趙鵬飛+陳彬

不久前，作為備受關(guān)注的一檔科學(xué)競(jìng)技真人秀節(jié)目，江蘇衛(wèi)視《最強(qiáng)大腦》欄目剛剛結(jié)束了第四季的播出。就像之前的節(jié)目一樣，在這一季中，又有不少具有高科技含量的挑戰(zhàn)節(jié)目讓觀眾大呼過癮，這其中便包括了“一眼辨山”。

“一眼辨山”是指挑戰(zhàn)選手通過廬山實(shí)景照片找出在等高線地形圖上的觀察點(diǎn)與觀察角度，且容錯(cuò)要求很高，難度非常大。作為出題者，北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部副教授、地理空間認(rèn)知專家董衛(wèi)華對(duì)此有著獨(dú)到的見解。

董衛(wèi)華說道：“我們出題一是想研究等高線地形圖如何抽象表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界，二是想考查人的地理空間定位/定向、空間旋轉(zhuǎn)匹配和空間運(yùn)算推理的能力?！?/p>

題目難，出題的過程同樣不簡(jiǎn)單，此過程就花費(fèi)了董衛(wèi)華及其團(tuán)隊(duì)半年的時(shí)間。把廬山用等高線的形式表現(xiàn)出來，并設(shè)計(jì)出一套完整的集演示、選題等功能于一身的軟件系統(tǒng)，這些成果的取得離不開董衛(wèi)華及其團(tuán)隊(duì)的努力和圍繞地理空間認(rèn)知領(lǐng)域做的大量研究。

今年1月，德國(guó)科學(xué)院院士孟立秋在德國(guó)慕尼黑工業(yè)先進(jìn)技術(shù)研究院作報(bào)告時(shí)引用了董衛(wèi)華團(tuán)隊(duì)在“一眼辨山”節(jié)目中的研究成果，這讓董衛(wèi)華感到了這項(xiàng)研究在科學(xué)意義上的被認(rèn)可，從而也更加堅(jiān)定了他的研究信心。

把交叉性學(xué)術(shù)思想融入研究過程

地理空間認(rèn)知是以地理學(xué)和地理信息科學(xué)為基礎(chǔ)，引入認(rèn)知心理學(xué)和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)手段和方法的交叉性研究。如何把交叉性學(xué)術(shù)思想融入研究過程，是董衛(wèi)華一直在思考的問題。

在國(guó)內(nèi)，董衛(wèi)華引領(lǐng)著用眼動(dòng)跟蹤技術(shù)來進(jìn)行空間認(rèn)知研究的方向。2016年，在中國(guó)GIS理論與方法年會(huì)上，董衛(wèi)華發(fā)起了眼動(dòng)跟蹤與空間認(rèn)知的專題。

2008年，董衛(wèi)華博士畢業(yè)后到北京師范大學(xué)任教。第二年，他先后到海外多地訪學(xué)，這一經(jīng)歷逐漸豐富了他的交叉性學(xué)術(shù)思想，給了他全新的研究視角。

“交叉性的學(xué)術(shù)思想是在海外訪學(xué)交流的過程中積累下來的?！闭劶皩?duì)目前研究方向的思考，董衛(wèi)華說，“我一直想了解人的視覺和大腦如何理解地理信息，后來就想把人眼、大腦綜合起來研究從而揭示規(guī)律。眼動(dòng)跟蹤技術(shù)是根據(jù)測(cè)量眼球位置與眼球運(yùn)動(dòng)信息來進(jìn)行的，它逐漸成為我進(jìn)行地理空間認(rèn)知研究的技術(shù)基礎(chǔ)?！?/p>

在國(guó)際上，用眼動(dòng)跟蹤技術(shù)做空間認(rèn)知研究的團(tuán)隊(duì)并不多，研究團(tuán)體相對(duì)集中，大多是一些精英小分隊(duì)。在國(guó)際合作中，董衛(wèi)華及其團(tuán)隊(duì)的科研水平也在不斷提升。

“美國(guó)加州大學(xué)圣芭芭拉分校地理系的空間思維研究中心和我們相似，是把地理學(xué)、心理學(xué)以及認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)結(jié)合起來研究的?！闭劶澳壳皣?guó)際上的同行，董衛(wèi)華如是說。

隨著研究的不斷深入，董衛(wèi)華加快了進(jìn)行國(guó)際合作的步伐。近幾年，董衛(wèi)華跟德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)和美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校地理系合作發(fā)表文章，雙方都得到了提升。

2017年1月，在地理空間認(rèn)知與空間思維實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，目前國(guó)內(nèi)唯一一家專門針對(duì)空間認(rèn)知研究的地理空間認(rèn)知與可視分析研究中心在北京師范大學(xué)成立，分別由董衛(wèi)華和孟立秋擔(dān)任中方主任和外方主任。

用基礎(chǔ)研究展開學(xué)生科研翅膀

2011年入選北京市科技新星人才計(jì)劃，2015年獲全國(guó)青年地理科技獎(jiǎng)，主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家“973”“863”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目子課題等……董衛(wèi)華在自己的科研道路上得到了國(guó)內(nèi)外同行的認(rèn)可。

在具體的科研工作中，在對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析討論和文章修改上，董衛(wèi)華和他的研究生一直在“并肩作戰(zhàn)”。“我們現(xiàn)在做的是以人為中心進(jìn)行空間能力的研究，通過外在的刺激材料—地圖/地理環(huán)境，通過內(nèi)在的大腦、視覺的個(gè)體群體差異來找空間認(rèn)知的規(guī)律?！彼f。

“啟發(fā)思考”“刺激好奇”和“科研訓(xùn)練”這三個(gè)關(guān)鍵詞，是董衛(wèi)華對(duì)自己學(xué)生培養(yǎng)思路的總結(jié)。

“我比較尊重學(xué)生的思維方式，繼而啟發(fā)他們對(duì)問題的思考?！倍l(wèi)華說道，“學(xué)生如果懷著濃烈的好奇心做科研，就會(huì)更有意義，我需要刺激這種好奇心。大量的文獻(xiàn)閱讀和綜述寫作非常重要?！?/p>

在學(xué)生眼中，董衛(wèi)華的“約法三章”讓他們覺得“老師很嚴(yán)格”。除了每周必開、每人必發(fā)言、發(fā)言必提意見的例行組會(huì)外，董衛(wèi)華還特別重視科研團(tuán)隊(duì)的建設(shè)。

“第一，我們構(gòu)成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，大家并肩學(xué)習(xí)進(jìn)步；第二，團(tuán)隊(duì)里老帶新的傳統(tǒng)、對(duì)應(yīng)的合作小組，讓新加入的同學(xué)能很快融入?！睂?duì)于科研團(tuán)隊(duì)的建設(shè)，董衛(wèi)華頗有心得。

除了團(tuán)隊(duì)里的大伙伴，董衛(wèi)華還有很多“翱翔計(jì)劃”小伙伴。

“翱翔計(jì)劃”作為北京青少年科技創(chuàng)新學(xué)院的一項(xiàng)特色課程，采取中學(xué)與大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的方式。北京師范大學(xué)地理空間認(rèn)知與可視分析研究中心就是“翱翔計(jì)劃”中學(xué)生進(jìn)行地理科研初探的“寶地”。每周六，這些中學(xué)生都會(huì)興致勃勃地來到這里學(xué)習(xí)。

讓人類擁有更好的空間認(rèn)知能力

科學(xué)普及在當(dāng)下中國(guó)重要性的不斷提升，讓更多學(xué)者關(guān)注到自身的科普使命。對(duì)此，董衛(wèi)華認(rèn)為“一眼辨山”這類空間認(rèn)知方面的研究具有重要的科普意義。

“為什么這是重要的科普？第一，人類很早就用抽象符號(hào)來表示周邊環(huán)境。人要正常地識(shí)別這些符號(hào)，就需要加強(qiáng)這方面的訓(xùn)練?！倍l(wèi)華說，“第二，中國(guó)在這方面的科普與國(guó)外相比還較薄弱。強(qiáng)調(diào)讀圖、用圖的重要性，實(shí)際上代表著對(duì)人的空間能力的重視，我們從小學(xué)就要訓(xùn)練這種能力?！?/p>

“科普的意義是讓大家重視對(duì)地圖這種基本工具的使用，而不只是被動(dòng)地認(rèn)知。”董衛(wèi)華說。

在人的基本空間能力方面，專業(yè)的地理人如果不能通過地圖確定位置、辨別方向、識(shí)別真實(shí)環(huán)境，就無法進(jìn)行野外考察。同樣，空間認(rèn)知能力影響到人的生存。因此，空間認(rèn)知研究對(duì)人的成長(zhǎng)有重要意義和科普價(jià)值。在這種需求下，為了幫助人們快速地進(jìn)行空間決策，進(jìn)行定性的推理和判斷，董衛(wèi)華及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)了這些模型和算法來解決這種問題。

針對(duì)地理空間認(rèn)知研究的發(fā)展，董衛(wèi)華這樣展望：“通過基礎(chǔ)研究了解人的大腦和視覺對(duì)于地理空間信息的認(rèn)知過程，揭示不同群體與個(gè)體的地理空間認(rèn)知模式，在此基礎(chǔ)上，找到更加科學(xué)的訓(xùn)練手段，提高人的空間認(rèn)知能力。同時(shí)，設(shè)計(jì)出更加符合人類健康的地圖，給人類的可持續(xù)發(fā)展、生存，從空間思維角度提供理論方法的支撐。”

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