测绘学科《空间统计与地学分析》课程设置探讨

赵 羲，庞小平,，李艳红，张 翔

（1.武汉大学 中国南极测绘研究中心，湖北 武汉 430079；2. 武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079）

我国许多开设测绘科学与技术学科的高校都认识到了空间分析的重要性，建设了空间统计、地形分析、地学分析、地统计学、计算机图形学、空间数据库、地理信息科学等与空间分析相关的课程，培养学生空间数据分析、软件使用等科研和业务能力[1-6]。本文从探讨《空间统计与地学分析》的教学目的出发，论述了我校此课程的教学内容、教学方法和考核形式，为测绘科学与技术学科的教学管理和课程建设提供参考。

1 教学目的

我校针对测绘科学与技术的各二级学科研究生开设的专业必修课《空间统计与地学分析》，是对本科阶段《空间分析》课程的延伸，以空间统计为主要内容，结合部分与空间统计有关的地学分析进行理论知识介绍和应用案例的讲解。课程设置的目标是培养研究生基本的科研能力，帮助学生掌握空间数据的定量统计分析算法、空间相关性、空间自相关等规律的探索、空间数据的插值与统计建模等数据处理的方法，解决地理、环境、经济、生态等相关领域的问题。因此该课程的理论性、技术性和实用性都很强，要求学生能够掌握基础统计、空间统计等基本理论，空间分析、地学分析中的常用算法，并且能够针对具体案例，综合利用多种统计方法和软件来解决空间问题。

2 教学内容

《空间统计与地学分析》是空间分析课程系列的高级课程，根据课程的教学目的和目标，其教学内容体系包括基础理论、方法与技术、应用实践3个层次。基础理论部分的教学内容主要是概率论与统计学的相关理论知识，对该部分内容的讲授，应该考虑到研究生在本科阶段不同的学科背景和他们对统计知识的掌握程度，由浅入深地引导其学习、回顾和总结，帮助学生由数学基本知识的学习逐渐过渡到空间统计与地学分析的方法学习中。对于方法与技术的部分，主要介绍有关空间点、线、面以及地统计的经典分析方法和模型。对最前沿的空间统计方法，由于理论难度较大且课堂时间有限，可以安排一两次讲座形式的课程进行概况性的介绍，为感兴趣的学生提供深入学习的线索。最后，应用实践部分也是这门课程的主要部分，主要是在基础理论和技术方法学习的基础上，结合实际案例，在问题场景中帮助学生更深刻地理解知识、掌握知识及灵活应用知识。另一方面，也能够让学生熟悉空间分析和统计学的软件操作，培养学生的科研动手能力。具体的教学内容体系见表1。

表1 空间统计与地学分析课程教学内容

3 教学方法

3.1 多种类型的教材配合

结合《空间统计与地学分析》课程的教学内容，我们在选择教材时需要兼顾基础理论、方法与技术、应用实践这3个方面的内容。 Wong等主编的《Statistical Analysis of Geographic Information: with ArcView GIS and ArcGIS》于2005年出版，2008年被张学良翻译成中文《ArcView GIS 与 ArcGIS 地理信息统计分析》[7]，是国际国内很多空间统计课程的基础教材。此书的章节安排与我们课程内容的前半部分编排思路相似，先介绍经典统计学的基础知识，再以点、线、面为章节划分空间统计的理论与方法，并且在每个章节中还附有详细的案列分析。书中对基础知识的讲解非常通俗易懂，尤其适合空间统计的初学者由浅入深地学习理论，由简到难地掌握技术应用。美中不足的是此书的软件实践是针对ArcView的操作，目前已经被ArcGIS取代。因此我们推荐汤国安和杨昕主编的《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程（第2版）》[8]，该书主要围绕ArcGIS软件的各种空间分析功能，进行概括的理论基础介绍，详细的操作示范，丰富的地学案例分析。这两本书作为课程教材配合使用，基本可以涵盖课程设置的教学内容，难度适中，也适合作为学生自学的入门参考书。

上机实习的教学实践课主要是针对空间描述统计、点模式分析、空间自相关、空间内插等重要知识点的软件操作设置课时。实习数据选取了《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程（第2版）》一书中的部分空间数据，方便学生参考教材中的相关内容进行ArcGIS软件操作。除了ArcGIS软件外，我们还在课堂上介绍了经典统计软件SPSS，R和空间统计软件GeoDa，GWR等，演示了部分统计方法的软件操作步骤，以便学生了解更多常用的空间统计和地学分析软件，在教学实践课和课程考核时灵活选择。

3.2 灵活多变的课堂教学

针对授课对象的知识水平和测绘学科背景，在课堂和课外教学环节，我们采用了多媒体教学的方式，广泛利用网络视频、网络课程、期刊等媒介，丰富课堂授课和课外学习的形式。例如，在第三章经典统计学的常规教学内容完成之后，我们给学生播放了Hans Rosling教授在《TED》上题为《The best stats you’ve ever seen》的精彩报告，引起学生对大数据分析、时空数据挖掘问题的强烈兴趣，不仅巩固了课堂知识，还活跃了课堂气氛，达到快乐学习的目的。除了教材中简单的应用案例之外，我们还从地理、交通、人口、环境等空间统计应用领域的国际期刊上找了大量的相关文献，在理论方法的教学内容后安排了应用案例的专题讲座，集中对这些发表在SCI期刊上的高质量文章的内容和空间统计方法进行讲解，让研究生掌握提出问题、分析问题、解决问题、总结问题的研究思路。此外，对于课外教学，由于上课学生对统计基础知识的掌握程度良莠不齐，我们特别推荐了coursera网络上的相关课程，例如台湾大学叶丙成的《概率论》，杜克大学的《数据分析与统计推断》，学生可以在课外时间通过视频学习，还有很多国外网站提供了免费的统计学电子书和互动平台，帮助他们轻松地补充自己的基础知识。总之，通过多种渠道获取多元化信息，不仅可以满足不同知识层次的研究生学习需求，也可以开阔眼界，帮助他们寻找专业应用领域空间分析问题的解决技巧，适应对研究生的培养目标。

3.3 不同优势的考核形式

除了随堂小测验之外，对于课程期末考核，我们尝试使用实验报告的形式，并且采用了2种实验类型进行对比。一种是规定了具体实验内容，提出具体要回答的问题，并规定解决问题需要的实验方法，学生自由选择软件，完成实验，并撰写报告给出答案。第二种方式是只为学生提供数据，让学生自由挖掘数据信息，选定实验问题，再根据问题寻找解决方法和答案，实验报告按照标准论文的形式完成。这两种考核方式各有优缺点，前者更加具体，老师可以通过设置具体问题，有针对性地考察学生某些方面的知识点，学生的自由度比较小，但可以通过实习有效巩固重点内容；后者更加灵活，调动了学生的主动性和创造性，可以培养学生独立分析问题和解决应对的能力。我们对不同年级的学生进行对比，发现第一种考核形式更适合低年级硕士研究生，而第二种形式更适合高年级硕士研究生和博士生，并且可以非常有效地评估学生对知识点的运用程度和基本科研素质。2种考核形式各有优势，需要结合具体的教学对象和考察目标来设置考核内容。

[1]周卫. GIS专业的测绘科学技术需求与教学[J]. 现代测绘,2005, 28(1):43-45

[2]徐亚明，花向红，王佩军. 测绘工程理论教学体系模式与质量控制探讨[J]. 东北测绘，2000, 23(4):44-46

[3]孔云峰，秦耀辰，乔家君，等. 高校地理学科空间分析课程设置研究[J]. 测绘科学，2007, 23(3):186-189

[4]李光强，刘庆元，邓敏，等. 论测绘工程专业《空间分析》课程的教学改革[J]. 矿山测量, 2009(3):87-89

[5]魏义长，赵东保，李小根，等.地统计学在地理信息系统教学中的地位与作用[J]. 测绘与空间地理信息, 2011, 34(3):1-4

[6]赵东保，李小根. 加强测量误差理论教学的探讨[J]. 地理空间信息, 2011, 9(3):180-182

[7]戴维·黄，杰·李. ArcView GIS 与 ArcGIS 地理信息统计分析[M]. 北京: 中国财政经济出版社, 2008

[8]汤国安，杨昕. ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程[M].北京:科学出版社, 2012