基于GIS的空間流行病建模仿真實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容設(shè)置探討

張利萍

【摘 要】近年以來，基于GIS的數(shù)據(jù)處理和空間分析技術(shù)被廣泛運(yùn)用于公共衛(wèi)生領(lǐng)域和流行病學(xué)研究，為流行病學(xué)發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用。本文主要探討了醫(yī)學(xué)院校開設(shè)基于GIS的空間流行病建模仿真實(shí)驗(yàn)課程必要性，并從理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩方面探討了開放性實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容設(shè)置。

【關(guān)鍵詞】空間流行病；GIS；開放實(shí)驗(yàn)課

0 引言

地理信息系統(tǒng)，GIS（Geographic Information System）是綜合處理和分析空間數(shù)據(jù)的一種技術(shù)系統(tǒng)，是以空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、管理、操作、分析、模擬和顯示，采用地理模型分析方法適時(shí)提供多種空間和動態(tài)的地理信息為研究和決策服務(wù)而建立起來的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？臻g分析是GIS的核心和靈魂，其目的在于提取和傳輸空間信息，是基于地理對象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)[1]。

人們生產(chǎn)和生活中有80%以上信息和地理空間位置有關(guān)。近年來，空間分析在疾病分布、聚集性與發(fā)病相關(guān)因素分析方面已有廣泛應(yīng)用，通過對疾病的時(shí)空數(shù)據(jù)探索分析，可以幫助人們了解疾病時(shí)空分布特征及其變化規(guī)律[2-3]。早期，GIS主要被應(yīng)用于媒介傳播疾病，如今已被廣泛應(yīng)用于麻風(fēng)病、流行性腦脊髓膜炎、肝炎、結(jié)核病、布魯氏菌病等傳染性疾病的研究上[4-9]。由于同時(shí)具有時(shí)間維度和空間維度的數(shù)據(jù)越來越豐富，將疾病的時(shí)間維度信息納入到空間分析中，建立疾病的時(shí)空模型，已經(jīng)成為空間流行病學(xué)的研究熱點(diǎn)。

空間分析是GIS分析領(lǐng)域中理論性、技術(shù)性和應(yīng)用性很強(qiáng)的分支。為提升醫(yī)學(xué)生掌握空間分析知識并熟練運(yùn)用GIS的能力，我校開設(shè)了面向全校師生基于GIS的空間流行病建模與仿真開放性實(shí)驗(yàn)課，與傳統(tǒng)的空間流行病學(xué)課程相比，開放性實(shí)驗(yàn)課程在課程設(shè)置、課程內(nèi)容和教學(xué)方式存在顯著差異。通過開設(shè)空間流行病學(xué)建模與仿真實(shí)驗(yàn)課程，力求培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生掌握空間分析基本理論和GIS應(yīng)用軟件，并將其運(yùn)用于研究疾病地域分布、空間聚集特點(diǎn)、人群空間分布特點(diǎn)及變化發(fā)展規(guī)律、探索影響特定人群健康狀況的決定因素等方面的能力。

1 空間流行病建模仿真實(shí)驗(yàn)課開設(shè)難點(diǎn)

相比較傳統(tǒng)的空間分析理論課程，空間流行病建模仿真實(shí)驗(yàn)課除講授空間分析基本理論知識，還需結(jié)合實(shí)際流行病學(xué)應(yīng)用講授GIS軟件相關(guān)知識。傳統(tǒng)的空間流行病分析課程開設(shè)過程中往往存在以下問題：

（1）教學(xué)內(nèi)容陳舊

傳統(tǒng)空間分析課程側(cè)重于理論講授，其理論知識需要具備大量高等數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)值計(jì)算、圖論、拓?fù)鋵W(xué)、地圖學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識，而醫(yī)學(xué)生高等數(shù)學(xué)知識相對較少，導(dǎo)致空間分析理論知識過于晦澀難懂，對理論知識學(xué)習(xí)缺乏興趣。

（2）教學(xué)方式落后

傳統(tǒng)的空間分析課程側(cè)重于理論教學(xué)，課程內(nèi)容側(cè)重于理論介紹、公式推導(dǎo)、邏輯推理，而講授方式也多為板書方式，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不夠濃厚，參與課程學(xué)習(xí)的動力不強(qiáng)。

（3）教學(xué)資源缺乏

空間分析課程多安排在教室上，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中很難自己動腦筋，一定程度上束縛了學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。

隨著辦學(xué)條件的改善，許多學(xué)校逐步具備多媒體教學(xué)條件并擁有自己的開放性計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中心可以為有需求的課程服務(wù)。開放性實(shí)驗(yàn)課程除講解經(jīng)典的課程內(nèi)容外，還介紹最新理論及應(yīng)用研究成果，并結(jié)合GIS實(shí)現(xiàn)，講授內(nèi)容將更側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力。

2 空間流行病建模仿真實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容設(shè)置探討

基于GIS的空間流行病建模仿真實(shí)驗(yàn)課程要求學(xué)生不僅要自主學(xué)習(xí)課程理論知識，還要掌握利用計(jì)算機(jī)分析與實(shí)現(xiàn)，在很大程度上提升了學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)的動力和自主學(xué)習(xí)的能力。為此，我們考慮從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面設(shè)置空間流行病建模仿真實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容[1，10]。

（1）空間分析理論（54學(xué)時(shí)）

1）空間分析基本理論：空間關(guān)系理論、空間認(rèn)知理論、空間推理理論、空間數(shù)據(jù)分析的不確定理論等。

2）空間數(shù)據(jù)分析方法：依據(jù)數(shù)據(jù)類型，將空間數(shù)據(jù)分析方法劃分為柵格數(shù)據(jù)的空間分析方法、矢量數(shù)據(jù)的空間分析方法、三維數(shù)據(jù)的空間分析方法以及屬性數(shù)據(jù)的空間統(tǒng)計(jì)分析方法。

3）空間分析在流行病研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

（2）基于GIS的空間數(shù)據(jù)分析與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（72學(xué)時(shí)）

1）GIS的基礎(chǔ)知識：功能簡介、軟件體系、應(yīng)用領(lǐng)域、安裝、窗口、視圖和工具介紹。

2）GIS數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)類型；數(shù)據(jù)獲取方法；坐標(biāo)投影變換；Shape文件與地理數(shù)據(jù)的建立；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)屬性表操作；數(shù)據(jù)編輯；要素處理；柵格處理工具；矢量與柵格相互轉(zhuǎn)換。

3）GIS數(shù)據(jù)建模：模型構(gòu)建器；數(shù)據(jù)建模。

4）GIS空間分析：矢量數(shù)據(jù)空間分析工具；TIN 與 Terrain；柵格數(shù)據(jù)空間分析工具；分析比較。

5）制圖表達(dá)：符號化；地圖注記；制圖表達(dá)；制圖綜合；數(shù)據(jù)驅(qū)動面；制圖與輸出。

6）三維可視化表達(dá)與分析：三維數(shù)據(jù)的生成；三維可視化表達(dá)；三維動畫制作。

7）案例選講：基于GIS的案例分析與空間流行病數(shù)據(jù)分析實(shí)例選講。

3 結(jié)語

開放性實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)，使得空間流行病課程教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式都發(fā)生了巨大的變革。新的教學(xué)模式下，理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的主動性。合理選擇并不斷更新適合醫(yī)學(xué)生的理論教學(xué)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將是我們不斷探索和完善的方向。

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