大數(shù)據(jù)背景下城市地理學(xué)課程互動式教學(xué)改革探索

余卓芮　劉鈺　沈國強(qiáng)　靳滿

摘? 要：以教師單方面講授為主的教學(xué)模式，導(dǎo)致師生缺乏交流、學(xué)生學(xué)習(xí)被動、課堂氣氛沉悶等問題出現(xiàn)。為提升教學(xué)效果，該文對大數(shù)據(jù)背景下城市地理學(xué)課程的互動式教學(xué)改革進(jìn)行研究。在互動式教學(xué)中，由教師先行設(shè)定教學(xué)內(nèi)容的場景，再由學(xué)生進(jìn)行自主探索，通過探索過程中師生的密切互動來引導(dǎo)學(xué)生完成教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。以廣東省土地城市化為教學(xué)案例，提出面向分析方法、變量關(guān)系、空間分異的多種互動模式。教學(xué)實踐表明，互動式教學(xué)提升學(xué)生的主體地位、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使其對授課內(nèi)容的理解更為深入，從而有效地提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；互動式教學(xué)；城市地理學(xué)；教學(xué)改革；廣東省

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）14-0148-04

Abstract： The unilateral teaching mode dominated by teachers has led to problems such as lack of communication between teachers and students， passive learning among students， and dull classroom atmosphere. To improve teaching effectiveness， this article explored the interactive teaching reform of Urban Geography. In interactive teaching， the teacher sets the scene for the teaching content first， and then students explore independently. Through close interaction between teachers and students during the exploration process， students are guided to complete the learning of the teaching content. Taking the land urbanization of Guangdong province as a teaching case in the era of big data， multiple interactive approaches based on analysis methods， variable relationships， and spatial heterogeneities were proposed. Teaching practice has shown that interactive teaching enhances students' active role position， stimulates their learning enthusiasm， and deepens their understanding of teaching content， thereby effectively improving teaching quality.

Keywords： big data; interactive teaching; urban geography; teaching reform; Guangdong province

城市地理學(xué)是城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)的核心課程之一，其中既包括理論性較強(qiáng)的城市發(fā)展規(guī)律，也有面向應(yīng)用的城市政策分析，而且課程內(nèi)容更新快、知識體系復(fù)雜，因此講授難度較大。而在現(xiàn)有的教學(xué)實踐中，大多采用教師單方面講授的教學(xué)模式，使得城市地理學(xué)教學(xué)難以達(dá)到理想的效果，出現(xiàn)了一系列問題。從教師的角度來看，由于缺乏與學(xué)生的溝通、也很少得到學(xué)生的反饋，導(dǎo)致授課內(nèi)容和教學(xué)方法的設(shè)計存在盲目性。從學(xué)生的角度看，只是被動地接受講解，缺乏主動探索的環(huán)節(jié)，導(dǎo)致其對教學(xué)內(nèi)容缺乏興趣、學(xué)習(xí)積極性不足。綜合來看，以教師單方面講授為主的教學(xué)模式，由于缺乏教師和學(xué)生之間的有效互動，導(dǎo)致課堂氣氛沉悶、教學(xué)效果差，亟需引入新的模式來提升教學(xué)質(zhì)量。

互動式教學(xué)是一種以學(xué)生為主體，使其在教師引導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)，以師生之間密切交流和溝通為主要形式的新型教學(xué)模式[1-2]。在互動式教學(xué)中，教師主要承擔(dān)激發(fā)學(xué)習(xí)動力和輔助探索過程的角色；在確定合理的教學(xué)目標(biāo)、設(shè)定學(xué)生自主探索場景的基礎(chǔ)上，通過實例分析和政策討論等多種形式引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)。在教師降低自身存在感的同時，學(xué)生逐步走上前臺，在收集資料、案例分析、分享成果等方面擔(dān)當(dāng)主角，從消極被動轉(zhuǎn)為積極主動地學(xué)習(xí)[3]。此外，互動式教學(xué)還有助于打破師生地位不對等的傳統(tǒng)教學(xué)方式，營造平等溝通、互相尊重的師生關(guān)系，為學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)提供良好的氛圍[4]?？梢?，將互動式教學(xué)模式引入教學(xué)，加強(qiáng)師生交流，提高學(xué)生在課堂中的主體地位，激發(fā)其學(xué)習(xí)積極性，是解決城市地理學(xué)教學(xué)中“教”與“學(xué)”分隔問題的重要途徑。

伴隨互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星遙感技術(shù)的加速進(jìn)步，大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)到來。大數(shù)據(jù)由于其規(guī)模龐大、來源多樣、更新速度快等特征而備受關(guān)注[5]，也為推行互動式教學(xué)提供了契機(jī)。在大數(shù)據(jù)的收集整合、模型構(gòu)建、案例分析等環(huán)節(jié)都需要教師和學(xué)生之間進(jìn)行密切的溝通，從而為互動式教學(xué)的開展提供了充足的空間。依托大數(shù)據(jù)，已有教師在人力資源等本科專業(yè)進(jìn)行了互動式教學(xué)的研究[6]，但是對城市地理學(xué)的互動式教學(xué)研究還很鮮見。本文擬依托遙感大數(shù)據(jù)，以廣東省土地城市化為案例，對城市地理學(xué)的互動式教學(xué)改革進(jìn)行探索。

一? 大數(shù)據(jù)背景下互動式教學(xué)的主要模式

如前所述，在互動式教學(xué)中由教師先行設(shè)定教學(xué)內(nèi)容的場景，再由學(xué)生進(jìn)行自主探索，通過探索過程中師生的密切互動來輔助和引導(dǎo)學(xué)生完成教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。在互動過程中，既能提高學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的興趣和學(xué)習(xí)的積極性，也能推動學(xué)生對理論知識的掌握和動手能力的提高，還可使其深化對授課內(nèi)容的理解。大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、來源多樣、屬性豐富的特征。依托大數(shù)據(jù)，教師能夠設(shè)定多種模式的教學(xué)場景來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，其中具有代表性的互動模式包括如下幾種。

（一）? 面向分析方法的互動

相對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)在規(guī)模上要大得多，很難通過簡單地羅列或個體分析來描述其特征。因此學(xué)界主要采用能夠刻畫大量數(shù)據(jù)整體特征的統(tǒng)計學(xué)方法來進(jìn)行分析。統(tǒng)計學(xué)方法一般分為描述性統(tǒng)計和推斷性統(tǒng)計兩個類別[1]。其中，描述性統(tǒng)計采用最小值、均值、中位數(shù)和最大值等代表性的統(tǒng)計量來揭示數(shù)據(jù)的整體特征；推斷性統(tǒng)計基于概率論來對數(shù)據(jù)特征進(jìn)行判斷，例如，兩組數(shù)據(jù)是否存在顯著差異?？梢?，在大數(shù)據(jù)分析中，有多種統(tǒng)計量和統(tǒng)計方法可供選擇。在學(xué)生自主探索的過程中，教師可以通過與學(xué)生的溝通來輔助學(xué)生選用適合的分析方法，從而實現(xiàn)互動式教學(xué)。

（二）? 面向變量關(guān)系的互動

大數(shù)據(jù)來源眾多，物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星遙感、智慧城市運(yùn)營都能生成海量數(shù)據(jù)。由于來源多樣，大數(shù)據(jù)中往往包含了眾多變量。對這些變量之間關(guān)系的分析，成為大數(shù)據(jù)分析的重要內(nèi)容。其中，最為常見的方法是相關(guān)性分析，代表性指標(biāo)為皮爾遜相關(guān)系數(shù)。除了定量測度變量間相關(guān)程度的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，還有以可視化形式展現(xiàn)變量間關(guān)系的散點(diǎn)圖。通過散點(diǎn)圖，可以直觀地識別變量之間是正相關(guān)還是負(fù)相關(guān)、評估相關(guān)程度的高低，以及辨識變量之間是線性還是非線性關(guān)聯(lián)?？梢?，在大數(shù)據(jù)分析中，有多種方式進(jìn)行變量間關(guān)系的探索。在學(xué)生自主探索的過程中，教師可以通過與學(xué)生的交流來引導(dǎo)學(xué)生選用合適方式來揭示眾多變量之間的關(guān)聯(lián)特征，從而實現(xiàn)互動式教學(xué)。

（三）? 面向空間分異的互動

由于規(guī)模大、來源多，大數(shù)據(jù)具有屬性豐富的特征，從而能夠在更精細(xì)的粒度上展開分析。以人口數(shù)據(jù)為例，相對于單薄的人口總量數(shù)據(jù)，結(jié)合性別、年齡、戶籍等屬性信息，可以揭示不同人群的分異特征，從而獲得更為精細(xì)的分析結(jié)果?？臻g分異是城市地理學(xué)的核心內(nèi)容，是指在不同的空間區(qū)位上，分析對象的特征和演化規(guī)律都存在明顯差異。例如，鄉(xiāng)村與城市在人口規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等方面都存在明顯差異。隨著測繪和遙感技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)承載了豐富的空間屬性信息，從而能夠支持高精度的空間分異分析。在學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程中，教師可以指導(dǎo)學(xué)生對比不同地域城市的特征和發(fā)展規(guī)律以揭示其空間分異格局，從而實現(xiàn)互動式教學(xué)。

二? 依托大數(shù)據(jù)的互動式教學(xué)案例

依托大數(shù)據(jù)，分別以分析方法、變量關(guān)系、空間分異為中心，可采用不同模式開展城市地理學(xué)的互動式教學(xué)?，F(xiàn)以廣東省土地城市化的機(jī)制分析為案例，對上述三種代表性的互動模式進(jìn)行介紹。由于統(tǒng)計年鑒中沒有提供縣級尺度的廣東省城市用地數(shù)據(jù)，我們基于遙感大數(shù)據(jù)提取了城市用地范圍[7-8]，計算了廣東省124個縣級行政單元（包括縣、縣級市及市轄區(qū)）的土地城市化率[9]，并在此基礎(chǔ)上開展了互動式教學(xué)的探索。

（一）? 面向分析方法的互動式教學(xué)案例

在我國現(xiàn)行的土地管理制度下，城市用地指標(biāo)是按照行政層級分配的，因此城市的行政等級越高，其用地規(guī)模也相應(yīng)越大[10]。為講授行政層級對土地城市化的影響，首先由教師設(shè)定教學(xué)場景：將廣東省124個縣級行政單元分為2組，其中市轄區(qū)67個、縣和縣級市57個，通過2個分組土地城市化率的對比來揭示行政層級對城市用地開發(fā)水平的影響。其次，以分析方法為抓手，由學(xué)生對土地城市化數(shù)據(jù)開展自主探索分析，教師以互動交流的形式對學(xué)生的自主探索進(jìn)行引導(dǎo)。

在準(zhǔn)備階段，由教師介紹各類分析方法的特點(diǎn)，再由學(xué)生選用分析方法并確定其應(yīng)用順序。在本案例中，學(xué)生決定先使用直觀的描述性統(tǒng)計，再使用抽象的推斷性統(tǒng)計。首先，學(xué)生獲得描述性統(tǒng)計結(jié)果后，通過與教師溝通來對結(jié)果進(jìn)行解讀。圖1（a）的箱線圖在數(shù)據(jù)分布點(diǎn)位的背景上標(biāo)識了兩個行政層級城市的土地城市化率的平均值、最大（?。┲档刃畔ⅰD1（a）中顯示，市轄區(qū)的土地城市化率的平均值為50.8%，遠(yuǎn)高于縣和縣級市的11.6%；從最大值來看，市轄區(qū)為99.9%，比縣和縣級市的最大值39.4%高出了60.5%；從最小值來看，市轄區(qū)、縣和縣級市分別為8.52%和3.33%，兩者僅相差5.19%?；谏鲜鼋Y(jié)果，學(xué)生發(fā)現(xiàn)在土地城市化率上市轄區(qū)明顯高于縣和縣級市，而且頭部城市的差異尤為凸顯。其次，對推斷性統(tǒng)計進(jìn)行分析，先由教師介紹計算方法，再由學(xué)生完成計算和結(jié)果解讀。圖1（b）的箱線圖在標(biāo)識中位數(shù)之外，還以豁口的形式標(biāo)識了中位數(shù)的95%置信區(qū)間。由圖1所示，市轄區(qū)、縣和縣級市土地城市化率中位數(shù)的95%置信區(qū)間分別為40.47%～56.41%和7.55%～11.11%，兩者置信區(qū)間之間存在較大間隔，說明兩個分組中位數(shù)相等的概率極低。學(xué)生據(jù)此判斷，市轄區(qū)、縣和縣級市的土地城市化率之間在統(tǒng)計學(xué)意義上存在顯著差異。

可見，在面向分析方法的互動教學(xué)中，由教師輔助學(xué)生進(jìn)行分析方法的選擇和分析結(jié)果的解讀，學(xué)生在自主探索中揭示了市轄區(qū)、縣和縣級市在土地城市化上的顯著差異，以及兩者的差異突出體現(xiàn)在頭部城市。相對于教師單方面灌輸行政層級對城市土地開發(fā)的影響機(jī)制，互動式教學(xué)可使學(xué)生更為具體地理解不同行政層級城市之間在土地城市化上的巨大差異及其細(xì)節(jié)特征，從而深化了學(xué)生對授課內(nèi)容的理解。

（二）? 面向變量關(guān)系的互動式教學(xué)案例

在計劃經(jīng)濟(jì)時期，發(fā)展要素都由政府調(diào)配，導(dǎo)致其不能自由流動。隨著市場化改革的推進(jìn)，發(fā)展要素才得以自由流動，并在聚集效應(yīng)的推動下，開始向城市集中，從而極大地推動了城市發(fā)展及用地的擴(kuò)張[11]。為系統(tǒng)講授市場化要素對土地城市化的影響，首先由教師設(shè)定教學(xué)場景：從多種來源收集廣東省各類市場化要素的數(shù)據(jù)，并與各行政單元的土地城市化率進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。其次，以變量間關(guān)系為核心，由學(xué)生對土地城市化率和各個要素之間的關(guān)系開展自主探索分析，教師通過與學(xué)生互動在變量選擇及結(jié)果解釋上進(jìn)行輔助。

在教學(xué)中，首先由教師介紹變量關(guān)聯(lián)分析的主要方法，并由學(xué)生自主選擇變量進(jìn)行探索分析。以房地產(chǎn)開發(fā)和居民收入為例，學(xué)生可采用皮爾遜系數(shù)和散點(diǎn)圖分析兩者與土地城市化率的關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明居民收入的相關(guān)系數(shù)0.79高于房地產(chǎn)開發(fā)的0.62，而且圖2（a）、2（b）顯示居民收入與土地城市化率的聯(lián)系也更為緊密。可見，相對于房地產(chǎn)開發(fā)，居民收入的提高會更有力地推動城市用地擴(kuò)張。其次，教師還可以通過互動來引導(dǎo)學(xué)生作更深入的分析。例如，在教師的建議下，學(xué)生嘗試分析土地城市化率和農(nóng)業(yè)產(chǎn)值之間的關(guān)系。兩者的皮爾遜相關(guān)系數(shù)僅為-0.38，而且圖2（c）也顯示兩者的關(guān)聯(lián)度較低。經(jīng)由與教師討論后，學(xué)生推斷這是由于農(nóng)產(chǎn)品具有流動性，本地農(nóng)產(chǎn)品可能主要銷往其他城市而不在本地消費(fèi)，所以農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和本地城市發(fā)展之間的關(guān)聯(lián)較低。

可見，在面向變量關(guān)系的互動教學(xué)中，由教師講解變量關(guān)系的分析方法并為變量選擇提供建議，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)識別了推動城市土地開發(fā)的市場化要素，并對其推動效應(yīng)進(jìn)行比較。相對于教師機(jī)械地講授市場化對土地城市化的影響，互動式教學(xué)使學(xué)生認(rèn)識到，并不是所有的市場化要素都可推動城市土地開發(fā)，而且各要素對城市用地的影響程度也存在差異，從而使學(xué)生更為全面地掌握授課知識點(diǎn)。

（三）? 面向空間分異的互動式教學(xué)案例

改革開放以來，隨著我國逐步融入全球化，與海外地區(qū)在人員、資金、商品上的密集交流深刻地影響了土地城市化進(jìn)程[11]。例如，很多地區(qū)依托外資建立了大量開發(fā)區(qū)，極大地推動了城市用地的擴(kuò)張。為講授全球化對土地城市化的影響，首先，由教師設(shè)定教學(xué)場景，以城市到海岸線的距離為代理變量，分析全球化對廣東省土地城市化的影響。其次，以空間分異為中心，由學(xué)生對土地城市化率和城市到海岸線的距離展開自主探索分析，并通過與教師的互動來深入分析兩者關(guān)系的空間分異特征。

在教學(xué)中，首先由教師講解回歸分析的基本原理，并由學(xué)生探索城市到海岸線的距離對土地城市化率的影響。如圖3（a）所示，回歸擬合曲線顯示城市到海岸線的距離的回歸系數(shù)為負(fù)值，即隨著到沿海距離的增長，全球化的滲透逐步減弱，城市土地開發(fā)強(qiáng)度逐步降低。其次，在教師的引導(dǎo)下，由學(xué)生探索上述趨勢在不同地域的差異。例如，可嘗試將廣東省分為沿海地級市和內(nèi)陸地級市兩個地區(qū)，并分別進(jìn)行分析。從土地城市化率來看，沿海地區(qū)城市的均值為42.6%，遠(yuǎn)高于內(nèi)陸地區(qū)的18.2%。從圖3（b）回歸擬合曲線來看，隨著到沿海距離的增加，沿海地區(qū)的土地城市化率下降趨勢要緩慢得多。通過查閱參考文獻(xiàn)，學(xué)生總結(jié)認(rèn)為全球化對廣東省城市土地開發(fā)具有深刻的影響，而且存在明顯空間分異。由于沿海地區(qū)的交通條件較好，可以減緩空間距離增加的影響，從而使得全球化影響在距離的衰減程度上，沿海地區(qū)要低于內(nèi)陸地區(qū)。

可見，在面向空間分異的互動式教學(xué)中，由教師講授回歸分析的原理并為如何劃定空間分區(qū)提供參考意見，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)來探索全球化對城市用地的影響機(jī)制，并對影響機(jī)制的空間分異特征進(jìn)行揭示。相對于教師單方面強(qiáng)調(diào)全球化對土地城市化的重要影響，互動式教學(xué)可使學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)土地城市化率從沿海到內(nèi)陸的明顯降低趨勢，以及不同地域在降低趨勢上的差異，從而使學(xué)生對相關(guān)知識點(diǎn)的理解更為深入。

三? 結(jié)束語

傳統(tǒng)的教師單方面講授的教學(xué)模式，由于缺乏師生之間的溝通交流，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差、課堂氣氛沉悶，成為制約城市地理學(xué)教學(xué)效果提升的突出問題。如何強(qiáng)化師生之間的有效互動，成為城市地理學(xué)教學(xué)改革的重要方向?；邮浇虒W(xué)是近年來新興的教學(xué)模式，在此模式下由教師先行設(shè)定教學(xué)內(nèi)容的場景，再由學(xué)生進(jìn)行自主探索，通過探索過程中師生的密切互動來引導(dǎo)學(xué)生完成教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)[3]。此外，大數(shù)據(jù)時代的到來，也為基于師生互動的學(xué)生主動探索提供了充足的空間：大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)規(guī)模大，可采用多種方法展開分析；大數(shù)據(jù)中的變量眾多，有大量的變量關(guān)系可供探索；大數(shù)據(jù)包含豐富的空間信息，可以支持空間分異分析。本文以廣東省土地城市化為案例，依托遙感大數(shù)據(jù)進(jìn)行了互動式教學(xué)實踐，探索了面向分析方法、變量關(guān)系、空間分異等互動式教學(xué)模式。教學(xué)實踐表明，互動式教學(xué)可以充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，使其對授課內(nèi)容的理解更為全面深入，課堂氛圍也變得更為活躍，從而有效地提升了教學(xué)質(zhì)量。

可見，互動式教學(xué)并不只是傳統(tǒng)意義上的教師提問、學(xué)生回答，而是師生關(guān)系范式的轉(zhuǎn)換[4]。教師的作用由單方面的灌輸教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)為通過互動來輔助學(xué)生探索新知。另一方面，學(xué)生成為教學(xué)的主體，在教師的支持下對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行主動探索，從而提高了學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解也得以深化。作為一種新的教學(xué)形式，互動式教學(xué)不僅適用于城市地理學(xué)教學(xué)，還可以進(jìn)一步推廣到城市經(jīng)濟(jì)學(xué)和經(jīng)濟(jì)地理學(xué)等相關(guān)課程。此外，隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，能夠深入挖掘大數(shù)據(jù)中的信息與規(guī)律，不僅是學(xué)生素質(zhì)提高的表現(xiàn)也是解決現(xiàn)實問題的客觀需求。因此，廣大一線教師應(yīng)積極將大數(shù)據(jù)引入教學(xué)實踐，并采用互動式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生成為適應(yīng)大數(shù)據(jù)時代的新型人才。

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基金項目：國家自然科學(xué)基金“基于多尺度GeoDesign的城鎮(zhèn)建設(shè)用地空間調(diào)控研究”（41401183）；河南大學(xué)本科教學(xué)改革研究與實踐項目“大數(shù)據(jù)背景下基于開源編程語言的《城市地理信息系統(tǒng)》教學(xué)改革研究”（HDXJJG2022-085）

第一作者簡介：余卓芮（1987-），女，漢族，河南商丘人，博士，經(jīng)濟(jì)師。研究方向為城市經(jīng)濟(jì)地理。

*通信作者：沈國強(qiáng)（1962-），男，漢族，北京人，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師。研究方向為城市規(guī)劃。