistic, şi examinarea problemelor dintr-o perspectivă spaţială, dacă aceştia utilizează GIS sau alte instrumente.

Spaţiu, Reprezentare, şi Raţionamentul

Există multe modalităţi de a conceptualiza gândire spaţială. Consiliul National de Cercetare a declarat că a gândi presupune spatial ştiind despre

1. Space- diferite moduri de calcul la distanţă, sisteme de coordonate, precum şi natura spaţiilor în două şi trei dimensiuni. Spaţiul poate fi gandit ca locaţie absolute, cum ar fi latitudine-longitudine, Universal Transverse Mercator (UTM), sau Grid Naţional Britanic. Spaţiu include, de asemenea Locul de amplasare relativă, conceptele de adiacente, intersecţii, şi regiuni.
2. Reprezentare- relaţia dintre opinii; ortogonal faţă de hărţi perspectivă; efectul de proiecţii hartă, şi modul în care caracteristici pot fi afisate cartographic ca imagini, puncte, linii, si poligoane.
3. Rationament- diferite moduri de a gândi despre distantele (rute avantajos cerc în linie dreaptă faţă de rutele cartografiate), capacitatea de a extrapola şi interpola, proiectând o relaţie pe un grafic în viitor, estimarea panta unui deal de la o hartă contur, selectarea unei ocol, şi aşa mai departe.

Eu definesc gândire spaţială ce priveşte recunoaşterea, considerare, si aprecierea proceselor interconectate şi caracteristicile printre atmosfera, litosfera, hidrosfera, geosferă, anthrosphere (impact uman), şi a biosferei la o scară şi perioadă de timp corespunzătoare pentru a fenomenelor în studiu.

Concepte şi competenţe

În ceea ce învăţa să gândeşti spatial Raportul a recomandat, trebuie să încurajăm o "gândire spaţială informat." Cu alte cuvinte, mai degrabă decât o idee vagă că "în cazul în care lucrurile sunt este importantă", elevii trebuie să înţeleagă concepte spaţiale, cum ar fi interconexiunile de elevaţie cu Zonare ecoregiune, distanta de relativă şi absolută, proiecţii hartă, şi pământ-soare relaţii. Ei trebuie să înţeleagă, de asemenea, reprezentări spaţiale, dincolo de hărţi pentru a-diagrame, globuri, şi imagini din satelit. Acestea trebuie să fie capabili să îşi folosească aptitudinile spaţiale în rezolvarea problemelor contexte.

Geograf Reg Golledge identifică abilităţi importante spaţiale şi înţelegerile în multe dintre scrierile sale:

• Unul trebuie să fie capabil să traducă dintr-o dimensiune in alta, la fel ca în crearea unei harta in doua dimensiuni dintr-un pământ 3D.
• Unul trebuie să înţeleagă diferenţele dintre proprietăţile distanţă, cum ar fi adiacente, de proximitate, similitudine, cel mai apropiat vecin, cioară-acoperi distanţă, şi de "over-the-road" la distanţă.
• Unul trebuie sa inteleaga de orientare şi de direcţie, inclusiv rulmenţi busola, rulmenti unghiulare, şi clockface ("turnul este la ora două din poziţia traseul nostru") de ghidare.

O persoană calificată spaţial înţelege cadre de referinţă latitudine-longitudine-, UTM, numerotare sisteme de stradă, şi a reţelelor naţionale. Această persoană recunoaşte asociaţii geografice, cum ar fi să facă legătura între schi zapada jos şi munţi şi lipsa relativă a oraşelor din zonele deşertice faţă de un model mai dens în zonele agricole. Persoana spaţial calificare trebuie să înţeleagă regiuni-totul, de la broşuri recensământ, incinte de poliţie, şi districte şcolare la ecoregiunile, zonelor de producţie, de ţări, şi biomase.

Subliniază faptul că Golledge "daca intelegi conceptele spaţiale care fac parte din aproape fiecare aspect al vieţii de zi cu zi-de la utilizarea principiilor spaţiale atunci când ambalare portbagajul masinii pentru o vacanţă de familie a mers pe jos în condiţii de siguranţă afară la chiuveta în mijlocul noapte fără pornirea luminile-vă gândiţi spaţial. "

Într-adevăr. Puteţi ajuta pe elevi să transfere gândirea spaţială de zi cu zi într-o informat gândire spaţială, astfel încât acestea să poată se confrunte cu problemele importante ale timpului nostru, de la biodiversitate la energie la epidemii. Exista sute de moduri excelente de a preda-gândire de la colectarea de date spaţiale teren cu elevii dvs. la crearea unor modele de pământ-soare relaţii. Una dintre cele mai bune metode de a stimula gândirea spaţială şi analize este de a folosi un instrument care a fost creat special pentru analiză spaţială-GIS. GIS poate fi folosit pentru a înţelege modelele, legăturile, relaţiile, mişcare, regiuni, locaţia, şi locul, de la sisteme umane pentru sistemele fizice la om-mediu de interacţiune. GIS poate fi folosit pentru studierea problemelor la nivel local la nivel regional, naţional sau global.

Fundamentale la rezolvarea problemelor

GIS este compus din software-ului; hardware; de date spaţiale, proceduri sau metode, şi, cel mai important dintre toate, oameni. Este persoana care se transformă de date spaţiale în spaţiale de cunoştinţe şi comunică că cunoştinţe către alte persoane, astfel încât decizii mai bine informate pot fi făcute. Educaţiei comunitatea GIS este preocupat de gândire spaţială, deoarece este spaţial alfabetizate persoana care poate face cele mai multe analizelor GIS. Se poate construi modele cu amenda de date spaţiale precise, dar fără gândire spaţială, rezultatele nu vor fi pe deplin văzut pentru ceea ce sunt, iar informaţiile nu vor fi transferate la fel de eficient.

Prin urmare, împreună cu abilităţi de GIS cultivarea, trebuie să încurajăm gândirea spaţială ca fiind fundamentale pentru toate analiză GIS. Noi de multe ori trebuie să înveţe unele concepte de bază în cazul în care sperăm să se confrunte cu probleme elevilor avansate spaţiale. De exemplu, recent am avut studenţi a localiza un turn de foc cu ajutorul unui model digital de elevaţie (DEM), acoperirea terenului, hidrologie, şi drumuri. Mulţi studenţi nu au înţeles problema, deoarece ei nu au inteles ce este un DEM a fost sau chiar modul în care cota a fost reprezentat. Prin urmare, am petrecut ceva timp de lucru cu hărţi topografice şi izolinii. Nu a fost vina ei, elevii au fost pur şi simplu produse de un sistem de învăţământ K-12 în cazul în care au fost norocoşi să aibă un mod de clasă geografie înapoi în clasa a 7. Profitaţi de aceste momente pentru a preda concepte spaţiale şi competenţe, chiar şi în cursurile avansate.

De asemenea, ar trebui să încurajeze elevii să gândească holistic şi spaţial despre problemele cu care acestea se luptă în timp ce utilizând software-ul GIS şi a competenţelor. Uneori, elevii revizuirea instrumentelor disponibile, apoi cadru problema în consecinţă. Acest lucru ar putea duce la o viziune îngustă a problemei. Încurajaţi-i să se gândească la întreaga problemă în primul rând, şi apoi modelul de modul în care acestea vor folosi GIS pentru a le ajuta să-l abordeze. Încurajaţi-i, de asemenea, să se gândească dincolo de software-ul. Analiza spaţială precedat GIS, iar unele metode de analiză sunt mai bine combinate cu alte instrumente. Utilizarea GIS ca fiind unul dintre ceea ce ar putea fi mai multe instrumente analitice pentru a lua decizii eficiente.

Problemă de În cazul în care

Cea mai importantă întrebare pe care un gânditor spaţiale solicită în cazul în care nu este? dar de ce? În cazul în care de la sine este important, dar pentru a opri acolo bucăţi de gândire scurt spaţială şi analize ulterioare spaţiale. La cel mai înalt, în cazul în care în sine este o schela pe care putem atarna alte cunoştinţe geografice şi de a construi competenţe. In cel mai rau sale, în cazul în care în sine este numele locului, cape-şi-golfurile memorarea care face geografi twitchy. Pentru a hrăni gândire spaţială, trebuie să ne tânăr în cazul în care cu ce.

O modalitate de a ilustra aceste gânduri despre gândire spaţială este de a examina şi de a pune fotografia următoare, Ce e în neregulă cu această imagine?

Gânditor spaţiale se uită la lumea din punct de vedere spaţial, interesându-se de "problemă de unde." Am fost odată invitat să vorbesc la Universitatea de Stat din Carolina de Nord (NCSU) în Raleigh. La sosirea mea, scena de mai sus imediat mi sa părut ciudat, determinându-mă să iau o fotografie. De ce ar fi tribune stadion cu vedere spre un loc de parcare? Gânditor spaţială, de asemenea, crede temporal, realizând că obiectele spaţiale se schimba in timp. O concluzie logică a fost că parcarea a fost construit pe un teren atletic fost. Când sa făcut asta? Cum va arăta în viitor? Situaţia sugerează că nu va fi mult timp până la albire sunt rupt în jos.

De ce a fost domeniul sport pavat? A fost campusul expansiune, necesitând parcare suplimentare? A fost extinderea campus referitoare la tendinţele naţionale? A fost de creştere a populaţiei din regiune? Sau a fost un anumit program de NCSU brusc într-o cerere mai mare? În cazul în care câmpul nu a fost protejată ca un site istoric, de ce nu? A fost construit un stadion nou în altă parte?

Am luat, de asemenea, această fotografie a satului de Elham, situat în Downs de Nord din sud-estul Angliei. Satul a fost menţionat pentru prima dată ca într-o cartă Ulaham anglo-saxon de 855 AD De ce a fost stabilit în Elham centrul din Valea Elham loc de pe unul din dealurile din jur?

Elham a fost stabilit în apropierea râului pentru acelaşi motiv cele mai multe oraşe sunt: ​​pentru accesul la apă pentru deviere către domeniile pentru producţia de culturi şi de animale de udare, şi mai târziu pentru transport fluvial.

Cu toate acestea, nu trebuie să ne oprim la vedere de ce. Noi trebuie să ia în considerare, de asemenea, modul în care. Cum a fost decizia luată prin care un loc de parcare a fost considerat mai important decât un câmp de sport? Care este cel mai bun mod de a testa aceste ipoteze? Includă un alt modul prin metode: colectarea de date câmp prin utilizarea de hărţi campus istorice şi actuale şi prin efectuarea de interviuri în campus. Aceste consideraţii reprezintă o modalitate de conceptualizare mai multe gândire spaţială.

Obiceiuri de Mind

Spaţial oamenii ştiinţă de carte, ar trebui să aibă o înţelegere a conceptelor spaţiale şi au abilităţi spaţiale ataşat la centurile de instrumentul lor. Cu toate acestea, este mai mult o persoana spatiale. Potrivit raportului Consiliul National de Cercetare, a învăţa să gândeşti spatial, oamenii spatiale ar trebui să aibă, de asemenea, "obiceiul de a minţii" de gândire spatial, ceea ce înseamnă să ştie unde, când, cum, şi de ce să se gândească spaţial.

Cei mai mulţi oameni ştiu că în procesul de învăţare a teritoriului si de comunităţile de învăţământ Geotehnică potrivi această caracteristică la un tee. Ei par să ştie de ce să se gândească spaţial, pentru că ei caută oportunităţi să susţină importanţa de a gandi dincolo de spaţiu de învăţământ în societate. Ei par să ştie cum să gândească spaţial, face acest lucru din multe puncte de vedere, şi face acest lucru pe parcursul zilei: Când citiţi un hartă de rute aeriene într-o revistă în timpul zborului, ei pot lua în considerare analiza de reţea, de transport regionale, şi impactul turismului asupra mediu. În cazul în care mugurii izbucnit pe copaci, ele pot medita efectul de latitudine, altitudine şi climat de viteza de la sosirea primăverii. Dacă ne uităm la un meniu, ele pot specula cu privire la difuzarea şi modul în care francize restaurant decide în ce oraşe pentru a localiza. Atunci când merge drumetii, acestea pot marca puncte intermediare cu GPS-ul lor, să facă fotografii şi să facă schiţe, gândire despre modul în care peisajul sa schimbat în trecut şi cum se va schimba în viitor.

Cum a teritoriului şi Geotehnică educaţie comunitară dezvolta aceste obiceiuri ale minţii? Mulţi susţin că încă din copilărie, ei au iubit întotdeauna hărţi, geografie, sau ambele. Vacanţe copilărie şi de a explora o mulţime vacant peste gard poate fi servit pentru a susţine această afinitate. Cu toate acestea, în cele mai multe cazuri, o clasă de şcoală primară sau secundară sau program de studii universitare a hrănit această dragoste într-un mod de-a lungul vieţii de a gândi şi de a acţiona. Prin urmare, educatorii au loc de muncă important de studenţi inspira, factorii de decizie de mâine, să se gândească spaţial-şi nu doar în domeniul GIS lor sau clase de geografie, ci în întreaga zi şi pe tot parcursul vieţii lor. Da, educatorii au posibilitatea de a modela aceste obiceiuri ale minţii.

Salut gandurile tale, despre ceea ce gândirea spaţială este şi modul în care aceasta poate fi eficient încorporată în educaţie.

Joseph J. Kerski (jkerski@esri.com)