实验介绍

　　计量经济学课程体现了理论和实践并重的特色，不再简单地区分理论和实验课程，而是需要把虚拟仿真技术深度结合在教学的各个环节中，丰富教学方法和手段。本课程与传统以教师课堂讲授为主的教学方法不同，学生具有更重要的地位。他们不再仅是课堂的聆听者，课程的参与者，而和教师一样重要，是课程的合作创建者。教师授课仍然是课程的基础教学方式。但是教师不再是简单地基于静态讲义来单方面的讲授内容，而是利用基于虚拟仿真技术的动态互动讲义，在知识讲授中充当讲解者、演示者以及引导者这三重角色。

　　学生不仅可以通过动态讲义来实现对于知识点的互动理解，还可以进一步在课堂外进行自主学习。一方面，教师通过在动态讲义中添加具体的虚拟场景，并且嵌入问题和答案，发放给学生；另一方面，学生在任何时间和地点都可以不断地重复对于知识点的挑战，并以通过教师设置的问题为目标进行学习。由于虚拟仿真模拟每次进入都会不同，因此每次学生都面临新的虚拟场景，可以极大避免学生进行重复性试验的枯燥，提升他们对于知识点的理解。

　　此外，学生不仅可以参与实验，还可以自主创建虚拟仿真场景，修订和增补动态讲义，实现与教师共同建设课程。课程教学方法和手段的技术支撑是基于Python的Jupyter计算云平台。它的特色是融合文本、代码和多媒体。这一方面可以培养学生进行计算机编码的能力，特别是Python的学习，更重要是，学生可以通过Python语言自主设计和构建新的虚拟仿真场景，使得其更适用于学生的视角和学习习惯，从而提升他们的学习热情和学习效果。同时，教师也可以基于这种反馈改进教学的方式方法，提升教学质量。

　　本项目坚持“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”的指导思想，在数据共享、可视化、以发掘研究对象的空间交互模式及变化规律为主要内容开展实验。本虚拟仿真实验的知识来源于空间统计和空间计量经济学，具体实验原理如下。

　　（1）认识空间数据、掌握空间数据的特性。通过分析算法，从海量空间数据中研究对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间形成、空间演变等信息。例如，通过交通大数据空间分析软件和三维可视化动态图形，掌握交叉查询、视域分析、叠加分析等空间分析方法，通过逻辑运算、算术运算及计量分析方法，将空间上多个不同含义的要素间的重合点进行分析处理，完成空间数据的复合分析。

　　（2）空间对象相互关联相互影响途径的表征。空间数据是传统数据结构的拓展，用空间数据所表达的空间对象，在传统数据结构的基础上，包括了空间地理信息，形成了数据之间的空间拓扑关系，一般通过空间权重矩阵表达这种关系，然后基于此进行统计和计量分析。尤其是现代经济学的研究过程中对空间权重矩阵作了较大的延伸，使得拓扑分析方法的适用领域得到了较大的拓展，不再仅仅局限于空间邻接关系。掌握空间权重矩阵的构建方法也成为实验的重点。设定空间权重矩阵，需要把空间模式转换为数学的抽象表达，实验项目一方面通过模拟空间网络来说明这种转换，另一方面通过综合的实际虚拟场景来考察学生的这种能力，核心要素仿真度90%。

　　（3）空间交互模式的识别。空间经济学研究表明，经济社会活动在空间上往往是集聚的。因此，与传统数据独立同分布的设定不同，交通等空间数据表现出空间依赖性和空间异质性的特性。通过缓冲区分析、叠置分析、邻域分析、网络分析及空间自相关分析，识别研究对象之间的相互作用与空间模式。在这里理解和判别数据的空间模式是重点，因此通过模拟数据和真实数据的仿真对比来帮助理解，通过构建实时数据的虚拟仿真来加深认知，核心要素仿真度90%。

　　（4）空间关系的检验。在掌握空间模式识别的基础上，构建并理解运用统计量Moran's I指数，判别交通变量是否存在空间依赖性，来进行规范的模式识别，进而通过Moran's I指数在地图上的可视化，模拟真实场景，来预测某个区域交通流量状况，以达成对学生的空间大数据分析实验能力的考察。

（1）城市交通空间数据的生成与图形可视化展示；

（2）多种空间权重矩阵的生成与比较选择；

（3）空间依赖性和空间异质性的计算；

（4）空间分析方法——缓冲区分析、叠置分析、邻域分析、网络分析等；

（5）空间分析结果与地图可视化的结合；

（6）交通流量空间自相关性的检验与预测。
1、支持实验云平台运行的Python空间统计模型程序代码、Jupyter软件等；

2、用于抓取实时交通流量等空间大数据的高德地图开放平台；

3、实验平台使用指南（pdf版）；

4、实验平台在线教学视频；

5、空间统计模型操作使用文档。
按照实验原理与实验目的完成相关实验并整理成实验报告提交。实验报告要求：

　　■有完整的实验步骤；

　　■关键步骤要有截图；

　　■对平台分析的结果要有结合理论与实际的分析，总结出数据背后的模式和规律。

→ 步骤1    背景资料文献调研；
收集《长三角区域一体化发展规划纲要》《长三角“一地六县”产业发展试验区》文献资料，了解长三角县市区地理区位、交通及经济社会发展现状。

→ 步骤2    统计数据收集；
指导学生如何收集、整理和保存相关地理位置及交通流数据。数据集由长三角41个地级市或学生自己感兴趣选中的如长三角“一地六县”县市区构成。

→ 步骤3    空间分析数据使用必要性；
计量经济学的目标是在社会科学里用统计学的方法，基于观测数据得到稳健的因果效应。一般而言，对于横截面的数据，基本的假定是独立同分布。本实验将证明，当这个假定不符合的时候，就应该使用空间分析的框架。

→ 步骤4    基于地图随机抽样空间数据；
选择样本容量，点击提取样本，查看交通流箱图（箱图呈现了总体和样本中基本统计量的比较），根据箱图结果，回答样本是否是总体中的随机抽样的问题。

→ 步骤5    空间地图的可视化；
选择变量，查看可视化地图（请思考随机抽样数据在空间上应该如何分布），选择你觉得是真实变量的那列数据，应用探索性空间数据分析方法，绘制交通流的Moran散点图，进行可视化分析。

→ 步骤6    空间拓扑关系与表达；
选择节点数，选择阈值（节点计算相互距离），为缓冲区分析、叠置分析、邻域分析、网络分析等空间分析打下基础。

→ 步骤7    空间自相关Moran指数计算；
选择交通流变量，基于空间依赖性和空间异质性，计算交通流的Moran's I的局部估计量，绘制并观测可视化地图，从中找到符合HH模式的城市。；

→ 步骤8    空间权重矩阵；
在空间拓扑关系与表达中选择节点数和距离阈值，选择空间权重形式；查看空间权重矩阵表，找到那个错误的值；选择错误值的所在位置。；

→ 步骤9    空间自相关模拟研究；
根据邻近、距离等不同类型的空间权重矩阵，对地区交通流间的空间相关关系进行模拟研究。

→ 步骤10    仿真空间自相关指数演变地图，预测长三角地区县市区交通流发展状况；
仿真空间自相关指数演变地图，预测长三角地区县市区交通流发展状况。
　　依托与百智享科技有限公司合作的教育部产学合作协同育人项目“城市与区域经管数据实验室（云平台）”项目（实验条件和实践基地建设）、“计量经济学‘教产研学融合’案例开发项目”（教学内容和课程体系改革）和“基于Jupyter的计量虚拟仿真实验改革”项目（教学内容和课程体系改革），以及上海市教育委员会本科重点课程立项“计量经济学”和华东理工大学深化教育教学改革重点项目“应用经济学一级学科本硕博课程贯通与交叉人才培养模式”及正在建设的上海市重点课程“《计量经济学》虚拟仿真实验教学”（虚拟仿真实验教学课程），经过两年多线上和线下相结合的案例教学和计算实验互动式教学实践，形成了基于高德实时大数据和云平台的空间统计虚拟仿真云平台。

　　传统的统计与计量经济学实验教学课程，通常是利用教科书提供的数据包或查阅统计年鉴或购买的数据库（如CEIC）等进行统计计量分析，缺乏对数据空间维度信息和价值的关注和挖掘，尤其是碰到需要揭示长三角区域一体化过程中的县市区交通流等实时动态区域经济社会数据的空间模式及规律时，显得无能为力，需要利用和发展空间统计和空间计量经济模型方法，开发具有场景分析功能的空间大数据分析及可视化分析平台。本项目在业已开发使用的城市与区域经管数据实验室云平台的基础上，基于Python编制空间统计分析程序，基于Jupyter开发云计算平台，开发了实时大数据空间统计虚拟仿真实验云平台，支撑实时动态空间大数据分析，使学生在实验学习过程中有场景感并操作交互性，弥补了传统线下实验室教学无的不足。


　　■抓取的是长三角县市区实时的交通流的真实数据和现实场景；


　　■运用空间大数据分析方法了解长三角县市区交通流的动态空间演化模式；


　　■以可视化的地图动态模拟仿真展现交通空间模式及其演变态势；


　　■通过空间自相关分析预测长三角县市区交通流空间演变的趋势；


　　■通过综合评价方法，构建长三角县市区交通流空间自相关指数，为政府管理部门的交通决策提供参考依据。

　　虚拟仿真实验云计算平台包括虚拟仿真实验、实证案例以及综合交互的动态云指南，在实验教学中达到了以下的预期效果。


　　■全天候的自主学习机会，即学生可以在任何时间和地点对课程进行自主学习，包括观看课程视频，进行虚拟仿真实验，并完成练习、测试和课程挑战等。


　　■实时交互的课堂教学，即在课堂教学过程中，教师可以通过云平台进行实时知识点考察，设定目标，获取学生反馈并给以修订和解答，而学生可以实时进行知识点的模拟演练，回答问题并获得教师反馈。


　　■共建课程教学，即基于开放的Jupyter平台，教师和学生都可以对课程的讲义进行修订和改写，通过Python和R实现对虚拟仿真实验的新创建和修改，从而实现以教师和学生为主的双驱动课程教学。


　　本项目相关内容已在2020第一届全国高等学校数字经管院长论坛主题为“新文科建设、数据科学实验室建设、一流专业一流课程建设”中做了大会报告，介绍了华东理工大学商学院在疫情期间如何利用城市与区域经管数据实验室云平台（含虚拟仿真教学项目）支撑教学和科研的实践案例以及取得的一些实际效果，引起了与会专家的关注。


　　从2018年9月开始，本项目平台在疫情期间的统计计量类课程及财经数据科学训练营使用，已有校内597人次和校外1119人次人参与学习，取得了良好的社会效益。