趙 羲，龐小平,，李艷紅，張 翔

（1.武漢大學(xué) 中國南極測繪研究中心，湖北 武漢 430079；2. 武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079）

我國許多開設(shè)測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的高校都認(rèn)識到了空間分析的重要性，建設(shè)了空間統(tǒng)計(jì)、地形分析、地學(xué)分析、地統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、空間數(shù)據(jù)庫、地理信息科學(xué)等與空間分析相關(guān)的課程，培養(yǎng)學(xué)生空間數(shù)據(jù)分析、軟件使用等科研和業(yè)務(wù)能力[1-6]。本文從探討《空間統(tǒng)計(jì)與地學(xué)分析》的教學(xué)目的出發(fā)，論述了我校此課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核形式，為測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的教學(xué)管理和課程建設(shè)提供參考。

1 教學(xué)目的

我校針對測繪科學(xué)與技術(shù)的各二級學(xué)科研究生開設(shè)的專業(yè)必修課《空間統(tǒng)計(jì)與地學(xué)分析》，是對本科階段《空間分析》課程的延伸，以空間統(tǒng)計(jì)為主要內(nèi)容，結(jié)合部分與空間統(tǒng)計(jì)有關(guān)的地學(xué)分析進(jìn)行理論知識介紹和應(yīng)用案例的講解。課程設(shè)置的目標(biāo)是培養(yǎng)研究生基本的科研能力，幫助學(xué)生掌握空間數(shù)據(jù)的定量統(tǒng)計(jì)分析算法、空間相關(guān)性、空間自相關(guān)等規(guī)律的探索、空間數(shù)據(jù)的插值與統(tǒng)計(jì)建模等數(shù)據(jù)處理的方法，解決地理、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等相關(guān)領(lǐng)域的問題。因此該課程的理論性、技術(shù)性和實(shí)用性都很強(qiáng)，要求學(xué)生能夠掌握基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)、空間統(tǒng)計(jì)等基本理論，空間分析、地學(xué)分析中的常用算法，并且能夠針對具體案例，綜合利用多種統(tǒng)計(jì)方法和軟件來解決空間問題。

2 教學(xué)內(nèi)容

《空間統(tǒng)計(jì)與地學(xué)分析》是空間分析課程系列的高級課程，根據(jù)課程的教學(xué)目的和目標(biāo)，其教學(xué)內(nèi)容體系包括基礎(chǔ)理論、方法與技術(shù)、應(yīng)用實(shí)踐3個(gè)層次?；A(chǔ)理論部分的教學(xué)內(nèi)容主要是概率論與統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)理論知識，對該部分內(nèi)容的講授，應(yīng)該考慮到研究生在本科階段不同的學(xué)科背景和他們對統(tǒng)計(jì)知識的掌握程度，由淺入深地引導(dǎo)其學(xué)習(xí)、回顧和總結(jié)，幫助學(xué)生由數(shù)學(xué)基本知識的學(xué)習(xí)逐漸過渡到空間統(tǒng)計(jì)與地學(xué)分析的方法學(xué)習(xí)中。對于方法與技術(shù)的部分，主要介紹有關(guān)空間點(diǎn)、線、面以及地統(tǒng)計(jì)的經(jīng)典分析方法和模型。對最前沿的空間統(tǒng)計(jì)方法，由于理論難度較大且課堂時(shí)間有限，可以安排一兩次講座形式的課程進(jìn)行概況性的介紹，為感興趣的學(xué)生提供深入學(xué)習(xí)的線索。最后，應(yīng)用實(shí)踐部分也是這門課程的主要部分，主要是在基礎(chǔ)理論和技術(shù)方法學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際案例，在問題場景中幫助學(xué)生更深刻地理解知識、掌握知識及靈活應(yīng)用知識。另一方面，也能夠讓學(xué)生熟悉空間分析和統(tǒng)計(jì)學(xué)的軟件操作，培養(yǎng)學(xué)生的科研動手能力。具體的教學(xué)內(nèi)容體系見表1。

表1 空間統(tǒng)計(jì)與地學(xué)分析課程教學(xué)內(nèi)容

3 教學(xué)方法

3.1 多種類型的教材配合

結(jié)合《空間統(tǒng)計(jì)與地學(xué)分析》課程的教學(xué)內(nèi)容，我們在選擇教材時(shí)需要兼顧基礎(chǔ)理論、方法與技術(shù)、應(yīng)用實(shí)踐這3個(gè)方面的內(nèi)容。 Wong等主編的《Statistical Analysis of Geographic Information: with ArcView GIS and ArcGIS》于2005年出版，2008年被張學(xué)良翻譯成中文《ArcView GIS 與 ArcGIS 地理信息統(tǒng)計(jì)分析》[7]，是國際國內(nèi)很多空間統(tǒng)計(jì)課程的基礎(chǔ)教材。此書的章節(jié)安排與我們課程內(nèi)容的前半部分編排思路相似，先介紹經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)的基礎(chǔ)知識，再以點(diǎn)、線、面為章節(jié)劃分空間統(tǒng)計(jì)的理論與方法，并且在每個(gè)章節(jié)中還附有詳細(xì)的案列分析。書中對基礎(chǔ)知識的講解非常通俗易懂，尤其適合空間統(tǒng)計(jì)的初學(xué)者由淺入深地學(xué)習(xí)理論，由簡到難地掌握技術(shù)應(yīng)用。美中不足的是此書的軟件實(shí)踐是針對ArcView的操作，目前已經(jīng)被ArcGIS取代。因此我們推薦湯國安和楊昕主編的《ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程（第2版）》[8]，該書主要圍繞ArcGIS軟件的各種空間分析功能，進(jìn)行概括的理論基礎(chǔ)介紹，詳細(xì)的操作示范，豐富的地學(xué)案例分析。這兩本書作為課程教材配合使用，基本可以涵蓋課程設(shè)置的教學(xué)內(nèi)容，難度適中，也適合作為學(xué)生自學(xué)的入門參考書。

上機(jī)實(shí)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐課主要是針對空間描述統(tǒng)計(jì)、點(diǎn)模式分析、空間自相關(guān)、空間內(nèi)插等重要知識點(diǎn)的軟件操作設(shè)置課時(shí)。實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)選取了《ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程（第2版）》一書中的部分空間數(shù)據(jù)，方便學(xué)生參考教材中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行ArcGIS軟件操作。除了ArcGIS軟件外，我們還在課堂上介紹了經(jīng)典統(tǒng)計(jì)軟件SPSS，R和空間統(tǒng)計(jì)軟件GeoDa，GWR等，演示了部分統(tǒng)計(jì)方法的軟件操作步驟，以便學(xué)生了解更多常用的空間統(tǒng)計(jì)和地學(xué)分析軟件，在教學(xué)實(shí)踐課和課程考核時(shí)靈活選擇。

3.2 靈活多變的課堂教學(xué)

針對授課對象的知識水平和測繪學(xué)科背景，在課堂和課外教學(xué)環(huán)節(jié)，我們采用了多媒體教學(xué)的方式，廣泛利用網(wǎng)絡(luò)視頻、網(wǎng)絡(luò)課程、期刊等媒介，豐富課堂授課和課外學(xué)習(xí)的形式。例如，在第三章經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)的常規(guī)教學(xué)內(nèi)容完成之后，我們給學(xué)生播放了Hans Rosling教授在《TED》上題為《The best stats you’ve ever seen》的精彩報(bào)告，引起學(xué)生對大數(shù)據(jù)分析、時(shí)空數(shù)據(jù)挖掘問題的強(qiáng)烈興趣，不僅鞏固了課堂知識，還活躍了課堂氣氛，達(dá)到快樂學(xué)習(xí)的目的。除了教材中簡單的應(yīng)用案例之外，我們還從地理、交通、人口、環(huán)境等空間統(tǒng)計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域的國際期刊上找了大量的相關(guān)文獻(xiàn)，在理論方法的教學(xué)內(nèi)容后安排了應(yīng)用案例的專題講座，集中對這些發(fā)表在SCI期刊上的高質(zhì)量文章的內(nèi)容和空間統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行講解，讓研究生掌握提出問題、分析問題、解決問題、總結(jié)問題的研究思路。此外，對于課外教學(xué)，由于上課學(xué)生對統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)知識的掌握程度良莠不齊，我們特別推薦了coursera網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)課程，例如臺灣大學(xué)葉丙成的《概率論》，杜克大學(xué)的《數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)推斷》，學(xué)生可以在課外時(shí)間通過視頻學(xué)習(xí)，還有很多國外網(wǎng)站提供了免費(fèi)的統(tǒng)計(jì)學(xué)電子書和互動平臺，幫助他們輕松地補(bǔ)充自己的基礎(chǔ)知識?？傊?，通過多種渠道獲取多元化信息，不僅可以滿足不同知識層次的研究生學(xué)習(xí)需求，也可以開闊眼界，幫助他們尋找專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域空間分析問題的解決技巧，適應(yīng)對研究生的培養(yǎng)目標(biāo)。

3.3 不同優(yōu)勢的考核形式

除了隨堂小測驗(yàn)之外，對于課程期末考核，我們嘗試使用實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式，并且采用了2種實(shí)驗(yàn)類型進(jìn)行對比。一種是規(guī)定了具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提出具體要回答的問題，并規(guī)定解決問題需要的實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)生自由選擇軟件，完成實(shí)驗(yàn)，并撰寫報(bào)告給出答案。第二種方式是只為學(xué)生提供數(shù)據(jù)，讓學(xué)生自由挖掘數(shù)據(jù)信息，選定實(shí)驗(yàn)問題，再根據(jù)問題尋找解決方法和答案，實(shí)驗(yàn)報(bào)告按照標(biāo)準(zhǔn)論文的形式完成。這兩種考核方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，前者更加具體，老師可以通過設(shè)置具體問題，有針對性地考察學(xué)生某些方面的知識點(diǎn)，學(xué)生的自由度比較小，但可以通過實(shí)習(xí)有效鞏固重點(diǎn)內(nèi)容；后者更加靈活，調(diào)動了學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決應(yīng)對的能力。我們對不同年級的學(xué)生進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)第一種考核形式更適合低年級碩士研究生，而第二種形式更適合高年級碩士研究生和博士生，并且可以非常有效地評估學(xué)生對知識點(diǎn)的運(yùn)用程度和基本科研素質(zhì)。2種考核形式各有優(yōu)勢，需要結(jié)合具體的教學(xué)對象和考察目標(biāo)來設(shè)置考核內(nèi)容。

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