“最强大脑”出题者董卫华:地理空间认知领跑者

2017-04-13 09:35:23 来源: 科学网 作者: 赵鹏飞 陈彬
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不久前,作为备受关注的一档科学竞技真人秀节目,江苏卫视《最强大脑》栏目刚刚结束了第四季的播出。就像之前的节目一样,在这一季中,又有不少具有高科技含量的挑战栏目让观众大呼过瘾,这其中便包括了“一眼辨山”。

“一眼辨山”是指挑战选手通过庐山实景照片找出在等高线地形图上的观察点与观察角度,且容错要求很高,难度非常大。作为出题者,北京师范大学地理科学学部副教授、地理空间认知专家董卫华对此有着独到的见解。

在接受《中国科学报》记者专访时,董卫华说道:“我们出题一是想研究等高线地形图如何抽象表达现实世界,二是想考查人的地理空间定位/定向、空间旋转匹配和空间运算推理的能力。”

题目难,出题的过程同样不简单,此过程就花费了董卫华及其团队半年的时间。把庐山用等高线的形式表现出来,并设计出一套完整的集演示、选题等功能于一身的软件系统,这些成果的取得离不开董卫华及其团队的努力和围绕地理空间认知领域做的大量研究。

今年1月,德国科学院院士孟立秋在德国慕尼黑工业先进技术研究院作报告时引用了董卫华团队在“一眼辨山”节目中的研究成果,让董卫华感到了这项研究在科学意义上的被认可,从而也更加坚定了他的研究信心。

把交叉性学术思想融入研究过程

地理空间认知是以地理学和地理信息科学为基础,引入认知心理学和认知神经科学实验手段和方法的交叉性研究。如何把交叉性学术思想融入研究过程,是董卫华一直在思考的问题。

在国内,董卫华引领着用眼动跟踪技术来进行空间认知研究的方向。2016年,在中国GIS理论与方法年会上,董卫华发起了眼动跟踪与空间认知的专题。

2008年,董卫华博士毕业后到北京师范大学任教。第二年,他先后到海外多地访学,这一经历逐渐丰富了他的交叉性学术思想,给了他全新的研究视角。

“交叉性的学术思想是在海外访学交流的过程中积累下来的。”谈及对目前研究方向的思考,董卫华说,“我一直想了解人的视觉和大脑如何理解地理信息,后来就想把人眼、大脑综合起来研究从而揭示规律。眼动跟踪技术是根据测量眼球位置与眼球运动信息来进行的,逐渐成为我进行地理空间认知研究的技术基础。”

在国际上,用眼动跟踪技术作空间认知研究的团队并不多,研究团体相对集中,多是一些精英小分队。在国际合作中,董卫华及其团队的科研水平也在不断提升。

“美国加州大学圣芭芭拉分校地理系的空间思维研究中心和我们相似,是把地理学、心理学以及认知神经科学结合起来研究的。”谈及目前国际上的同行,董卫华如是说。

研究的不断深入,加快了董卫华进行国际合作的步伐。近几年,董卫华跟德国慕尼黑工业大学和美国威斯康星大学麦迪逊分校地理系合作发表文章,双方都得到了提升。

2017年1月,在地理空间认知与空间思维实验室的基础上,目前国内唯一一家专门针对空间认知研究的地理空间认知与可视分析研究中心在北京师范大学成立,分别由董卫华和孟立秋担任中方主任和外方主任。

用基础研究展开学生科研翅膀

2011年入选北京市科技新星人才计划,2015年获全国青年地理科技奖,主持国家自然科学基金,国家“973”“863”科技支撑计划项目子课题等……董卫华在自己的科研道路上得到了国内外同行的认可。

在具体的科研工作中,在对实验设计、实验结果的分析讨论和文章修改上,董卫华和他的研究生一直在“并肩作战”。“我们现在做的是以人为中心进行空间能力的研究,通过外在的刺激材料——地图/地理环境,通过内在的大脑、视觉的个体群体差异来找空间认知的规律。”他说。

“启发思考”“刺激好奇”和“科研训练”这三个关键词,是董卫华对自己学生培养思路的总结。

“我比较尊重学生的思维方式,继而启发他们对问题的思考。”董卫华说道,“学生如果怀着浓烈的好奇心做科研,就会更有意义,我需要刺激这种好奇心。大量的文献阅读和综述写作非常重要。”

在学生眼中,董卫华的“约法三章”让他们觉得“老师很严格”。除了每周必开、每人必发言、发言必提意见的例行组会外,董卫华还特别重视科研团队的建设。

“第一,我们构成一个团队,大家并肩学习进步;第二,团队里老带新的传统、对应的合作小组,让新加入的同学能很快融入。”对于科研团队的建设,董卫华颇有心得。

除了团队里的大伙伴,董卫华还有很多“翱翔计划”小伙伴。

“翱翔计划”作为北京青少年科技创新学院的一项特色课程,采取中学与大学联合培养的方式。北京师范大学地理空间认知与可视分析研究中心就是“翱翔计划”中学生进行地理科研初探的“宝地”。每周六,这些中学生都会兴致勃勃地来到这里学习。

让人类拥有更好的空间认知能力

科学普及在当下中国重要性的不断提升,让更多学者关注到自身的科普使命。对此,董卫华认为“一眼辨山”这类空间认知方面的研究具有重要的科普意义。

“为什么这是重要的科普?第一,人类很早就用抽象符号来表示周边环境。要让人正常地识别这些符号,就需要加强这方面的训练。”董卫华说,“第二,中国在这方面的科普与国外相比还较薄弱。强调读图、用图的重要性,实际上代表着对人的空间能力的重视,我们从小学就要训练这种能力。”

“科普的意义是让大家重视对地图这种基本工具的使用,而不只是被动的认知。”董卫华说。

谈到人的基本空间能力,地理专业的人如果不能通过地图确定位置、辨别方向、识别真实环境,就无法进行野外考察。同样,空间认知能力影响到人的生存。因此,空间认知研究对人的成长有重要意义和科普价值。在这种需求下,为了帮助人们快速地进行空间决策,进行定性的推理和判断,董卫华及其团队研发了这些模型和算法来解决这种问题。

关于地理空间认知研究的发展,董卫华这样展望:“通过基础研究了解人的大脑和视觉对于地理空间信息的认知过程,揭示不同群体与个体的地理空间认知模式,在此基础上,找到更加科学的训练手段,提高人的空间认知能力。同时,设计出更加符合人类健康的地图,给人类的可持续发展、生存,从空间思维角度提供理论方法的支撑。”

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责任编辑:张晓卉