基于“空间可视化”思路的信息技术在经管类实验教学中的应用——以地理信息系统（GIS）技术在《公共经济学》教学中应用为例
时间：2023-03-02 13:30:07 来源：千叶帆 本文已影响人
卢盛峰（武汉大学 经济与管理学院，湖北 武汉 430072）
陈思霞（中南财经政法大学 财政税务学院，湖北 武汉 430074）
经济与管理类专业实验教学中普遍存在实验教学依附于理论课程、对学生积极性缺乏调动，以及实验教学效果有待提升等问题，将地理信息系统（GIS）的“空间可视化”优势引入将能够极大地提升经管类实验教学的教学质量。进行经管类专业实验教学能满足经济社会发展对人才的客观要求、推动教学改革的深入发展、促进经济管理类专业现代化建设。但是在经管类专业实验教学中存在若干需要改进的问题，面对这些问题，地理信息系统在空间数据采集、空间可视化呈现以及辅助经济决策等方面都具有独特的技术优势；
而与此同时，这些方面恰恰是经济管理类实验教学中可以加以使用的地方。
事实上，国内已经有一些学者讨论了将地理信息系统（GIS）引入和应用于中国现实经济问题教学讨论和研究。孔云峰和林珲（1999）的研究强调，地理信息系统“提供了认识空间现象的思维方式和解决空间问题的方法，可用于定义、分析、表现复杂的空间经济现象”，与此同时，该研究基于中国广东省的案例讨论了GIS在商业和区域经济分析中的应用。史嵘和肖龙阶（2006）则基于地理信息系统分析技术，研究和测度了江苏省不同地级市之间的经济发展差异。关颖等（2014）则将GIS技术引入到区域经济的研究中，揭示区域经济空间差异的变化，并将结果可视化表达。与此同时，空间计量经济学也是地理信息系统大量使用的一大经济学分支领域。陈斐和杜道生（2002）针对中国县域经济发展的空间关联状况进行了深入研究；
而段建峰和雷怀英（2011）基于中国山西省的县域统计数据，研究和关注了地区间经济的空间聚集效应。此外，地理信息系统分析技术也被引用于创新创业教育（卿凤等，2018）、青少年身体活动时空特征（高家尧和陈培友，2016）以及税收空间活动经济分析（郭嘉仪，2016）等研究中。
近些年来，伴随着时空大数据的大量涌现以及空间分析技术的不断发展，地理信息系统在空间经济分析中的运用也日益广泛，并充分体现在经济学的各个分支学科方面。但是需要特别指出的是，既有的专门讨论将地理信息系统技术运用于经济学，特别是具体经济学分支学科的研究更多偏重于理论探讨，而在具体的应用场景和实验实例方面依然缺乏足够充分的讨论。在本文的研究中，我们将以作者所在学校地理信息系统（GIS）在《公共经济学》教学中的应用为例，从“空间可视化”的角度对经管类实验教学模式进行优化设计。
截至目前，地理信息系统(GIS)技术更多应用于自然科学等相关研究领域；
但是实际上在经济学研究中，诸如公共设施的选址、政府与微观经济主体的空间互动关联、人口空间分布及迁移等主体都是潜在的地理信息系统进行空间可视化呈现的潜在应用场景。而在《公共经济学》的实验实践教学中，诸如政府财政支出及税收收入的空间地区分布，政府公共项目或公共设施的区位选择问题，这些都能够基于地理信息系统的画图功能，通过“空间可视化”的方式直观地进行呈现。下面将具体以公共政策评估中的新建公共设施区位选择为例，对“空间可视化”实验教学改革思路进行设计分析。
首先，从经济理论出发，引导学生主动分析影响公共设施选址的各种因素。具体而言，侧重从诸如人口空间分布状况的公共设施需求端，以及诸如城市土地规划及地形地貌特征等公共设施的供给端多方面提炼和分析各类潜在变量。这部分的基础逻辑来源于公共经济学理论和经济学直觉，因此实验教学的改革设计也不能抛开理论，甚至来讲它是理论的更进一步理解和分析。显然不论是公共设施的需求端，还是供给端都会影响到区域内设施的建设状况及区位选择决策。
其次，基于各项既有公共设施的空间分布状况，提炼和处理成空间矢量数据；
分析处理人口分布的点状空间数据并产生人口分布密度图，并在专题地图上将政府的土地规划使用情况转化为栅格图。这部分构成“空间可视化”数据准备的基础环节。结合GIS软件，分别将诸如公共设施、空间人口分布以及城市土地类型等点状数据转化成栅格数据，从而为后续图形叠加分析提供数据基础。
最后，将供给—需求端各项影响公共设施选址因素的栅格图层进行叠加，在此基础上，从多维度对公共设施空间选址进行综合权衡比较，最终在专题图上优化布局具体位置。通过差别化颜色标记不同区位的人口分布、土地供给状况等空间尺度特征，综合权衡兼顾供给端和需求侧的最优公共设施选址标的。这一部分的图层分析及选址决策是“空间可视化”呈现和辅助决策的核心内容，同时也是整个空间选址决策的最终实现。
上述这种结合经济理论探讨、参与式实验过程呈现，并带有空间分析技术处理过程的实践教学过程，能够充分调动学生主动参与的热情和积极性，同时在实践实验中更深刻地理解和掌握相关理论知识。因此，就地理信息系统分析技术和《公共经济学》实验实践教学的内容上来讲，其具备相互融合和互相促进的可行性。
从上面的分析中不难看出，基于“空间可视化”思路的实验教学设计，不仅将有利于加深学生对于相关理论知识的理解掌握，同时也将有利于辅助公共决策。因此，在《公共经济学》课程教学过程中运用地理分析系统分析技术在提高学生空间经济分析和动手能力的同时，提高课堂教学质量从而更好地完成人才培养目标。具体到公共经济学课程教学来讲，新的实验实践教学理念的引入能够通过以下三种潜在的方式促进课程教学质量的提升。
（一）提高学生的参与兴趣和主动学习的能动性
由于将地理信息系统分析技术引入《公共经济学》实验教学，极大地拓展了讲授内容的“可视化”程度，并大幅度地增加了学生自主参与理论知识拓展学习的状况，因此将提升学生知识点掌握的牢固程度，最终将学生的被动接受式学习模式转变为主动参与式学习模式，增强了学生的获得感，提升了教学质量。通过情景化模拟和参与式学习活动，以及课后的相关案例巩固练习，提高课程教学质量。
（二）督促和强化专业师资队伍建设
教师是课堂教学的组织者和主导者，其教学能力也将直接影响到课堂组织情况及课堂教学质量。而如果要将地理信息系统分析技术引入到公共经济学课程教学中，则要求任课老师在课前不仅储备坚实的经济学理论知识，同时也要在空间数据分析技术方面形成一定的知识储备。因此，这一实验实践教学改革也将强化师资队伍建设和提高教师的教学能力，进而从教师这一授课方来提高课堂质量。在本课程的教学改革过程中，课程任课老师团队通过进一步强化地理信息系统相关基础理论知识掌握及制图、空间可视化等软件操作，在进一步提升课程授课团队教学能力的同时，有效地保障着课程教学质量的提升。
（三）完善课程教学体系、更新教学模式
在上述课程实验实践教学模式下，公共经济学课程教学体系将在传统的更侧重于理论性财政税收、政府预算、公共选择理论、政府间财政关系等主干内容的同时，同步拓展地理信息系统技术在公共经济学各种公共决策中的场景应用。此外，可以通过课程开发出来的案例来强化课后的知识巩固过程。与此同时，要求进一步完善课程教学模式，减少传统主要依赖任课教师主讲的方式，通过增加学生参与式实验实践以及学生小组学习和课堂集体展示和讨论的方式来丰富课堂教学方式，提高教学效果。
（一）课程改革实践效果反馈
自任课老师在《公共经济学》课程中应用地理信息系统技术开展教学改革实践以来，先后教授了三届本科大三学生。这些学生已经系统学习了《宏观经济学》《微观经济学》《计量经济学》以及《统计学》等相关核心课程，并具备着一定编程学习基础。三个课程班级的学生人数均保持在50人左右，从学生反馈情况来看，整个课程改革实践效果良好，并取得了一定的预期效果。
第一，课堂参与度方面，相对于引入“空间可视化”实验教学思路之前，学生主动参与积极性明显增强，课堂学习氛围也有大幅度提升。学期末的课程评价结果显示，平均而言，接近92%的学生反映，课堂教学内容具有吸引力、富有启发性；
同时超过90%的学生建议进一步增加学生操作和参与式学习的程度。
第二，学习效果方面，不论是平时成绩考察、期末卷面考试，还是小组学习和实验报告作业，大多数学生都取得了非常优异的成绩。特别是在与“空间可视化”相关知识点的理解掌握方面，掌握程度尤其突出。三年平均而言，卷面考试成绩90分以上比例超过30%，而80分以上学生比例接近90%；
在实验操作和报告方面，接近90%的学生都能够较好地结合实验目标和实验步骤，结合地理信息系统技术实施实验过程，并结合“空间可视化”美观地呈现实验结果。与此同时，在课下的辅助案例学习中，大部分学生都能够较好地完成团队协作学习和实践操作过程，效果良好。
第三，学习满意度方面，超过95%的学生对整个课程内容及难易程度表示满意，并认可了整个课程开设的必要性和重要性。与此同时，授课老师也多次因为课堂教学效果优异而荣获学院教学质量学生评教前十名教师称号。此外，整个实验教学课程改革也受到了来自学院领导及广大学生的高度评价和认可。
（二）课程改革实验设计未来优化展望
本课程改革主要以公共经济学实验教学中的地理信息系统的引入为例，探讨“空间可视化”思路在经管类专业课程实验实践教学中的应用问题，对诸多非经管类专业课程，比如公共管理、城市规划等相关课程的教学改革实践也具有参考和借鉴意义。为了进一步提升课程的教学质量，课程改革实验依然存在以下方面值得继续优化。
首先，实验教学课程的规范化流程管理。在现有的教学计划安排下，适当增加实验教学课时，并通过学生更多参与的互动实验方式激发学生的主动学习兴趣。在帮助学生掌握基本理论知识的同时，增强学生基于GIS软件建设空间数据库、绘制专业空间地图，并进一步用于辅助政府公共政策决策过程的实践能力。
其次，基于本课程开发实践教学场景应用案例，并推广共享到其他课程应用中。除了学校安排的相关的地理信息系统操作相关的实践操作课程以外，通过课下实践案例的小组学习和呈现等方式进一步巩固学习成果。与此同时，进一步挖掘地理信息系统技术在公共经济学公共决策中的应用场景，并将本课程相关的大量实践场景进行标准化和案例化，并最终推广和应用于其他相关经济与管理类课程的实践教学中。
本文以地理信息系统(GIS)技术在《公共经济学》教学中应用为例，研究了基于“空间可视化”思路的信息技术在经管类实验教学中的应用，具体讨论了“空间可视化”思路下的实验教学改革设计、实验教学改革作用机理等相关内容。与此同时，本研究还结合课程教学改革中的课程改革实践效果反馈进行了课程总结，并对未来课程改革的优化设计进行了展望。综合而言，整个课程改革较好地完成了预期目标，并取得了一定积极的成效和学生反馈。
在今后的实验教学改革实践中，继续深入挖掘《公共经济学》中相关章节内容场景的标准化和案例化建设，并积极将它融入其他相关课程和领域的教学实践中是可以继续深化研究的重要方向。
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