《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》是地學研究領域的重要內容，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)特征的空間數據分析技術，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據模型來表達地理實體的時空特性，發(fā)展面向應用的時空分析模擬方法，以數字方式動態(tài)地、全局地描述地理實體和地理現(xiàn)象的空間分布關系，從而反映地理實體的內在規(guī)律和變化趨勢，GIS空間分析是對GIS空間數據的一種增值操作。隨著3S技術在各行各業(yè)中的跨越式發(fā)展，空間分析理論研究及應用研究的重要作用愈發(fā)凸顯，在地理信息科學、空間信息與數字技術、遙感科學與技術、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據分析處理能力。河南工業(yè)大學是由河南省人民政府和國家糧食局共建，入選中西部高校基礎能力建設工程、卓越工程師教育培養(yǎng)計劃、卓越農林人才教育培養(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字技術本科專業(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，培養(yǎng)具有扎實數字行業(yè)/區(qū)域/城市、空間信息技術等領域的專業(yè)知識，掌握空間信息獲取、數字表達和應用等方面的關鍵技術和研究方法，能從事數字地球、數字城市等領域的科學研究、技術開發(fā)、工程應用、信息服務和管理等工作的厚基礎、寬口徑、高素質、強能力的高級專門人才。本文基于本校2016屆空間信息與數字技術專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)去向數據，結合本專業(yè)課程設置的實際情況，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容

2016年本?？臻g信息與數字技術專業(yè)共畢業(yè)本科學生58人，其中應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、上海華測導航技術股份有限公司、鄭州市聯(lián)睿電子科技有限公司等與本專業(yè)相關的國內知名公司，剩余部分學生復習考研。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。《空間分析》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、方法和應用三個方面分別介紹了空間分析的相關內容，在此基礎上提高學生對GIS本質的了解，并使學生深入理解GIS與相關學科、相關技術的內在關系，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、方法和應用三個方面分別介紹了空間分析的相關內容，主要包括GIS空間分析的基本理論及數據模型，柵格數據、矢量數據和三維數據的空間分析方法，空間分析統(tǒng)計方法及應用，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，結合自身十余年的學習與科研工作的實踐基礎，筆者在3年多的教學實踐工作中產生了若干針對《空間分析》課程的教學改革思路。

1.優(yōu)化教學內容。以教材內容為核心基礎，將第4章柵格數據的空間分析方法、第5章矢量數據的空間分析方法、第6章三維數據的空間分析方法、第7章空間數據的統(tǒng)計分析方法作為本課程的核心講授內容。由于在本專業(yè)的其他課程教學中（例如《空間信息與數字技術導論》、《GIS原理與技術》等）也有涉及上述章節(jié)內容的講授安排，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?！犊臻g分析》課程內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、實踐應用范例及個人科研研究工作經歷等內容相結合，采用案例教學方法，將各知識點在實踐應用中的體現(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容，同時，案例教學方法也充分調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，在矢量數據空間分析中，以常用的路徑分析為例，通過手機導航軟件的使用，使學生明白最短路徑的基本概念；在三維數據空間分析中，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、三維可視化等內容，并以期增加學生對該部分內容的興趣；在空間數據統(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、表格等數據支持，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信息與數字技術專業(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，經常涉及數據分析、專題圖制作、三維建模等研究內容，教師應充分利用多媒體教學方法，轉換傳統(tǒng)的教學方式。

3.實驗教學輔助。以筆者所在學校專業(yè)課程設置為例，目前《空間分析》課程設置為36課時。除教材核心內容教授外，《空間分析》課程內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容進行輔助補充，以期大幅提高學生對該門課程內容的理解程度。上述工程實踐內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內容的專題實驗。在課程設置中，本專業(yè)教研室經過慎重考慮，將《空間分析》課程設置為較短的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）》。以上課程設置方式主要基于以下考慮：《空間分析》課程內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容的講授，如將其設置為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容后，實驗內容雖能對該周的純理論教學內容進行及時補充，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，不宜設置超過54課時的課程；《空間信息應用實踐》所用教材內容基于本專業(yè)核心專業(yè)軟件之一——ArcGIS，該教材實驗內容與《空間分析》各章節(jié)內容均能找到對應關系，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計工作安排，課程實驗中穿插了對矢量、柵格、三維等多類數據的綜合處理、分析與應用，實驗設置緊貼工程實際，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”這一地學領域的重要內容有了完整和深入的了解，教學與實驗內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》是空間信息與數字技術等GIS相關本科專業(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，對教學方法和內容進行了適當的改進和優(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.

[2]劉湘南，黃方，王平.GIS空間分析原理與方法[M].第二版.北京：科學出版社，2008.

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