俞 艷，劉耀林，袁艷斌，黃解軍，何建華

(1. 武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070； 2. 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

如何將模塊化的知識進(jìn)行有效的處理，理解其內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建具有個(gè)性化特征的知識體系，進(jìn)而內(nèi)化為個(gè)人的知識特質(zhì)是學(xué)習(xí)過程的核心。美國教育與認(rèn)知心理學(xué)家杰羅姆·布魯納在其著名的學(xué)習(xí)理論中指出，知道事實(shí)之間的聯(lián)系遠(yuǎn)比知道事實(shí)本身重要[1]。在傳統(tǒng)的大學(xué)教學(xué)中,每一個(gè)學(xué)科專業(yè)都有固定的培養(yǎng)計(jì)劃，課程安排與課程間的傳承、銜接關(guān)系都是經(jīng)過專門論證的，學(xué)生不需要了解這些課程間的相互關(guān)系，只需要按部就班地按照培養(yǎng)計(jì)劃學(xué)習(xí)即可；在具體課程學(xué)習(xí)中，傳統(tǒng)的課程學(xué)習(xí)模式是從頭到尾的單線程教學(xué)模式，有助于學(xué)生建立起一種線性的、清楚的體系結(jié)構(gòu)。然而，隨著信息社會對大學(xué)培養(yǎng)人才的多樣化需求，拔尖創(chuàng)新人才、個(gè)性化人才的培養(yǎng)成為大學(xué)教育的重要使命[2]，隨之而來的MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)手段和教學(xué)方式的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的單線程、線性的知識教授體系亟待改革[3]。如何將大學(xué)專業(yè)培養(yǎng)體系、課程體系按照知識點(diǎn)進(jìn)行模塊化劃分，建立結(jié)構(gòu)化知識體系，滿足多線程、個(gè)性化人才培養(yǎng)需求是這一教學(xué)改革的關(guān)鍵[4]。

本文以地理信息科學(xué)專業(yè)中的核心課程《空間分析》為例，闡述了在學(xué)科發(fā)展和個(gè)性化拔尖創(chuàng)新型地理信息人才培養(yǎng)需求的雙重驅(qū)動下，空間分析課程從內(nèi)容更新到結(jié)構(gòu)化知識體系重構(gòu)的改革嘗試，以期創(chuàng)建空間分析課程知識結(jié)構(gòu)模塊，識別知識模塊之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成不同的知識結(jié)構(gòu)鏈，滿足網(wǎng)絡(luò)化教育時(shí)代個(gè)性化人才培養(yǎng)的需求?？臻g分析知識結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建從兩個(gè)尺度層次展開：地理信息專業(yè)課程體系的結(jié)構(gòu)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(nèi)容的更新與結(jié)構(gòu)化重構(gòu)。

1 地理信息科學(xué)專業(yè)中的空間分析課程定位

地理信息科學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的核心定位是對空間信息處理和空間思維能力的培養(yǎng)，其空間思維就是要利用GIS數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)存儲的信息,通過GIS 的空間分析工具(如緩沖區(qū)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(shù)據(jù)庫中,用以指導(dǎo)空間決策行為。GIS 的空間思維功能使人們能夠揭示空間關(guān)系、空間分布模式和空間發(fā)展趨勢等其他類型信息系統(tǒng)所無法完成的任務(wù),其實(shí)質(zhì)即具有地理空間現(xiàn)象建模、解釋與決策的功能,其核心是地學(xué)建模,而地學(xué)模型的建立是以空間分析的基本算法和基本模型為基礎(chǔ)的。因此可以說，空間分析是實(shí)現(xiàn)其空間思維的工具[5]，是地理信息科學(xué)專業(yè)課程體系中的核心課程。它將地理信息科學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)理論方法具體化、可操作化，然后將其與具體的應(yīng)用連接，支撐地理信息服務(wù)于社會經(jīng)濟(jì)和個(gè)人生活的方方面面[6-7]。

根據(jù)現(xiàn)代GIS專業(yè)的人才培養(yǎng)理念、基本要求和培養(yǎng)模式，在搭建“通識課程+學(xué)科平臺課程+專業(yè)方向課程+方向拓展課程”的新型模塊化課程體系的基礎(chǔ)上[5,8]，梳理模塊間及課程間的縱向聯(lián)系，建立多維地理信息教學(xué)育人體系，如圖1所示。在該課程結(jié)構(gòu)體系下，學(xué)生可以根據(jù)各自感興趣的學(xué)習(xí)方向、問題，方便選擇系統(tǒng)化學(xué)習(xí)的課程體系，搭建形成符合學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)要求的專業(yè)課程知識結(jié)構(gòu)體系[5]。在宏觀層次上，為專業(yè)學(xué)生的知識能力的培養(yǎng)提供了更加明晰、方便定制的課程體系。

圖1 地理信息科學(xué)專業(yè)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(xué)專業(yè)課程體系的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完成空間分析課程知識劃分與模塊化結(jié)構(gòu)體系重構(gòu)，需解決兩個(gè)基本問題：結(jié)合學(xué)科發(fā)展前沿更新空間分析課程知識內(nèi)容和知識內(nèi)容間內(nèi)在聯(lián)系的重建。

2.1 空間分析課程的內(nèi)容更新

空間分析是基于地理對象的位置和形態(tài)特征的分析和建模的系列技術(shù)，其目的是為獲取和傳輸空間信息，一直以來作為地學(xué)研究的主要技術(shù)工具受到廣泛關(guān)注。綜合其發(fā)展軌跡，可將其歸納為傳統(tǒng)的地圖學(xué)理論與技術(shù)發(fā)展期→空間分析不自覺運(yùn)用期→空間分析理論與技術(shù)形成期→空間分析快速發(fā)展期[8]。主要圍繞空間數(shù)據(jù)的處理、空間位置、空間關(guān)系和空間量測等方面開展[9]。然而，已有空間分析技術(shù)主要是直接從地理事物和現(xiàn)象的位置和空間聯(lián)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(biāo)幾何數(shù)據(jù)的管理和分析[10-12]。隨著物聯(lián)網(wǎng)、Web2.0、3G技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展，使得WWW已經(jīng)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(jù)了很大比重，大量的Web 頁面都直接或間接表達(dá)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(guān)聯(lián)集成，并且在統(tǒng)一的時(shí)空域內(nèi)進(jìn)行空間信息的處理與分析，以發(fā)現(xiàn)、提取、表達(dá)和傳輸?shù)乩砜臻g知識是新時(shí)代空間分析面臨的任務(wù)與挑戰(zhàn)[5]。

相應(yīng)的，空間分析課程教學(xué)內(nèi)容需根據(jù)學(xué)科發(fā)展需求進(jìn)行更新，首先空間分析知識鏈在縱向上的延伸，由傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)采集—空間數(shù)據(jù)處理與建庫—空間幾何分析—空間模式分析拓展為空間數(shù)據(jù)獲取—空間數(shù)據(jù)處理—空間幾何分析—空間模式分析—地理過程分析—地理大數(shù)據(jù)挖掘—空間信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)由空間分析向空間信息服務(wù)轉(zhuǎn)變；其次從空間分析內(nèi)涵上的拓展與豐富，分析對象由傳統(tǒng)的通過對地觀測手段獲取的空間數(shù)據(jù)到當(dāng)前基于泛在傳感網(wǎng)的空間信息感知[15]、空間數(shù)據(jù)處理由傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理向空間大數(shù)據(jù)的空間關(guān)聯(lián)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(zhuǎn)變。

2.2 面向大數(shù)據(jù)時(shí)代空間分析內(nèi)容體系重構(gòu)

針對更新后的空間分析內(nèi)容體系，研究空間分析內(nèi)容之間的邏輯聯(lián)系，重構(gòu)傳統(tǒng)的空間分析知識體系，建立面向多層次、個(gè)性化、拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求的空間分析課程內(nèi)容的模塊化知識結(jié)構(gòu)體系，如圖2所示。

該結(jié)構(gòu)體系首先將空間分析課程知識進(jìn)行了模塊化劃分，建立了空間數(shù)據(jù)感知、空間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)聚合、空間幾何分析、地理分析建模、地理大數(shù)據(jù)分析和泛在位置服務(wù)等結(jié)構(gòu)模塊，明確了知識結(jié)構(gòu)模塊之間的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系；其次將模塊內(nèi)進(jìn)行了知識點(diǎn)的歸納，并且對知識點(diǎn)進(jìn)行了串聯(lián)，形成以知識點(diǎn)為基本劃分單元的知識點(diǎn)邏輯結(jié)構(gòu)體系；教師將這些知識點(diǎn)解構(gòu)到網(wǎng)絡(luò)，按照知識點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化封裝并建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫，學(xué)生根據(jù)個(gè)人知識儲備、興趣愛好去選取相應(yīng)的知識模塊，構(gòu)建個(gè)性化學(xué)習(xí)的知識鏈路，一方面滿足了教學(xué)資源信息化共享的需求，同時(shí)為個(gè)性化地理空間信息專門人才培養(yǎng)提供了條件。該課程知識結(jié)構(gòu)劃分方案已在筆者所在高校地理信息科學(xué)專業(yè)課程教學(xué)進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，在編寫空間分析課程教學(xué)大綱、教案、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)課件中得到應(yīng)用，取得了較好的教學(xué)改革效果。

3 結(jié) 語

信息化社會對個(gè)性化地理信息專門人才的需求和信息化教學(xué)的發(fā)展、特別是MOOC等網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)手段對傳統(tǒng)的大學(xué)教學(xué)組織方式提出了諸多改革需求和挑戰(zhàn)，其中課程知識體系更新與重構(gòu)是其中重要的一環(huán)。本文以地理信息科學(xué)專業(yè)的核心課程空間分析為例，研究了面向大數(shù)據(jù)時(shí)代空間分析課程內(nèi)容的拓展更新及課程知識點(diǎn)劃分與結(jié)構(gòu)化重構(gòu)，從專業(yè)課程體系的層次劃分和課程內(nèi)容體系的模塊化劃分與關(guān)聯(lián)兩個(gè)尺度層次，建立了面向個(gè)性化人才培養(yǎng)和網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)雙重需求的空間分析課程的結(jié)構(gòu)化知識體系，為空間分析課程的網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)奠定了基礎(chǔ)，為地理信息科學(xué)等相關(guān)專業(yè)課程的建設(shè)提供了借鑒。