21世紀初，《學會空間思考》（National Research Council, 2006）報告強調(diào)，空間思維在學術(shù)學習和問題解決中起著關(guān)鍵作用。空間思維是地理學理論和實踐基礎(chǔ)的核心（Niem & Sharpe, 2013）。此外，Walkington等人（2018）認為，理解物理空間變化和空間關(guān)系是五種基本地理能力之一。地理學中的空間思維關(guān)注的是地球上的空間和位置，而非抽象的空間推理。因此，地理空間思維（GST）被視為個人認知和環(huán)境及空間關(guān)系理解的基礎(chǔ)（Favier & Van Der Schee, 2014）。研究表明，學生的地理空間能力與其在科學、技術(shù)和數(shù)學方面的表現(xiàn)之間存在強烈相關(guān)性（Ishikawa & Newcombe, 2021）。在地方和全球?qū)用婷媾R日益嚴峻的挑戰(zhàn)背景下，培養(yǎng)GST對青少年具有重要意義（Favier & Van Der Schee, 2014），它有助于他們深入理解和解決現(xiàn)實世界的問題（Berse et al., 2011）。

空間思維由三個組成部分構(gòu)成：空間概念、表示工具和推理過程（National Research Council, 2006）。類似地，“地理尺度上的空間思維”也是一個復雜的多方面結(jié)構(gòu)。GST被定義為通過空間思維解決復雜地理概念或問題的能力（Metoyer & Bednarz, 2017）。Gersmehl等人（2007）確定了GST的八種模式：比較、氛圍、區(qū)域、層次、類比、轉(zhuǎn)換、模式和關(guān)聯(lián)。地理學家認為空間可視化、空間定向和空間關(guān)系是GST的重要組成部分（Bednarz, 2004; Niem & Sharpe, 2013）。盡管有少量研究關(guān)注GST的不同組成部分（如地理知識、空間定向和空間關(guān)系及其互動，如Carbonell Carrera & Bermejo Asensio, 2017; Hagge, 2023），但復雜系統(tǒng)（CS）理論指出，CS的特點是組成部分之間的互動、動態(tài)的微觀互動過程、復雜的行為和涌現(xiàn)的結(jié)果，具有動態(tài)性、復雜性和涌現(xiàn)性（Hilpert & Marchand, 2018）。因此，將GST的本質(zhì)特征與CS的定義聯(lián)系起來，可以將其視為一個復雜系統(tǒng)。

然而，現(xiàn)有的GST測量和分析研究主要采用實體視角，忽略了GST是由組成部分互動形成的復雜系統(tǒng)這一事實。例如，Bodzin等人（2014）開發(fā)了一種地理空間思維與推理（GTR）測試工具，通過GTR總分的變化來表示學生GST的發(fā)展情況。這種方法未能揭示GST組成部分的特征或其互動機制，忽視了CS理論所強調(diào)的復雜性和涌現(xiàn)性（Hilpert & Marchand, 2018）。此外，普遍認為GST是可教可學的，并且可以通過教育和培訓得到提升（Cohen & Hegarty, 2014; Slattery et al., 2024）。神經(jīng)科學研究表明，個體的GST與大腦發(fā)育相關(guān)，并且會隨著時間不斷演變（Vasilyeva & Lourenco, 2012）。然而，現(xiàn)有的GST研究主要集中在橫斷面研究或短期干預(yù)研究上（Collins, 2018; Carbonell-Carrera, Gunalp, et al., 2020）。一些研究人員利用準實驗分析了創(chuàng)新地理空間課程和工具對學生GST的影響（Xiang & Liu, 2017; Mathews et al., 2023）。然而，缺乏縱向研究限制了對GST發(fā)展機制的理解。

因此，鑒于以往研究的不足，有必要采用新的研究視角，從復雜系統(tǒng)的角度分析GST的涌現(xiàn)和發(fā)展。近年來，網(wǎng)絡(luò)分析已成為建模和描述CS內(nèi)部構(gòu)成及其關(guān)系屬性的強大方法，在教育和心理學研究中具有廣泛應(yīng)用（Borsboom & Cramer, 2013; Schmittmann et al., 2013; Borsboom et al., 2021）。作為一種結(jié)合多變量統(tǒng)計和網(wǎng)絡(luò)科學的綜合方法論框架，網(wǎng)絡(luò)分析將系統(tǒng)組成部分視為節(jié)點，將其條件關(guān)聯(lián)視為邊，從而能夠精確描述CS內(nèi)變量之間的結(jié)構(gòu)模式和動態(tài)依賴關(guān)系。此外，與傳統(tǒng)的基于實體的分析方法相比，交叉滯后面板網(wǎng)絡(luò)（CLPN）分析進一步用于研究GST各組成部分之間的互動及其涌現(xiàn)結(jié)果（Liu et al., 2025; Wysocki et al., 2025），并可視化GST作為CS的復雜性和動態(tài)性。

因此，本研究將GST視為一個復雜系統(tǒng)，并采用網(wǎng)絡(luò)分析方法對中國高中生進行了縱向研究。可視化網(wǎng)絡(luò)圖揭示了高中生GST的組成部分、變化、關(guān)系和發(fā)展機制，為GST的測量和培養(yǎng)提供了見解。

這項縱向研究采用集群抽樣方法，在中國東部的8所高中進行，該地區(qū)一直是地理教育改革的重點區(qū)域。所有參與者均為十年級學生，代表了中國課程體系中高中地理學習的基礎(chǔ)階段。數(shù)據(jù)在相隔六個月的兩個時間點收集，對應(yīng)一個學年。第一次測量于2024年1月10日至20日進行（T1），

表4顯示了本研究中所有變量的均值和標準差。總體而言，高中生的地理空間思維（GST）在兩個測量指標上均處于中等水平。

基于現(xiàn)有研究，本研究將地理空間思維（GST）視為一個復雜系統(tǒng)（CS）。這是首次嘗試使用網(wǎng)絡(luò)分析方法探索GST核心組成部分的動態(tài)特征、互動和發(fā)展機制，超越了基于實體的研究視角。本研究對現(xiàn)有研究做出了重要的理論和實踐貢獻。

梁曉宇：調(diào)查、資源收集、初稿撰寫、審稿與編輯。董大哲：正式分析、調(diào)查、初稿撰寫。張建珍：資金籌集、調(diào)查、審稿與編輯。葛家豪：調(diào)查、資源收集、審稿與編輯、項目管理。所有作者均參與了手稿的審閱。

本研究遵循了《赫爾辛基宣言》的原則。所有參與者均被要求閱讀并簽署知情同意書。本研究已獲得浙江師范大學研究倫理委員會的批準（編號：ZSRT2023107）。

所有參與研究的個體均獲得了知情同意。

Kali et al., 1997, Carrera et al., 2017, Carbonell-Carrera et al., 2020, Carbonell-Carrera et al., 2020, Gersmehl Philip and Gersmehl Carol, 2006, Golledge et al., 2008, Ishikawa, 2016, Lee and Bednarz, 2009

梁曉宇：審稿與編輯、初稿撰寫、可視化、驗證、方法論、調(diào)查、正式分析、數(shù)據(jù)整理、概念化。董大哲：初稿撰寫、可視化、驗證、軟件使用、資源提供、方法論、調(diào)查、正式分析、數(shù)據(jù)整理。張建珍：初稿撰寫、監(jiān)督、資金籌集、數(shù)據(jù)整理、概念化。葛家豪：審稿與編輯、初稿撰寫，

作者聲明沒有利益沖突。

我們衷心感謝所有參與本研究的人士。