《空間分析》課程改革探討

段金龍+周顏+李衛(wèi)東+張學海

摘要：《空間分析》是地理信息系統(tǒng)的核心與靈魂，在GIS類相關(guān)專業(yè)的本科教學工作中該門課程十分重要。本文對《空間分析》課程的教學方法和教學手段進行了深入探討，并對其課程教學方法改革提出了幾點建議。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；《空間分析》；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）03-0123-02

一、引言

《空間分析》是地學研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容，是地理信息系統(tǒng)（GIS）的核心與靈魂，是基于地理對象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其目的在于提取和傳輸空間信息，空間分析的根本目標是建立有效的空間數(shù)據(jù)模型來表達地理實體的時空特性，發(fā)展面向應(yīng)用的時空分析模擬方法，以數(shù)字方式動態(tài)地、全局地描述地理實體和地理現(xiàn)象的空間分布關(guān)系，從而反映地理實體的內(nèi)在規(guī)律和變化趨勢，GIS空間分析是對GIS空間數(shù)據(jù)的一種增值操作。隨著3S技術(shù)在各行各業(yè)中的跨越式發(fā)展，空間分析理論研究及應(yīng)用研究的重要作用愈發(fā)凸顯，在地理信息科學、空間信息與數(shù)字技術(shù)、遙感科學與技術(shù)、土地資源管理等多個本科專業(yè)的教學工作中，均要求培養(yǎng)學生具有一定的空間數(shù)據(jù)分析處理能力。河南工業(yè)大學是由河南省人民政府和國家糧食局共建，入選中西部高?；A(chǔ)能力建設(shè)工程、卓越工程師教育培養(yǎng)計劃、卓越農(nóng)林人才教育培養(yǎng)計劃、2011計劃。河南工業(yè)大學信息科學與工程學院空間信息與數(shù)字技術(shù)本科專業(yè)自2012年開始招生，專業(yè)綜合利用地理空間信息、人工智能、計算機等學科的理論與技術(shù)，培養(yǎng)具有扎實數(shù)字行業(yè)/區(qū)域/城市、空間信息技術(shù)等領(lǐng)域的專業(yè)知識，掌握空間信息獲取、數(shù)字表達和應(yīng)用等方面的關(guān)鍵技術(shù)和研究方法，能從事數(shù)字地球、數(shù)字城市等領(lǐng)域的科學研究、技術(shù)開發(fā)、工程應(yīng)用、信息服務(wù)和管理等工作的厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)、強能力的高級專門人才。本文基于本校2016屆空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)去向數(shù)據(jù)，結(jié)合本專業(yè)課程設(shè)置的實際情況，對《空間分析》課程的教學方法和教學手段進行分析，提出若干教學改革建議，以期探索適合本專業(yè)實際情況的教學改革道路。

二、《空間分析》課程教學目的與基本內(nèi)容

2016年本?？臻g信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)共畢業(yè)本科學生58人，其中應(yīng)屆成功考取碩士研究生的有8人，40人辦理報到手續(xù)，所簽公司包括北京超圖軟件股份有限公司、上海華測導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司、鄭州市聯(lián)睿電子科技有限公司等與本專業(yè)相關(guān)的國內(nèi)知名公司，剩余部分學生復(fù)習考研。學生工作單位和深造院校均對本屆畢業(yè)生的實踐動手能力和理論知識掌握水平做出了較高的評價?！犊臻g分析》是本專業(yè)的必修專業(yè)課程，共36課時，采取閉卷考試方法進行期末考核，通過該課程的學習，從空間分析的理論、方法和應(yīng)用三個方面分別介紹了空間分析的相關(guān)內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上提高學生對GIS本質(zhì)的了解，并使學生深入理解GIS與相關(guān)學科、相關(guān)技術(shù)的內(nèi)在關(guān)系，開拓學生的視野，逐步培養(yǎng)學生向更深層次和更廣范圍探索、研究的能力。參考武漢大學、鄭州大學等國內(nèi)知名高校的本科教學培養(yǎng)方案，課程選用武漢大學秦昆教授主編的《GIS空間分析理論與方法（第二版）》作為核心教材，該教材從空間分析的理論、方法和應(yīng)用三個方面分別介紹了空間分析的相關(guān)內(nèi)容，主要包括GIS空間分析的基本理論及數(shù)據(jù)模型，柵格數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)的空間分析方法，空間分析統(tǒng)計方法及應(yīng)用，等等。

三、《空間分析》課程的教學改革思路

基于《GIS空間分析理論與方法（第二版）》教材框架，結(jié)合自身十余年的學習與科研工作的實踐基礎(chǔ)，筆者在3年多的教學實踐工作中產(chǎn)生了若干針對《空間分析》課程的教學改革思路。

1.優(yōu)化教學內(nèi)容。以教材內(nèi)容為核心基礎(chǔ)，將第4章柵格數(shù)據(jù)的空間分析方法、第5章矢量數(shù)據(jù)的空間分析方法、第6章三維數(shù)據(jù)的空間分析方法、第7章空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析方法作為本課程的核心講授內(nèi)容。由于在本專業(yè)的其他課程教學中（例如《空間信息與數(shù)字技術(shù)導(dǎo)論》、《GIS原理與技術(shù)》等）也有涉及上述章節(jié)內(nèi)容的講授安排，因此在本課程教學實踐中，需要對這些章節(jié)的核心內(nèi)容及各個章節(jié)間的區(qū)別與聯(lián)系進行更深入的分析與描述。

2.改革教學方法。《空間分析》課程內(nèi)容本身具有突出的理論性及抽象性，如果單純基于教材進行課程知識講授，將會凸顯此類理論性課程的枯燥性，不利于學生對課程中的各類知識進行綜合性吸收與理解。在實際教學過程中，筆者將教材各章節(jié)中的核心知識點與社會熱點問題、實踐應(yīng)用范例及個人科研研究工作經(jīng)歷等內(nèi)容相結(jié)合，采用案例教學方法，將各知識點在實踐應(yīng)用中的體現(xiàn)方式進行深入剖析，在教學工作中增加了大量圖片、動畫等多媒體教學內(nèi)容，同時，案例教學方法也充分調(diào)動了學生的自主學習興趣，便于學生與教師、學生與學生之間進行良好互動。例如，在矢量數(shù)據(jù)空間分析中，以常用的路徑分析為例，通過手機導(dǎo)航軟件的使用，使學生明白最短路徑的基本概念；在三維數(shù)據(jù)空間分析中，通過圖片及虛擬城市動畫片段的播放使學生深入了解三維地形模型、三維可視化等內(nèi)容，并以期增加學生對該部分內(nèi)容的興趣；在空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及空間決策支持講授環(huán)節(jié)，以個人科研歷史工作為例，基于圖片、表格等數(shù)據(jù)支持，將鄭州市過去若干年的土地利用變化特征進行綜合分析，明確本課程若干核心知識點的實踐意義?？臻g信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)涉及遙感、測量等多個學科知識的學習，在該專業(yè)實踐工作中，經(jīng)常涉及數(shù)據(jù)分析、專題圖制作、三維建模等研究內(nèi)容，教師應(yīng)充分利用多媒體教學方法，轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)的教學方式。

3.實驗教學輔助。以筆者所在學校專業(yè)課程設(shè)置為例，目前《空間分析》課程設(shè)置為36課時。除教材核心內(nèi)容教授外，《空間分析》課程內(nèi)容中凸顯的理論性及抽象性特點必須增加大量的工程實踐內(nèi)容進行輔助補充，以期大幅提高學生對該門課程內(nèi)容的理解程度。上述工程實踐內(nèi)容除任課教師在課堂教學中通過多媒體教學手段呈現(xiàn)外，更需學生親自進行相關(guān)內(nèi)容的專題實驗。在課程設(shè)置中，本專業(yè)教研室經(jīng)過慎重考慮，將《空間分析》課程設(shè)置為較短的36課時，同時將其定位為純理論課，無實驗教學環(huán)節(jié)，在學期末增加《空間信息應(yīng)用實踐》純實驗課程，54課時，使用教材為南京師范大學湯國安教授等編著的《ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實驗教程（第二版）》。以上課程設(shè)置方式主要基于以下考慮：《空間分析》課程內(nèi)容理論性及抽象性較強且至少需要36課時才能基本完成教材核心內(nèi)容的講授，如將其設(shè)置為54課時的純理論課，長時間枯燥的理論學習會大幅降低學生學習的主觀能動性；如將其設(shè)置為36課時理論課+18課時實驗課，需要將實驗課分散入每周的理論教學內(nèi)容后，實驗內(nèi)容雖能對該周的純理論教學內(nèi)容進行及時補充，但實驗課程過于分散，單個實驗的深度及廣度均有所欠缺；《空間分析》課程的專業(yè)難度較大，宜設(shè)置在大三的第一學期，大三時期學生的專業(yè)必修課和選修課較多，不宜設(shè)置超過54課時的課程；《空間信息應(yīng)用實踐》所用教材內(nèi)容基于本專業(yè)核心專業(yè)軟件之一——ArcGIS，該教材實驗內(nèi)容與《空間分析》各章節(jié)內(nèi)容均能找到對應(yīng)關(guān)系，連續(xù)兩周的純實驗課程利于教師進行綜合性實驗及課程設(shè)計工作安排，課程實驗中穿插了對矢量、柵格、三維等多類數(shù)據(jù)的綜合處理、分析與應(yīng)用，實驗設(shè)置緊貼工程實際，專業(yè)性及趣味性極強。在已完成的3年《空間分析》課程教學工作中，該“1+1”課程教學方式（36課時理論課+54課時實驗課）取得了3屆學生的一致認可，《空間信息應(yīng)用實踐》課程對《空間分析》課程進行了良好的補充，兩門課程的交叉學習使學生對“空間分析”這一地學領(lǐng)域的重要內(nèi)容有了完整和深入的了解，教學與實驗內(nèi)容大幅提高了學生的實踐動手能力，對學生的本科畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)和后續(xù)就業(yè)環(huán)節(jié)起到了積極作用。

《空間分析》是空間信息與數(shù)字技術(shù)等GIS相關(guān)本科專業(yè)的核心課程，在學生的理論知識學習及實踐動手能力培養(yǎng)中具有重要地位。針對該門課程的特點及專業(yè)人才培養(yǎng)目標，對教學方法和內(nèi)容進行了適當?shù)母倪M和優(yōu)化，尋找出一條適宜本專業(yè)學生學習發(fā)展的理想教學方式，達到學以致用的教學效果，為相關(guān)課程的教學與改革提供了良好建議。

參考文獻：

[1]秦昆.GIS空間分析理論與方法[M].第二版.武漢大學出版社，2010.

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[3]許浩.風景園林專業(yè)空間信息技術(shù)教學初探[J].教育教學論壇，2015，（4）：213-215.endprint