探究R語言在高師院校課程中的教學實踐研究
——以地理科學專業《計量地理學》為例

（安慶師范大學資源環境學院 安徽 安慶 246011）

數據的爆炸式增長、廣泛可用和巨大數量使我們處于真正的數據時代。“地理數據挖掘與知識發現”使大數據成為地理學試驗場，為地理學發展帶來了巨大沖擊[1]。新時代對地理學家提出更高要求，需熟練表達、解釋、分析和交流定量數據，熟悉一系列統計技術，包括描述性統計、推理測驗和相關回歸等，同時注重空間統計、依賴問題、差異和規模效應[2]。

一、基于R 語言實施計量地理學教學的必要性

2014年的地理科學人培方案修訂了培養學生分析問題、運用計算機能力的計量地理學課程。新課標下，大數據已滲透到中學地理教學，將大數據與教學過程融合已成一種必然趨勢。比如如何挖掘中學地理試題反哺教學，對中學教師是一種考驗；利用大數據技術進行學情分析也是一個全新領域。在新課標深化實施和大數據快速發展大背景下，中學教師在強化自身專業知識的同時，借助大數據支撐教學評價，既有利于提升中學生地理思維能力，又有利于中學教師設計地理教學過程[3]。而對于培養中學地理教師的師范院校來說，如何培養學生掌握地理數據挖掘的能力具有較大研究意義。

2018年9 月，教育部《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》明確提出，高校要認真全面梳理每門課程的教學內容，合理提升學業挑戰度、增加課程難度、拓展課程深度，切實提高課程教學質量。計量地理學是關于使用數據，以新穎和具有挑戰性方式加強我們對世界以地理思維理解。地理專業學生在使用數據和數據處理工具時能夠“動手”，不僅是為提高其社會就業能力和研究技能，而且因為對定量數據的使用和批判性評估是地理辯論和研究的核心——這是地理學家所做工作的重要組成部分。

《計量地理學》是一門應用性很強的課程，課程目標中要求學生掌握ArcGIS、MATLAB、Excel、SPSS等商業軟件[4]。學生在一學期要掌握多門“黑箱式”軟件，不僅任務繁重，而且很多公式、定理沒有親自敲代碼，無法深入學習，從而失去學習興趣。再加上課時少，造成教師上課難，學生難以全面掌握的兩難局面。2020年6月美國將我國一些高校列入“實體”名單后，MATLAB商業軟件被禁用，這意味著使用商業軟件面臨法律和道德風險。而開源語言不會受到這樣的限制。自由軟件運動之父Richard Matthew Stallman曾呼吁學校只應使用自由軟件[5]。此外，我校地理科學專業包括文理科學生，大部分學生來自農村。他們知識結構差異較大，尤其是數學和計算機基礎。最終，這些因素導致學生對此課望而生畏，教師對此課無可奈何。

值此，R語言作為開源語言之一，是一門生態豐富，集統計、可視化于一身的優秀語言，已成為數據分析工程師及科學家最常用工具。豐富的程輯包能夠處理各種軟件可以處理的問題。因此，學會了R語言，就可以應用其一致的語言風格完成計量地理學中各種統計分析任務，無須對每一種軟件進行教學與實踐。但是，據統計和多方了解，當前融合R語言和計量地理學進行教學還比較少。

如何利用R語言實施計量地理學教學，促使教學方式和教學方法等發生根本性轉變，服務地理科學專業本科教育的建設目標。最終，通過對計量地理學的教學探討，引起地理學者關注計量地理學在地理科學本科體系中存在的教與學的問題，共同努力開發適合培養地理科學師范生運用地理學思維進行實踐的能力。

二、教學實踐改革方向

關于《計量地理學》的教學模式或方法的改革與探討，已有眾多研究者進行了研究[6-9]，如分段式教學模式的探討[10]。根據教學經驗，本文總結教學實踐改革方向如下：

（一）教學手段和方法的實踐化

1.培養編程習慣

以培養學生的實踐動手能力為重點，依托R語言這門開源語言生態系統，引導學生利用編程來解決實際的地理問題。

2.開展智慧教學

充分利用QQ、微信等智能交互軟件，探索深度融合信息技術教學方法，對學生的問題進行實時答疑，實現“網絡助教”。采用多時間段開放輔以教師指導和全開放學生自主學習為主等多種方式相結合；同時開發U-MOOCs課程以及精品線下開放課程，促進學生學習的積極性和主動性。

3.學生自主學習

以教師為主導，拋出一個數據，學生分組討論，提出解決思路，并進行報告制作和匯報工作，充分體現以學生為主體的理念，有利于學生語言表達能力和即學即用能力的提高。

（二）教學內容的多樣化

1.理論基礎知識

在理論講解過程中，探索“理論+X”的教學模式。計量地理學中大量的數學知識，如何進行淺顯易懂地傳輸給學生是對教師的考驗。因此，在進行理論基礎知識教學時，盡量避免大量的數學證明，以圖文并茂等形式，或提供詳細證明該數學公式的參考文獻或網絡資源，適應不同層次的學生學習。同時，適當擴展補充相關學科如物理、計算機等知識。

2.實踐基礎知識

在明確人才培養目標的基礎上靈活選擇教學內容，結合最新的研究成果，選擇學生關注的問題，從如何收集數據、清洗數據、分析數據、可視化數據等知識點進行講解。同時關注世界范圍內的熱點問題：如全球變暖、厄爾尼諾與全球氣溫和降水的關系、歷史時期氣候數據挖掘等。通過這些進行案例教學，針對學生的實際需求，豐富教學內容，激發學生的學習興趣。

（三）教學理念的先進化

形成生活性、發展性和生命性先進理念，回歸生活（使課堂充滿生活氣息）、關注學生的發展（課堂教學以學生的發展為本），把教學提升到生命層次（對學生的終極關懷）。在這樣的教學理念指導下，教師的責任不在于教，而在于教學生學，始終貫徹“加強基礎、注重綜合、體現先進、突出創新”的教學理念指導教學，注重學生基礎知識，基本技能和基本素質的培養，并增加研究性、創新性的實驗內容，提供多層次、開放性的實踐教學。教學過程中學生自帶筆記本電腦，針對每個章節需要實際操作的內容，進行現場教學和動手操作。

（四）考核評價方法的靈活化

增加形成性考核所占比重，實施考試加考查方式，平時成績占50%，提高學生回答問題、小組內數據分析報告制作、設計和匯報等方式在總分中的比重，倒逼學生回歸基礎，注重平時知識的積累。期末考試分筆試和代碼編寫，其中筆試和代碼分別占期末考試的35%和65%。筆試重點考查學生對基礎理論知識的掌握情況，代碼編寫考查學生實際解決問題的能力。

三、R 語言的應用示例——以地理數據的無量綱化處理為例

（一）常用的無量綱化處理方法[11]

1.總和標準化

以某一隨機變量的每個實現除以該隨機變量的所有實現的和，其公式如下：

2.標準差標準化

以某一隨機變量的每個實現減去所有實現的平均值，再除以該隨機變量的所有實現的標準差，其公式如下：

3.極大值標準化

以某一隨機變量的每個實現除以該隨機變量的所有實現中的最大值，其公式如下：

4.極差標準化

以某一隨機變量的每個實現減去所有實現中的最小值，再除以該隨機變量的所有實現中最大值與最小值之差，其公式如下：

（二）R語言代碼示例

圖1 R語言代碼示例圖

如圖1所示，雖然R語言內置無量綱函數（scale函數），但其方法單一。而上述的代碼擴展了無量綱化方法，且非常靈活。通過代碼的編寫，學生能明晰什么是無量綱方法，如何將數學公式編寫為函數實現不同的無量綱方法。

四、結語

本文對將R語言引入《計量地理學》課程教學的必要性進行了重點闡述，從教學方法上提出了一些參考，并以無量綱化方法為例，說明了R語言在該課程教學中的應用示例。《計量地理學》是以提升學生地理數據分析能力為根本目的[12]。相對于學生在大學一年級學習的C語言，R語言學習門檻相對較低，且對于地理科學學生而言，統計分析地理數據的工作更多。因此，基于R語言進行《計量地理學》的教學具有一定的優勢，值得嘗試。這不僅能夠培養具有較強的中學地理教學與研究能力的教師，同時也能培養從事資源環境、區域經濟和地理信息管理等方面的研究和管理人才。