面向個性化人才培養的空間分析課程模塊化重構

俞 艷，劉耀林，袁艷斌，黃解軍，何建華

(1. 武漢理工大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430070； 2. 武漢大學資源與環境科學學院，湖北 武漢 430079)

如何將模塊化的知識進行有效的處理，理解其內在聯系，構建具有個性化特征的知識體系，進而內化為個人的知識特質是學習過程的核心。美國教育與認知心理學家杰羅姆·布魯納在其著名的學習理論中指出，知道事實之間的聯系遠比知道事實本身重要[1]。在傳統的大學教學中,每一個學科專業都有固定的培養計劃，課程安排與課程間的傳承、銜接關系都是經過專門論證的，學生不需要了解這些課程間的相互關系，只需要按部就班地按照培養計劃學習即可；在具體課程學習中，傳統的課程學習模式是從頭到尾的單線程教學模式，有助于學生建立起一種線性的、清楚的體系結構。然而，隨著信息社會對大學培養人才的多樣化需求，拔尖創新人才、個性化人才的培養成為大學教育的重要使命[2]，隨之而來的MOOC、翻轉課堂等教學手段和教學方式的出現，傳統的單線程、線性的知識教授體系亟待改革[3]。如何將大學專業培養體系、課程體系按照知識點進行模塊化劃分，建立結構化知識體系，滿足多線程、個性化人才培養需求是這一教學改革的關鍵[4]。

本文以地理信息科學專業中的核心課程《空間分析》為例，闡述了在學科發展和個性化拔尖創新型地理信息人才培養需求的雙重驅動下，空間分析課程從內容更新到結構化知識體系重構的改革嘗試，以期創建空間分析課程知識結構模塊，識別知識模塊之間的關聯關系，形成不同的知識結構鏈，滿足網絡化教育時代個性化人才培養的需求。空間分析知識結構體系構建從兩個尺度層次展開：地理信息專業課程體系的結構化知識體系及空間分析課程在該體系中的定位分析，空間分析課程知識內容的更新與結構化重構。

1 地理信息科學專業中的空間分析課程定位

地理信息科學專業人才培養的核心定位是對空間信息處理和空間思維能力的培養，其空間思維就是要利用GIS數據庫中已經存儲的信息,通過GIS 的空間分析工具(如緩沖區分析、疊置分析、趨勢分析等) 生成地理空間知識,并將其存儲于GIS 空間數據庫中,用以指導空間決策行為。GIS 的空間思維功能使人們能夠揭示空間關系、空間分布模式和空間發展趨勢等其他類型信息系統所無法完成的任務,其實質即具有地理空間現象建模、解釋與決策的功能,其核心是地學建模,而地學模型的建立是以空間分析的基本算法和基本模型為基礎的。因此可以說，空間分析是實現其空間思維的工具[5]，是地理信息科學專業課程體系中的核心課程。它將地理信息科學相關基礎理論方法具體化、可操作化，然后將其與具體的應用連接，支撐地理信息服務于社會經濟和個人生活的方方面面[6-7]。

根據現代GIS專業的人才培養理念、基本要求和培養模式，在搭建“通識課程+學科平臺課程+專業方向課程+方向拓展課程”的新型模塊化課程體系的基礎上[5,8]，梳理模塊間及課程間的縱向聯系，建立多維地理信息教學育人體系，如圖1所示。在該課程結構體系下，學生可以根據各自感興趣的學習方向、問題，方便選擇系統化學習的課程體系，搭建形成符合學生個性化學習要求的專業課程知識結構體系[5]。在宏觀層次上，為專業學生的知識能力的培養提供了更加明晰、方便定制的課程體系。

圖1 地理信息科學專業課程體系

2 空間分析課程模塊化知識體系

在搭建地理信息科學專業課程體系的基礎上，進一步完成空間分析課程知識劃分與模塊化結構體系重構，需解決兩個基本問題：結合學科發展前沿更新空間分析課程知識內容和知識內容間內在聯系的重建。

2.1 空間分析課程的內容更新

空間分析是基于地理對象的位置和形態特征的分析和建模的系列技術，其目的是為獲取和傳輸空間信息，一直以來作為地學研究的主要技術工具受到廣泛關注。綜合其發展軌跡，可將其歸納為傳統的地圖學理論與技術發展期→空間分析不自覺運用期→空間分析理論與技術形成期→空間分析快速發展期[8]。主要圍繞空間數據的處理、空間位置、空間關系和空間量測等方面開展[9]。然而，已有空間分析技術主要是直接從地理事物和現象的位置和空間聯系等方面研究空間事物，以期對空間事物作出定量的描述，長于定量度量空間的坐標幾何數據的管理和分析[10-12]。隨著物聯網、Web2.0、3G技術等相關技術的出現和快速發展，使得WWW已經成為人類歷史上最為龐大的知識庫，其中地理空間知識占據了很大比重，大量的Web 頁面都直接或間接表達了地理空間知識[13-14]。如何基于空間位置，將這些不同形式的泛地理空間信息關聯集成，并且在統一的時空域內進行空間信息的處理與分析，以發現、提取、表達和傳輸地理空間知識是新時代空間分析面臨的任務與挑戰[5]。

相應的，空間分析課程教學內容需根據學科發展需求進行更新，首先空間分析知識鏈在縱向上的延伸，由傳統的空間數據采集—空間數據處理與建庫—空間幾何分析—空間模式分析拓展為空間數據獲取—空間數據處理—空間幾何分析—空間模式分析—地理過程分析—地理大數據挖掘—空間信息服務，實現由空間分析向空間信息服務轉變；其次從空間分析內涵上的拓展與豐富，分析對象由傳統的通過對地觀測手段獲取的空間數據到當前基于泛在傳感網的空間信息感知[15]、空間數據處理由傳統的空間數據標準化處理向空間大數據的空間關聯與聚合、空間幾何分析和模式分析向地理建模與過程分析模擬轉變。

2.2 面向大數據時代空間分析內容體系重構

針對更新后的空間分析內容體系，研究空間分析內容之間的邏輯聯系，重構傳統的空間分析知識體系，建立面向多層次、個性化、拔尖創新人才培養需求的空間分析課程內容的模塊化知識結構體系，如圖2所示。

該結構體系首先將空間分析課程知識進行了模塊化劃分，建立了空間數據感知、空間數據關聯聚合、空間幾何分析、地理分析建模、地理大數據分析和泛在位置服務等結構模塊，明確了知識結構模塊之間的邏輯關聯關系；其次將模塊內進行了知識點的歸納，并且對知識點進行了串聯，形成以知識點為基本劃分單元的知識點邏輯結構體系；教師將這些知識點解構到網絡，按照知識點進行結構化封裝并建立網絡教學資源庫，學生根據個人知識儲備、興趣愛好去選取相應的知識模塊，構建個性化學習的知識鏈路，一方面滿足了教學資源信息化共享的需求，同時為個性化地理空間信息專門人才培養提供了條件。該課程知識結構劃分方案已在筆者所在高校地理信息科學專業課程教學進行了實踐應用，在編寫空間分析課程教學大綱、教案、網絡化教學課件中得到應用，取得了較好的教學改革效果。

3 結 語

信息化社會對個性化地理信息專門人才的需求和信息化教學的發展、特別是MOOC等網絡化教學手段對傳統的大學教學組織方式提出了諸多改革需求和挑戰，其中課程知識體系更新與重構是其中重要的一環。本文以地理信息科學專業的核心課程空間分析為例，研究了面向大數據時代空間分析課程內容的拓展更新及課程知識點劃分與結構化重構，從專業課程體系的層次劃分和課程內容體系的模塊化劃分與關聯兩個尺度層次，建立了面向個性化人才培養和網絡化教學雙重需求的空間分析課程的結構化知識體系，為空間分析課程的網絡化教學奠定了基礎，為地理信息科學等相關專業課程的建設提供了借鑒。