教育教学论坛---《空间分析》课程改革探讨
发布时间:2017-11-07 16:32 来源:未知 点击:
《空间分析》课程改革探讨
段金龙，周颜，李卫东，张学海
（河南工业大学信息科学与工程学院，河南郑州 450001）
摘 要：空间分析是地理信息系统的核心与灵魂，在GIS类相关专业的本科教学工作中该门课程十分重要。本文对《空间分析》课程的教学方法和教学手段进行了深入探讨，并对其课程教学方法改革提出了几点建议。
关键词：地理信息系统；空间分析；教学改革
一、引言
空间分析是地学研究领域的重要内容，是地理信息系统（GIS）的核心与灵魂，是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息，空间分析的根本目标是建立有效的空间数据模型来表达地理实体的时空特性，发展面向应用的时空分析模拟方法，以数字方式动态地、全局地描述地理实体和地理现象的空间分布关系，从而反映地理实体的内在规律和变化趋势，GIS空间分析是对GIS空间数据的一种增值操作。随着3S技术在各行各业中的跨越式发展，空间分析理论研究及应用研究的重要作用愈发凸显，地理信息科学、空间信息与数字技术、遥感科学与技术、土地资源管理等多个本科专业的教学工作中，均要求培养学生具有一定的空间数据分析处理能力。河南工业大学是由河南省人民政府和国家粮食局共建，入选中西部高校基础能力建设工程、卓越工程师教育培养计划、卓越农林人才教育培养计划、2011计划，河南工业大学信息科学与工程学院空间信息与数字技术本科专业自2012年开始招生，专业综合利用地理空间信息、人工智能、计算机等学科的理论与技术，培养具有扎实数字行业/区域/城市、空间信息技术等领域的专业知识，掌握空间信息获取、数字表达和应用等方面的关键技术和研究方法，能从事数字地球、数字城市等领域的科学研究、技术开发、工程应用、信息服务和管理等工作的厚基础、宽口径、高素质、强能力的高级专门人才。本文基于本校2016届空间信息与数字技术专业毕业生的就业去向数据，结合本专业课程设置的实际情况，对《空间分析》课程的教学方法和教学手段进行分析，提出若干教学改革建议，以期探索适合本专业实际情况的教学改革道路。
二、《空间分析》课程教学目的与基本内容
2016年本校空间信息与数字技术专业共毕业本科学生58人，其中应届成功考取硕士研究生8人，40人办理报到手续，所签公司包括北京超图软件股份有限公司、上海华测导航技术股份有限公司、郑州市联睿电子科技有限公司等本专业相关的国内知名公司，剩余部分同学复习考研。学生工作单位和深造院校均对本届毕业生的实践动手能力和理论知识掌握水平做出较高评价。《空间分析》是本专业必修专业课程，共36课时，采取闭卷考试方法进行期末考核，通过该课程的学习，从空间分析的理论、方法和应用三个方面分别介绍空间分析的相关内容，在此基础上提高学生对GIS本质的了解，并使学生深入理解GIS与相关学科、相关技术的内在关系，开拓学生的视野，逐步培养学生向更深层次和更广范围探索、研究的能力。参考武汉大学、郑州大学等国内知名高校的本科教学培养方案，课程选用武汉大学秦昆教授主编的《GIS空间分析理论与方法（第二版）》作为核心教材，该教材从空间分析的理论、方法和应用三个方面分别介绍空间分析的相关内容，主要包括GIS空间分析的基本理论及数据模型，栅格数据、矢量数据和三维数据的空间分析方法，空间分析统计方法及应用等。
三、《空间分析》课程教学改革思路
基于《GIS空间分析理论与方法（第二版）》教材框架，结合自身十余年学习与科研工作实践基础，笔者在3年多的教学实践工作中产生了若干针对《空间分析》课程的教学改革思路。
1.优化教学内容。以教材内容为核心基础，将第4章栅格数据的空间分析方法、第5章矢量数据的空间分析方法、第6章三维数据的空间分析方法、第7章空间数据的统计分析方法作为本课程核心讲授内容。由于本专业其他课程教学中（例如《空间信息与数字技术导论》、《GIS原理与技术》等）也有涉及上述章节内容的讲授安排，因此在本课程教学实践中，需要对这些章节的核心内容及各个章节间的区别与联系进行更深入分析与描述。
2.改革教学方法。《空间分析》课程内容本身具有突出的理论性及抽象性，如果单纯基于教材进行课程知识讲授，将会凸显此类理论性课程的枯燥性，不利于学生对课程中的各类知识进行综合性吸收与理解。在实际教学过程中，笔者将教材各章节中的核心知识点与社会热点问题、实践应用范例及个人科研研究工作经历等内容相结合，采用案例教学方法，将各知识点在实践应用中的体现方式进行深入剖析，在教学工作中增加了大量图片、动画等多媒体教学内容，同时，案例教学方法也充分调动了学生的自主学习兴趣，便于学生与教师、学生与学生之间进行良好互动。例如，在矢量数据空间分析中，以常用的路径分析为例，通过手机导航软件的使用，使学生明白最短路径的基本概念；在三维数据空间分析中，通过图片及虚拟城市动画片段的播放使学生深入了解三维地形模型、三维可视化等内容，并以期增加学生对该部分内容的兴趣；在空间数据统计分析及空间决策支持讲授环节，以个人科研历史工作为例，基于图片、表格等数据支持，将郑州市过去若干年的土地利用变化特征进行综合分析，明确本课程若干核心知识点的实践意义。空间信息与数字技术专业涉及遥感、测量等多个学科知识的学习，在该专业实践工作中，经常涉及数据分析、专题图制作、三维建模等研究内容，教师应充分利用多媒体教学方法，转换传统的教学方式。
3.实验教学辅助。以笔者所在学校专业课程设置为例，目前《空间分析》课程设置为36课时。除教材核心内容教授外，《空间分析》课程内容中凸显的理论性及抽象性特点必须增加大量的工程实践内容进行辅助补充，以期大幅提高学生对该门课程内容的理解程度。上述工程实践内容除任课教师在课堂教学中通过多媒体教学手段呈现外，更需学生主体亲自进行相关内容的专题实验。在课程设置中，本专业教研室经过慎重考虑，将《空间分析》课程设置为较短的36课时，同时将其定位为纯理论课，无实验教学环节，在学期末增加《空间信息应用实践》纯实验课程，54课时，使用教材为南京师范大学汤国安教授等编著的《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程（第二版）》。以上课程设置方式主要基于以下考虑：《空间分析》课程内容理论性及抽象性较强且至少需要36课时才能基本完成教材核心内容的讲授，如将其设置为54课时的纯理论课，长时间枯燥的理论学习会大幅降低学生学习的主观能动性；如将其设置为36课时理论课+18课时实验课，需要将实验课分散入每周的理论教学内容后，实验内容虽能对该周的纯理论教学内容进行及时补充，但实验课程过于分散，单个实验的深度及广度均有所欠缺；《空间分析》课程的专业难度较高，宜设置在大三的第一学期，大三时期学生的专业必修和选修课较多，不宜设置超过54课时的课程；《空间信息应用实践》所用教材内容基于本专业核心专业软件之一ArcGIS，该教材实验内容与《空间分析》各章节内容均能找到对应关系，连续两周的纯实验课程利于教师进行综合性实验及课程设计工作安排，课程实验中穿插了对矢量、栅格、三维等多类数据的综合处理、分析与应用，实验设置紧贴工程实际，专业性及趣味性极强。在已完成的3年《空间分析》课程教学工作中，该1+1课程教学方式（36课时理论课+54课时实验课）取得了3届学生的一致认可，《空间信息应用实践》课程对《空间分析》课程进行了良好补充，两门课程的交叉学习使学生对“空间分析”这一地学领域的重要内容有了完整和深入的了解，教学与实验内容大幅提高了学生的实践动手能力，对学生的本科毕业设计环节和后续就业环节起到了积极作用。
《空间分析》是空间信息与数字技术等GIS相关本科专业的核心课程，在学生的理论知识学习及实践动手能力培养中具有重要地位。针对该门课程的特点及专业人才培养目标，对教学方法和内容进行了适当的改进和优化，寻找出一条适宜本专业学生学习发展的理想教学方式，达到学以致用的教学效果，为相关课程的教学与改革提供了良好建议。
参考文献
[1]秦昆.GIS空间分析理论与方法(第二版)[M].武汉:武汉大学出版社,2010.
[2]刘湘南,黄方,王平.GIS空间分析原理与方法(第二版)[M].北京:科学出版社,2008.
[3]许浩.风景园林专业空间信息技术教学初探[J].教育教学论坛,2015,(4):213-215.
Discussion on the Course Reform of 'Spatial Analysis'
DUAN Jin-long,ZHOU Yan,LI Wei-dong,ZHANG Xue-hai
(College of Information Science and Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou Henan 450001,China)
Abstract:Spatial analysis is the core and soul of geographic information system(GIS),and it is very important in the undergraduate teaching of GIS related fields.This paper makes a deep discussion on the teaching methods of"spatial analysis"course,and proposes some suggestions on the reform of curriculum teaching methods.
Key words:Geographic information system;Spatial analysis;Teaching reform
段金龙，周颜，李卫东，张学海
（河南工业大学信息科学与工程学院，河南郑州 450001）
摘 要：空间分析是地理信息系统的核心与灵魂，在GIS类相关专业的本科教学工作中该门课程十分重要。本文对《空间分析》课程的教学方法和教学手段进行了深入探讨，并对其课程教学方法改革提出了几点建议。
关键词：地理信息系统；空间分析；教学改革
一、引言
空间分析是地学研究领域的重要内容，是地理信息系统（GIS）的核心与灵魂，是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息，空间分析的根本目标是建立有效的空间数据模型来表达地理实体的时空特性，发展面向应用的时空分析模拟方法，以数字方式动态地、全局地描述地理实体和地理现象的空间分布关系，从而反映地理实体的内在规律和变化趋势，GIS空间分析是对GIS空间数据的一种增值操作。随着3S技术在各行各业中的跨越式发展，空间分析理论研究及应用研究的重要作用愈发凸显，地理信息科学、空间信息与数字技术、遥感科学与技术、土地资源管理等多个本科专业的教学工作中，均要求培养学生具有一定的空间数据分析处理能力。河南工业大学是由河南省人民政府和国家粮食局共建，入选中西部高校基础能力建设工程、卓越工程师教育培养计划、卓越农林人才教育培养计划、2011计划，河南工业大学信息科学与工程学院空间信息与数字技术本科专业自2012年开始招生，专业综合利用地理空间信息、人工智能、计算机等学科的理论与技术，培养具有扎实数字行业/区域/城市、空间信息技术等领域的专业知识，掌握空间信息获取、数字表达和应用等方面的关键技术和研究方法，能从事数字地球、数字城市等领域的科学研究、技术开发、工程应用、信息服务和管理等工作的厚基础、宽口径、高素质、强能力的高级专门人才。本文基于本校2016届空间信息与数字技术专业毕业生的就业去向数据，结合本专业课程设置的实际情况，对《空间分析》课程的教学方法和教学手段进行分析，提出若干教学改革建议，以期探索适合本专业实际情况的教学改革道路。
二、《空间分析》课程教学目的与基本内容
2016年本校空间信息与数字技术专业共毕业本科学生58人，其中应届成功考取硕士研究生8人，40人办理报到手续，所签公司包括北京超图软件股份有限公司、上海华测导航技术股份有限公司、郑州市联睿电子科技有限公司等本专业相关的国内知名公司，剩余部分同学复习考研。学生工作单位和深造院校均对本届毕业生的实践动手能力和理论知识掌握水平做出较高评价。《空间分析》是本专业必修专业课程，共36课时，采取闭卷考试方法进行期末考核，通过该课程的学习，从空间分析的理论、方法和应用三个方面分别介绍空间分析的相关内容，在此基础上提高学生对GIS本质的了解，并使学生深入理解GIS与相关学科、相关技术的内在关系，开拓学生的视野，逐步培养学生向更深层次和更广范围探索、研究的能力。参考武汉大学、郑州大学等国内知名高校的本科教学培养方案，课程选用武汉大学秦昆教授主编的《GIS空间分析理论与方法（第二版）》作为核心教材，该教材从空间分析的理论、方法和应用三个方面分别介绍空间分析的相关内容，主要包括GIS空间分析的基本理论及数据模型，栅格数据、矢量数据和三维数据的空间分析方法，空间分析统计方法及应用等。
三、《空间分析》课程教学改革思路
基于《GIS空间分析理论与方法（第二版）》教材框架，结合自身十余年学习与科研工作实践基础，笔者在3年多的教学实践工作中产生了若干针对《空间分析》课程的教学改革思路。
1.优化教学内容。以教材内容为核心基础，将第4章栅格数据的空间分析方法、第5章矢量数据的空间分析方法、第6章三维数据的空间分析方法、第7章空间数据的统计分析方法作为本课程核心讲授内容。由于本专业其他课程教学中（例如《空间信息与数字技术导论》、《GIS原理与技术》等）也有涉及上述章节内容的讲授安排，因此在本课程教学实践中，需要对这些章节的核心内容及各个章节间的区别与联系进行更深入分析与描述。
2.改革教学方法。《空间分析》课程内容本身具有突出的理论性及抽象性，如果单纯基于教材进行课程知识讲授，将会凸显此类理论性课程的枯燥性，不利于学生对课程中的各类知识进行综合性吸收与理解。在实际教学过程中，笔者将教材各章节中的核心知识点与社会热点问题、实践应用范例及个人科研研究工作经历等内容相结合，采用案例教学方法，将各知识点在实践应用中的体现方式进行深入剖析，在教学工作中增加了大量图片、动画等多媒体教学内容，同时，案例教学方法也充分调动了学生的自主学习兴趣，便于学生与教师、学生与学生之间进行良好互动。例如，在矢量数据空间分析中，以常用的路径分析为例，通过手机导航软件的使用，使学生明白最短路径的基本概念；在三维数据空间分析中，通过图片及虚拟城市动画片段的播放使学生深入了解三维地形模型、三维可视化等内容，并以期增加学生对该部分内容的兴趣；在空间数据统计分析及空间决策支持讲授环节，以个人科研历史工作为例，基于图片、表格等数据支持，将郑州市过去若干年的土地利用变化特征进行综合分析，明确本课程若干核心知识点的实践意义。空间信息与数字技术专业涉及遥感、测量等多个学科知识的学习，在该专业实践工作中，经常涉及数据分析、专题图制作、三维建模等研究内容，教师应充分利用多媒体教学方法，转换传统的教学方式。
3.实验教学辅助。以笔者所在学校专业课程设置为例，目前《空间分析》课程设置为36课时。除教材核心内容教授外，《空间分析》课程内容中凸显的理论性及抽象性特点必须增加大量的工程实践内容进行辅助补充，以期大幅提高学生对该门课程内容的理解程度。上述工程实践内容除任课教师在课堂教学中通过多媒体教学手段呈现外，更需学生主体亲自进行相关内容的专题实验。在课程设置中，本专业教研室经过慎重考虑，将《空间分析》课程设置为较短的36课时，同时将其定位为纯理论课，无实验教学环节，在学期末增加《空间信息应用实践》纯实验课程，54课时，使用教材为南京师范大学汤国安教授等编著的《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程（第二版）》。以上课程设置方式主要基于以下考虑：《空间分析》课程内容理论性及抽象性较强且至少需要36课时才能基本完成教材核心内容的讲授，如将其设置为54课时的纯理论课，长时间枯燥的理论学习会大幅降低学生学习的主观能动性；如将其设置为36课时理论课+18课时实验课，需要将实验课分散入每周的理论教学内容后，实验内容虽能对该周的纯理论教学内容进行及时补充，但实验课程过于分散，单个实验的深度及广度均有所欠缺；《空间分析》课程的专业难度较高，宜设置在大三的第一学期，大三时期学生的专业必修和选修课较多，不宜设置超过54课时的课程；《空间信息应用实践》所用教材内容基于本专业核心专业软件之一ArcGIS，该教材实验内容与《空间分析》各章节内容均能找到对应关系，连续两周的纯实验课程利于教师进行综合性实验及课程设计工作安排，课程实验中穿插了对矢量、栅格、三维等多类数据的综合处理、分析与应用，实验设置紧贴工程实际，专业性及趣味性极强。在已完成的3年《空间分析》课程教学工作中，该1+1课程教学方式（36课时理论课+54课时实验课）取得了3届学生的一致认可，《空间信息应用实践》课程对《空间分析》课程进行了良好补充，两门课程的交叉学习使学生对“空间分析”这一地学领域的重要内容有了完整和深入的了解，教学与实验内容大幅提高了学生的实践动手能力，对学生的本科毕业设计环节和后续就业环节起到了积极作用。
《空间分析》是空间信息与数字技术等GIS相关本科专业的核心课程，在学生的理论知识学习及实践动手能力培养中具有重要地位。针对该门课程的特点及专业人才培养目标，对教学方法和内容进行了适当的改进和优化，寻找出一条适宜本专业学生学习发展的理想教学方式，达到学以致用的教学效果，为相关课程的教学与改革提供了良好建议。
参考文献
[1]秦昆.GIS空间分析理论与方法(第二版)[M].武汉:武汉大学出版社,2010.
[2]刘湘南,黄方,王平.GIS空间分析原理与方法(第二版)[M].北京:科学出版社,2008.
[3]许浩.风景园林专业空间信息技术教学初探[J].教育教学论坛,2015,(4):213-215.
Discussion on the Course Reform of 'Spatial Analysis'
DUAN Jin-long,ZHOU Yan,LI Wei-dong,ZHANG Xue-hai
(College of Information Science and Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou Henan 450001,China)
Abstract:Spatial analysis is the core and soul of geographic information system(GIS),and it is very important in the undergraduate teaching of GIS related fields.This paper makes a deep discussion on the teaching methods of"spatial analysis"course,and proposes some suggestions on the reform of curriculum teaching methods.
Key words:Geographic information system;Spatial analysis;Teaching reform
