賈燕 江暢 李文梅 苗立志

摘要：文章闡述大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下我國(guó)高校信息類專業(yè)空間統(tǒng)計(jì)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，如何結(jié)合當(dāng)前流行且有效的多種教學(xué)手段開(kāi)展新型混合教學(xué)模式改革，介紹新型混合式教學(xué)改革的方法與案例，探討大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)等專業(yè)課程教學(xué)的影響，以期為進(jìn)一步完善該課程的教學(xué)和推廣工作提供一定的理論基礎(chǔ)和科學(xué)參考。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)時(shí)代;信息類專業(yè);教學(xué)改革;空間統(tǒng)計(jì)學(xué);信息科學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2022）13-00-03

統(tǒng)計(jì)學(xué)是一門運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)與概率論原理及方法，結(jié)合應(yīng)用實(shí)際研究數(shù)字資料并整理、推斷與分析的學(xué)科[1]。統(tǒng)計(jì)、分析具有空間分布特征的數(shù)據(jù)的方法被稱為空間統(tǒng)計(jì)學(xué)[2]。空間統(tǒng)計(jì)學(xué)從70年代興起[2]，它反映了國(guó)內(nèi)外氣候?qū)W、地理學(xué)、社會(huì)學(xué)、人類學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)這一方法的研究與應(yīng)用。美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)提交的政府工作報(bào)告曾列舉了27個(gè)未來(lái)發(fā)展的重要科學(xué)研究方向，其中第17項(xiàng)就是空間統(tǒng)計(jì)學(xué)[1]?？臻g統(tǒng)計(jì)學(xué)在信息科學(xué)乃至人文地理、城鄉(xiāng)規(guī)劃等專業(yè)的本科和研究生人才培養(yǎng)中都具有較為重要的地位，其探索人文現(xiàn)象或自然規(guī)律的空間結(jié)構(gòu)與空間變異，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。

隨著電子信息類專業(yè)的發(fā)展，空間統(tǒng)計(jì)學(xué)迅速普及。特別是在信息爆炸的大數(shù)據(jù)時(shí)代，計(jì)算機(jī)在統(tǒng)計(jì)學(xué)中的應(yīng)用更加促進(jìn)了多種變量分析方法在信息研究中的應(yīng)用，空間統(tǒng)計(jì)學(xué)為通信、地理信息等學(xué)科的發(fā)展提供了十分重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持[3]。雖然空間統(tǒng)計(jì)學(xué)可簡(jiǎn)單理解為在空間數(shù)據(jù)上的應(yīng)用，但作為一門發(fā)展較快的綜合性交叉學(xué)科，它有自己的科學(xué)理論體系，是一種非常緊密的、面向多個(gè)學(xué)科的交叉融合，而非簡(jiǎn)單理論知識(shí)的疊加或堆砌。因此，如何結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)背景及專業(yè)方向，圍繞培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)大綱，充分結(jié)合知識(shí)模塊，優(yōu)化課程的教學(xué)方式及內(nèi)容，特別是借用不同教學(xué)平臺(tái)和技術(shù)，優(yōu)化調(diào)整教學(xué)方式，進(jìn)而培養(yǎng)跨信息學(xué)、地理學(xué)和數(shù)理學(xué)等交叉學(xué)科的具有大科學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)和素養(yǎng)的復(fù)合型人才是非常緊迫的問(wèn)題。

1 空間統(tǒng)計(jì)教學(xué)的目的和改革思路

在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，空間統(tǒng)計(jì)教學(xué)的目的和要求也有所變化?？臻g統(tǒng)計(jì)課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生能夠正確、深刻地理解空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本思維，掌握空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本原理和方法，同時(shí)具備使用編程語(yǔ)言進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)分析的基本動(dòng)手實(shí)踐能力，能夠應(yīng)用空間統(tǒng)計(jì)學(xué)定量研究空間地理信息，以解決空間問(wèn)題。因此，空間統(tǒng)計(jì)混合式教學(xué)改革需要結(jié)合時(shí)代背景和資源配置，因地制宜地展開(kāi)，針對(duì)本專業(yè)的歷史發(fā)展、學(xué)生和授課教師的專業(yè)背景以及教學(xué)對(duì)象基礎(chǔ)理論儲(chǔ)備差異等情況，采取最適宜、最有效的改革模式[4-6]。

改革可以從以下幾個(gè)方面著手。一是教學(xué)中存在的問(wèn)題。利用調(diào)查問(wèn)卷及文獻(xiàn)調(diào)查等方法，從多個(gè)方面，特別是基于前期教學(xué)研究基礎(chǔ)，分析當(dāng)前教學(xué)中存在的問(wèn)題和成因。二是分析多種教學(xué)手段特點(diǎn)。充分結(jié)合當(dāng)前教學(xué)存在的問(wèn)題及知識(shí)模塊，有目的地選擇幾種常見(jiàn)的教學(xué)手段，分析其特點(diǎn)及教學(xué)中的應(yīng)用情況。三是混合應(yīng)用多種教學(xué)手段。結(jié)合教學(xué)大綱及課程內(nèi)容，特別是基于知識(shí)模塊，采取多種教學(xué)手段，開(kāi)展多元化混合式教學(xué)。

其中，教學(xué)手段包含以下幾種。一是微課：以視頻為主要載體，對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)（重點(diǎn)、難點(diǎn)和疑點(diǎn)等）展開(kāi)的精彩教學(xué)活動(dòng)。二是翻轉(zhuǎn)課堂：將翻轉(zhuǎn)課堂的理念應(yīng)用到教學(xué)中，助力學(xué)生的個(gè)性化教育發(fā)展。三是以問(wèn)題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)方法（Problem-Based Learning method，PBL）：選擇開(kāi)展以PBL為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)方法，設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)案例，把學(xué)生作為教學(xué)的主體，從而提高學(xué)生的思維創(chuàng)造能力和綜合素質(zhì)[7-9]。與此同時(shí)，綜合空間統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)大綱及知識(shí)模塊，結(jié)合學(xué)生專業(yè)背景及就業(yè)去向，按照不同模塊的特點(diǎn)，有效采取上述多種教學(xué)手段，有目的地開(kāi)展多元化、多手段、多層面教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，提升課堂學(xué)習(xí)效果。

2 基于“智能PBL”的空間統(tǒng)計(jì)教學(xué)案例分析

空間統(tǒng)計(jì)學(xué)教改的具體實(shí)施內(nèi)容主要是圍繞當(dāng)前空間統(tǒng)計(jì)學(xué)中存在的問(wèn)題展開(kāi)，充分借用多種教學(xué)手段，探索新型混合式教學(xué)。首先是綜合前期研究基礎(chǔ)，特別是教學(xué)過(guò)程中接觸、了解到的實(shí)際問(wèn)題，系統(tǒng)分析并匯總當(dāng)前教學(xué)中存在的問(wèn)題，主要從以下幾個(gè)方面開(kāi)展：一是結(jié)合當(dāng)前地理信息科學(xué)專業(yè)本身的學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)科背景，特別是學(xué)科發(fā)展情況;二是結(jié)合當(dāng)前地理信息專業(yè)教師隊(duì)伍的組成及研究背景，以及教學(xué)科研情況;三是基于空間統(tǒng)計(jì)學(xué)中的教學(xué)大綱及知識(shí)模塊特點(diǎn)，充分考慮理論和實(shí)踐課的教學(xué)特點(diǎn)，以選擇最佳教學(xué)手段;四是充分結(jié)合本專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)背景及就業(yè)去向特點(diǎn)，從學(xué)生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)方面著手，調(diào)整教學(xué)模塊及教學(xué)手段。

綜上所述，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。一是現(xiàn)代科技的快速發(fā)展引起了分析方法和理論的變革，傳統(tǒng)空間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析方法備受挑戰(zhàn)。同時(shí)，得益于計(jì)算機(jī)性能和相關(guān)算法的不斷提升，空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的發(fā)展邁向了時(shí)空大數(shù)據(jù)時(shí)代[1-3]。二是地理信息科學(xué)教師隊(duì)伍的組成和研究背景多樣，其中具有數(shù)理專業(yè)背景的授課教師較少。三是學(xué)生就業(yè)去向普遍是一些通信、地理信息、圖像搜索、智能語(yǔ)義等與智能大數(shù)據(jù)相關(guān)的公司。因此，除了結(jié)合目前一些廣泛應(yīng)用的教學(xué)手段，包括如微課、翻轉(zhuǎn)課堂等多元化教學(xué)和學(xué)習(xí)之外，還要把最新的、前沿的一些智能科技手段融入傳統(tǒng)授課方式中，讓現(xiàn)代技術(shù)點(diǎn)亮傳統(tǒng)課堂，其相互融合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)可激發(fā)并進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的主人翁意識(shí)和態(tài)度。

采用PBL學(xué)習(xí)方法并融入空間統(tǒng)計(jì)學(xué)授課中，除了較少學(xué)時(shí)的基本理論教學(xué)，其他相關(guān)內(nèi)容均可通過(guò)PBL方法學(xué)習(xí)，激發(fā)同學(xué)們利用空間統(tǒng)計(jì)學(xué)工具解決實(shí)際應(yīng)用中各種問(wèn)題的興趣。其中，需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題也是教學(xué)難題，即問(wèn)題和案例的設(shè)計(jì)。如何根據(jù)整個(gè)空間統(tǒng)計(jì)學(xué)課程的基本知識(shí)模塊，基于交叉學(xué)科的特點(diǎn)、地理信息類的專業(yè)背景設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膯?wèn)題和案例，讓學(xué)生基于案例探究問(wèn)題并解決問(wèn)題，是教學(xué)改革模式探索中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

結(jié)合當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展前沿，融入智能化技術(shù)元素，提出“智能PBL”教改方式，即是采用最先進(jìn)的智能化技術(shù)算法來(lái)分析和集成知識(shí)子模塊的理論知識(shí)，形成基于知識(shí)圖譜的智能語(yǔ)義問(wèn)題案例庫(kù)[10]。其中，知識(shí)圖譜的構(gòu)建基于單元知識(shí)模塊中的重點(diǎn)和難點(diǎn)等知識(shí)點(diǎn)提煉關(guān)鍵詞，并以此為中心形成單元模塊化的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而串聯(lián)空間統(tǒng)計(jì)學(xué)整個(gè)知識(shí)體系。除此之外，智能問(wèn)題庫(kù)可實(shí)現(xiàn)智能對(duì)話的功能，根據(jù)提問(wèn)對(duì)象提出的關(guān)鍵詞，自動(dòng)搜索匹配相關(guān)的問(wèn)題與答案。在理論、實(shí)踐教學(xué)中，以學(xué)習(xí)小組為單位，就文獻(xiàn)匯報(bào)及智能PBL問(wèn)題庫(kù)展開(kāi)學(xué)習(xí)和交流，進(jìn)而以理論學(xué)習(xí)推動(dòng)實(shí)踐操作，再通過(guò)實(shí)踐操作激發(fā)實(shí)際應(yīng)用能力，層層遞進(jìn)，全面推進(jìn)對(duì)空間統(tǒng)計(jì)交叉知識(shí)體系的學(xué)習(xí)[11]。

3 混合式教改模式特點(diǎn)和建議

基于混合模式的空間統(tǒng)計(jì)學(xué)改革集中體現(xiàn)了從多角度運(yùn)用各種教學(xué)方式和資源來(lái)講授空間統(tǒng)計(jì)理論，并解釋空間數(shù)據(jù)特點(diǎn)和探索空間規(guī)律。混合教學(xué)實(shí)踐具有一定的難度和深度，并結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)方法，才能使學(xué)生提高自身運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并切實(shí)提高教學(xué)效果，其中需要注意下面幾點(diǎn)。

3.1 以專業(yè)特色為導(dǎo)向，結(jié)合學(xué)科背景和就業(yè)方向優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式

結(jié)合學(xué)生們不同程度的知識(shí)儲(chǔ)備，相應(yīng)地調(diào)整和補(bǔ)充數(shù)理統(tǒng)計(jì)方面的理論知識(shí)，有助于促進(jìn)學(xué)生理解該門課程的知識(shí)，提高認(rèn)知和系統(tǒng)把握學(xué)科發(fā)展方向的能力。不僅限于此，還針對(duì)不同的就業(yè)方向和學(xué)生的興趣需求調(diào)整教學(xué)方案和內(nèi)容，以滿足同學(xué)們對(duì)實(shí)際應(yīng)用的需要，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.2 身份互換，使學(xué)生成為課堂的主角

為了使學(xué)生增強(qiáng)主角意識(shí)并提供一個(gè)良性競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境。教師可充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，開(kāi)設(shè)網(wǎng)上學(xué)習(xí)課程，讓學(xué)生互相監(jiān)督。同時(shí)，教師與學(xué)生們要積極互動(dòng)，交流課程的學(xué)習(xí)心得，共享教育資源。

3.3 與時(shí)俱進(jìn)的考核方式

考慮到空間統(tǒng)計(jì)學(xué)特有的理論與實(shí)踐性較強(qiáng)的特點(diǎn)，考核方式不應(yīng)僅設(shè)定為傳統(tǒng)的閉卷考試，可結(jié)合總結(jié)匯報(bào)的開(kāi)放式考查和上機(jī)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)小組總結(jié)匯報(bào)的形式檢驗(yàn)學(xué)生們對(duì)空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的概念和理論知識(shí)的掌握程度，特別是對(duì)學(xué)科前沿的了解程度。通過(guò)上機(jī)實(shí)驗(yàn)考試，則可把握學(xué)生們的綜合分析能力和運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3.4 知識(shí)模塊的劃分和相應(yīng)教學(xué)手段的選擇

結(jié)合當(dāng)前教學(xué)中存在的問(wèn)題，緊扣教學(xué)大綱和知識(shí)模塊進(jìn)行分類。充分結(jié)合當(dāng)前空間統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)模塊，基于所涉及內(nèi)容劃分，如純理論模塊、“理論+實(shí)踐”模塊、純實(shí)踐模塊等。特別針對(duì)純理論模塊中偏向不同背景的模塊，如數(shù)學(xué)模塊、統(tǒng)計(jì)模塊、計(jì)算機(jī)模塊和地理信息模塊等，選擇不同的教學(xué)手段，從而達(dá)到最佳的教學(xué)效果。同時(shí)，充分增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.5 多手段開(kāi)展教學(xué)

雖然是一門基礎(chǔ)學(xué)科，但是基于交叉學(xué)科的特點(diǎn)，特別是多個(gè)較為分散但又有緊密聯(lián)系的知識(shí)模塊，是可以利用多種教學(xué)手段授課的。比如翻轉(zhuǎn)課堂、微課、PBL等，特別是文章中應(yīng)用的“智能PBL”教學(xué)模式，可以有效提高學(xué)生的課堂主觀能動(dòng)性和參與度。課下的文獻(xiàn)資料查閱和匯總為更深入地理解授課知識(shí)點(diǎn)提供了有利的途徑，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力及效果。

3.6 教學(xué)和科研齊頭并進(jìn)

目前空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的師資力量較為薄弱，電子信息相關(guān)專業(yè)的授課教師較少有數(shù)理統(tǒng)計(jì)專業(yè)背景。因此，鼓勵(lì)專任教師從事與空間統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)的科學(xué)研究，真真正正把理論研究運(yùn)用到實(shí)際中，從科研中獲取新鮮營(yíng)養(yǎng)再反哺于教學(xué)。只有這樣，專業(yè)任課教師才能準(zhǔn)確把握統(tǒng)計(jì)學(xué)發(fā)展的前沿理論知識(shí)和動(dòng)態(tài)，將知識(shí)帶入課堂，提高教育教學(xué)質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)時(shí)代，特別是海量的時(shí)空地理大數(shù)據(jù)給傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，同時(shí)也形成對(duì)通信、計(jì)算機(jī)、地理信息和統(tǒng)計(jì)學(xué)等交叉領(lǐng)域中富有經(jīng)驗(yàn)的高層次人才的需求。大數(shù)據(jù)時(shí)代，空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的重要性不言而喻。文章分析空間統(tǒng)計(jì)學(xué)課程在信息類專業(yè)中的混合教學(xué)模式改革方法，通過(guò)結(jié)合教學(xué)大綱及內(nèi)容，特別是圍繞不同知識(shí)模塊應(yīng)用，并基于當(dāng)前教學(xué)中存在的問(wèn)題和不同教學(xué)手段特點(diǎn)，結(jié)合前沿科學(xué)技術(shù)，開(kāi)展新型混合式教學(xué)，如“智能PBL”教學(xué)法。通過(guò)空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠在理解空間統(tǒng)計(jì)基本方法與原理的基礎(chǔ)上，掌握空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析方法，空間數(shù)據(jù)規(guī)律的挖掘和探索思路，使學(xué)生具有空間信息定量研究的基本能力，并運(yùn)用到實(shí)際中。同時(shí)，要求學(xué)生具有采用編程語(yǔ)言解決地理要素總體估計(jì)與空間分布預(yù)測(cè)問(wèn)題的能力。作為一門典型的交叉學(xué)科，空間統(tǒng)計(jì)學(xué)融入了多學(xué)科的知識(shí)和思維，可以用多種教學(xué)手段開(kāi)展教學(xué)，從而提高教學(xué)效果。該課程教育改革的模式和思路也可以用于其他類似的交叉學(xué)科。

未來(lái)須進(jìn)一步結(jié)合教學(xué)大綱及知識(shí)子模塊，進(jìn)一步在課堂中應(yīng)用多種教學(xué)模式?；谡n程知識(shí)模塊，圍繞電子信息等專業(yè)的特色設(shè)計(jì)問(wèn)答和案例，提高和發(fā)揮智能在信息類專業(yè)課堂教學(xué)中的作用，讓學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)并匯報(bào)，深入理解知識(shí)模塊及不同知識(shí)背景的聯(lián)系，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量和效果，為培養(yǎng)跨信息科學(xué)、地理科學(xué)、數(shù)理學(xué)等交叉學(xué)科的具有大科學(xué)基本理論知識(shí)和綜合素養(yǎng)的復(fù)合型人才打下基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：賈燕（1986—），女，河南鄭州人，博士，講師，研究方向：電子信息理論與應(yīng)用。

江暢（1978—），女，四川德陽(yáng)人，博士，副教授，研究方向：地理信息系統(tǒng)與應(yīng)用。

李文梅（1984—），女，山東聊城人，博士，副教授，研究方向：地理信息系統(tǒng)與應(yīng)用。

苗立志（1981—），男，山東臨沂人，博士，副教授，系本文通訊作者，研究方向：地理空間人工智能。