地理学是一门跨越自然科学与社会科学性质的科学，其主要特征表现为综合性、区域性和空间性。因此，中学地理学科的知识结构也必须反映地理学的上述特征。在教育领域，“知识结构”学说和“建构主义”理论已经提出了许多年，但对于中学生的“地理知识结构”到底应该是什么样的、又应该如何系统的将其“建构”到学生的头脑中的问题，至今仍无深入的研究和明确的论述。由于缺失了对地理知识结构“理想模型”的顶层设计，中学地理教育在战略上就存在着目标不明确的盲目性。现今的中学地理教学，试图将课标或课本中呈平面树形的知识体系，当作知识结构“建构”到学生的头脑中，显然是既不符合地理科学的特征，也不太符合学生对地理知识的认知和“建构”的过程。基于此，本研究提出构建“中学生头脑地理信息系统”的观点，试图构建地理知识结构的“理想模型”，以此来探讨上述问题的解决。笔者认为，“中学生头脑地理信息系统”，是指在中学生头脑中形成的，以球形地理坐标为基础的多维图层结构。作为一个地理知识结构的“理想模型”，它主要包括以下三个功能模块，即地理空间信息数据库模块（人、地和环境信息采集存储功能）、地理思维分析模块（地理信息管理、分析和决策功能）和地理信息表达模块（信息的表达功能）。“中学生头脑地理信息系统”的建构，是一个宏观导向与微观联系紧密结合的过程。宏观方面要解决好地理知识结构的“理想模型”的整体架构，明确每一个“建筑构件”应该放在什么位置；微观方面则体现在教学过程中，将各种知识如何合理的联系到已有的知识结构中去。因此，在构建的方法上，本文参考了“地理信息系统”、“脑科学”、“建构主义学习理论”、“脑中地图”和“思维导图”等理论，并进行了梳理与整合，分析了它们各自的特点和功能，并制定相应的教学策略，以发挥它们在建构以球形地理坐标为基础的多维图层结构中的地位和作用。并据此在山区学校的乡镇中学进行教学实践研究，得出相关结论并提出了构建“中学生头脑地理信息系统”过程中可能出现的问题以及解决办法。“中学生头脑地理信息系统”这种以球形地理坐标系统为基础的多维图层结构，体现了地理学综合性、区域性和空间性的特征，同时也符合中学生对地理知识的认知和“建构”过程。基于此，本研究认为，“中学生头脑地理信息系统”是地理知识结构的一种“理想模型”。