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。
（译自美国eSchool News online网站）
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    GIS运用于教学对学生多种能力和智力的作用
    A.批判性思维（分析、综合和评价的能力）
    B.逻辑-数学智力
    1.计算能力
    2.信息技术能力（能够利用有关工具获得、处理和转换信息）
    C.语言智力
    1.基本读写能力（以文字的方式解释和呈现信息的能力）
    2.平面技术（阅读和使用视觉符号的能力）
    D.空间智力
    地图素养（在多个层面上将现实生活场景转换成心理图像或视觉图像，或反向转换的能力）
    E.人际关系智力
    沟通能力（把通过探究获得的信息和知识通过多种表现形式有效传递给他人的能力）

    GIS对探索精神和探索能力的培养
    A.能有效利用GIS的学生倾向于采用发现式学习。
    B.能有效利用GIS的学生总是寻找新的可能性。
    C.能有效利用GIS的学生探寻对某一问题或某一类信息的多种观点。
    D.能有效利用GIS的学生认识到对一个既定问题极少有“正确答案”。
    E.在使用GIS进行探究的过程中，教师是一个辅助者，而不仅仅是信息的传递者，学生和教师在探究过程中相互合作。

    GIS对学生计算机技能的促进
    A.文件管理（关键技能）
    B.数据处理（关键技能）
    C.电子制表操作
    D.图像工具的使用
    E.利用遥感数据、卫星图像和航空图片的能力
    F.从互联网上获取数据
    G.使用演示软件
    H.制作多媒体文件
    I整合其他工具如全球定位系统（GPS）

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将GIS技术整合到课堂里

    达拉斯市的一所天主教教会学校是利用GIS（地理信息系统）技术促进学生学习的先行者。学校的地理研究实验室让学生在基于真实问题的教学中成为研究者，为现实生活中的地理及环境问题提供解决方案。
    例如，该校学生与达拉斯警察局在若干项目上有合作。在合作的初期，学生为邻近的犯罪监视机构制作地图，地图上的内容包括每月犯罪发生的地点及类型。后来，学生制作地图帮助达拉斯警察局确定在哪些地方部署“防抢劫工作组”。
    ESRI公司为该校教师将GIS技术整合到教学中提供了全面的帮助。他们认为GIS技术在中小学的应用需要考虑三大要素：好的工具、好的数据和好的支持。
    为把GIS技术整合到学校教学中，美国西北大学的研究者也在开发适合学生使用的工具和资源。据该校教育技术专家丹尼尔·爱德尔森介绍，5年前他们就认识到有必要为学生开发适用的GIS工具。在全国科学基金会的资助下，爱德尔森的研究团队设计了“我的世界GIS”——一个方便学生利用大型数据库研究地球和环境现象的GIS工具。
    学生们利用这个工具研究了诸如阿巴拉契亚山脉的矿山废物对水质的影响，气候变化对格陵兰岛冰川的影响，美国历史上的淘金热和西部开发对土著部落的影响等各种各样的课题。“我的世界GIS”使学生能够利用动态的、可定制的地图对科学数据和历史数据进行查找和分析。
    爱德尔森还是西北大学教育地理数据计划（GEODE）的主任。除了“我的世界GIS”外，GEODE还根据课程标准开发了整合地理信息的课程，包括一本名为《环境科学探究》的高中科学教材。利用这本教材和GIS软件，高中生能像环境科学家一样对现实世界的环境问题进行探究。
    为了培养学生的空间思维能力和地理素养，帮助教师把GIS整合到课堂教学中，蒙大拿州政府与GIS提供商、美国宇航局（NASA）以及蒙大拿大学共同发起了一个教育项目，使该州所有中小学生都能免费获得GIS软件和来自美国宇航局的信息。
    美国宇航局为学生提供了大量的卫星图片，使学生能够对每一个大陆、国家、州以至自己所住的城镇村落进行探究，当然包括蒙大拿州的全景图片。这些从400公里高空处拍摄的图片，分辨率极高，能够看清楚地面上长度仅1米的物体。
    学生和教师能够利用相关软件把一些数据——如最近的人口统计数字——添加到图像中。教师可以利用这些工具帮助学生了解蒙大拿州的历史和地理。学生可以利用软件把河流的污染源标注在地图上。
    GIS软件对于在课堂上实施探寻式研究非常有用。由于它集成了图像和信息数据，因而能够帮助师生对空间世界进行可视化分析。有专家认为，教师在利用GIS软件时，所受的限制仅仅来自对该软件的了解和自己的想象力。