基于GIS的学前教育资源均等化服务评价模型的应用分析——以唐山市区为例

任永强，李婷

(1.华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 063210；2.华北理工大学 外国语学院，河北 唐山 063210)

0 引言

学前教育作为学校教育和终身教育的前置环节，对孩子一生的教育起到重要影响。儿童从出生到6周岁所接受的教育称为学前教育。近年来，唐山市市区的学前基础教育整体水平和质量明显提高，但受经济发展的诸多因素影响，学前教育发展的不均衡性越来越突出，为了使孩子能够接受优质的学前教育，往往需要花费重金，从侧面反映了学前教育在教育资源、教学设置、教学质量、可达性以及保育费用方面存在差异。

唐山市大力发展学前教育，自2011年以来，唐山市逐步把学前教育的改革发展纳入经济社会发展的总体规划，深入推进学前教育资源的均等化，积极推进学前教育的均衡发展。但在以往的学前教育资源规划评价中，大多还是利用现有的资源指标进行评价，很少考虑学前教育资源的地理空间分布，一些地方幼儿园资源紧缺，而一些地方教育资源过剩，学前教育资源未能进行合理地配置[1]。深入分析唐山地区学前教育资源的空间分布状况(空间点分布)、交通路网通达情况(道路等交通网络)、适龄幼儿分布(适龄幼儿空间分布点)情况等，对学前教育资源的分布进行有效地调配与优化，为下一步的均衡化奠定基础。在此情况下，将GIS空间地理信息分析技术引入到数理分析与数据挖掘当中，探索建立学前教育资源均等化特征域评价模型[1-11]，并在相关公共服务供需空间数据的基础上，分析研究区的学前教育资源空间分布状况，道路交通网络状况及适龄幼儿分布情况，找出问题区域，为进行学前教育服务的合理布局和优化提供决策支持。

1 研究区和数据源

1.1 研究区概况

唐山市位于华北平原东北部，是京津冀城市群东北部副中心城市，是华北与东北通道的咽喉要地，交通十分方便。2016年11月河北省唐山市所有县(市)区全部达到国家义务教育发展基本均衡县评估认定标准，提前完成河北省政府下达的义务教育均衡发展目标[4]。长期以来，唐山市教育主管部门坚持把促进义务教育均衡发展作为主要工作来抓，不断强化责任、加大投入，义务教育均衡发展工作已取得了显著成绩，成为全省乃至全国首批推进义务教育均衡化发展的先进区域，有效实现了资源均衡[12]。

近年来，唐山市大力发展基础教育，尤其是学前教育，一手抓学前教育资源扩充，一手抓教学质量提升，学前教育服务普惠化程度大幅提高[13]。截至2017年12月，经河北省教育厅审批、登记注册的各类托儿所、幼儿园达到1 916家，唐山市市区范围有140家，正是该研究的区域范围。以往的学前教育或基础教育资源规划分析评价中，大部分还是对现有的资源指标进行分析评价，较少考虑教育资源的地理空间分布情况，造成了部分地区学前教育资源紧缺，而一些区域学前教育资源过剩，未能达到基础教育资源的合理配置。为有效推进区域学前教育资源均衡发展，需分析区域学前教育资源的空间分布特征，道路交通网络状况以及适龄幼儿空间分布情况，为后续的资源均等化化奠定基础。

在此情况下，该研究将GIS空间分析技术引入到数据分析与信息挖掘当中，探索建立学前教育资源均等化特征域评价模型，并在相关公共服务供需空间数据的基础上，分析研究区的学前教育资源空间分布状况，找出了问题区域，为进行学前教育服务的合理布局和优化提供决策。

1.2 数据源

(1)学前教育数据：2017年12月22日，河北省教育厅公布了全省经审批、登记注册的各类托儿所、幼儿园有关信息，唐山市共有1916家，唐山市市区范围有140家。幼儿园主要信息有幼儿园名称、幼儿园地址、专任教师数量、保育员数量、卫生保健员数量、班级个数、保育费等[14]。利用GIS地理编码技术将幼儿园详细地址解析为对应的位置坐标，如图1所示。

(2)土地利用数据：主要利用土地利用分类中的城乡居民建设用地来表征居民用地。

(3)蜂窝正六边形数据：通过ArcGIS的Arcpy编写脚本程序，自动生成唐山市区范围内半径100m的蜂窝正六边形数据。

(4)适龄人口数据：根据《唐山市统计年鉴2016》中“分县区已婚育龄妇女生育状况”数据提取表征唐山市市区路南区、路北区和高新区的适龄人口。

(5)唐山市区范围：研究区域主要是唐山市部分路北区，部分路南区和部分高新区区域。

2 研究方法

2.1 适龄幼儿分布提取方法

在进行幼儿学前教育资源均等化服务评价时，首先需要的就是适龄幼儿人口分布数据，适龄幼儿人口数是衡量需求的重要指标，但目前人口统计中关于适龄幼儿人口数的最小单元为区县，不能满足空间分析的要求，需要将以区县为单元的适龄幼儿人口数进行细化分解，提取出带有适龄人口数的空间点分布图层[15]。

适龄幼儿分布点提取方法主要分为3步，首先将土地利用中的城乡居民建设用地和含适龄幼儿人口数的行政区域数据进行空间叠置分析，得到居民用地(含有行政区域，适龄幼儿数据等信息)，然后再与蜂窝正六边形数据进行空间叠置分析，得到适龄幼儿单元数据，最后根据居民用地面积百分比计算每个蜂窝正六边形中适龄幼儿数量，提取适龄儿童单元面数据的质心作为适龄幼儿分布点数据。如图2适龄幼儿分布点提取技术路线图所示。

图1 唐山市市区幼儿园空间分布图

图2 适龄幼儿分布点提取技术路线图

适龄幼儿单元划分并没有采用行政区域作为划分边界，是因为行政区域的范围较大，很难反应一个区域内不同地区获取学前教育资源的状况。幼儿园作为点状空间数据，它需要详细的适龄幼儿单元与它相对应,同时考虑路网因素，一个行政区域内的道路交通状况是不同的，所以采用蜂窝正六边形和居住用地来划分适龄幼儿单元，蜂窝正六边形比较接近于圆形，从中心点到各个顶点和各个边的距离相差不大，可以把蜂窝正六边形内适龄幼儿获得教育资源的便捷程度看成是一致的。

2.2 幼儿园承载力评价因素

要评价一个幼儿园学前教育的辐射规模Mi，首先考虑幼儿园的基本属性信息，包括招生人数、在校学生数、专任教师数量、保育员数量、卫生员保健数量、大中小班级数量和保育费等供给规模信息Mi0。根据《河北省规范化幼儿园办园条件基本要求》和《河北省民办幼儿园设置基本标准》，对幼儿园的教育资源状况评价有很多硬性指标，如幼儿园的班级数、教师数、教室数、保育员数以及室外操场面积等指标，将这些属性指标数据放入到属性数据库当中，通过幼儿园的唯一ID号进行连接和查询。在众多指标当中，选取了5项重要指标：专任教师数量、保育员数量、卫生员保健数量、大中小班级数量和保育费。基于5项指标对供给单元供给规模评价，根据不同侧重，对每种资源因子设置不同的权重值，最后综合计算每个幼儿园单元的规模信息Mi0。设置的5个影响因子指标，如下表1所示：

表1 幼儿园服务规模的评价因子及权重

幼儿园服务规模M0采用式(1)计算。

M0=W1*(A*25)+W2*(B*25)+W3*(C*150)+W4*(D*30)+W5*(E/600)

(1)

其中，A，B，C，D和E分别代表了专任教师数量、保育员数量、卫生保健员数量、大中小班级数量和保教费用。

将学龄人口分配给幼儿园这个供应源可得到第i个幼儿园作为供应源的特征域Yi：

(2)

其中S为学龄人口数总和，M0为幼儿园服务规模能力，Yi为幼儿园作为供应源的特征域值。

2.3 距离可达性计算

在距离可达性的计算评价中，交通成本是重要的评价因素，它取值的不同，直接影响着计算的结果。

(1)利用直线距离计算适龄幼儿分布点与幼儿园分布点之间的距离，虽然比较简单方便，但是准确性不高，可能直线距离很近但是交通路网不方便，导致需要走很远的路程，其距离远远大于直线距离[16-18]。

(2)利用城市道路网数据生成交通网络数据集，根据最短路径计算适龄幼儿分布点与幼儿园分布点之间的距离，这就要求具有非常详细的城市道路网和小区内容道路网数据，而在实际工作中，很难收集详细的城市路网及小区内部道路网数据，故采用高德地图开发的API接口获取适龄幼儿分布点与幼儿园之间的最优路径，各种模式下的路径不一样，故按距离进行分类计算：

对于路径长度Dij<500 m的，采用起点(适龄幼儿分布点)-终点(幼儿园)的“步行”模式获取其准确最优路径；

对于路径长度500 m≤Dij≤2 000 m的，采用起点(适龄幼儿分布点)-终点(幼儿园)的“骑行”模式获取其准确最优路径；

对于路径长度Dij>2 000 m的，采用起点(适龄幼儿分布点)-终点(幼儿园)的“驾车”模式获取其准确最优路径；

2.4 特征域评价

根据适龄幼儿与幼儿园之间的距离和适龄幼儿的需求能力对幼儿园的辐射能力进行划分，划分之后每一个适龄幼儿分布点都会对应一个相应的Kj值，这个Kj值就可以用来评价适龄幼儿与幼儿园之间的便利程度[19-20]。

Step1：Dij按每个“幼儿园”服务供应源由小到大进行排序,生成新序列Dik；

Step3：取Kj=min(Kij)作为j点(适龄幼儿分布点)的最终K值。

3 结果分析

Kj值强调了需求点(适龄幼儿分布点)到达供应源(幼儿园)的通达程度。如果通达性较好，Kj值越低，则代表适龄幼儿到达幼儿园的便利程度越好。由图4可以看出整个唐山市区大部分区域的Kj均较低，说明大部分区域的基础资源的空间分配相对合理，而在大城山公园东部的启新新村、唐山勒泰城区域、78号小区和龙泉北楼等出现了较高Kj值，说明此处的适龄幼儿并没有分配到合理的学前教育资源。因此根据所得结果将Kj值分成若干等级(优质区(0～0.5)、保障区(0.5～1.0)、亏欠区(1.0以上))，统计各个适龄幼儿单元内各等级所占比重(如图3)。

图3 Kj值对应的适龄幼儿分布百分比图

图4 学前教育资源均等化特征域分布图

从图3中可以看出唐山市市区范围内有55.44%的适龄幼儿的基本教育情况可以得到很好的保障，40.04%的适龄幼儿可以得到保障，4.52%的居民有一定的欠亏，即整个唐山市市区范围内有近95.48%的适龄幼儿的基本教育可以获得保障，而剩下的区域则不能得到保障，也就是相当于没有得到幼儿园特征域的有效覆盖。由此可知，整个唐山市市区的供需空间的特征域覆盖率为95.48%，用均等化指数α值来表征区域的均等化程度，此时α=0.95。若α值越高，则表明公共服务均等化程度越高。

该研究中，整个区域仍有4.52%的居民无法得到基本保障，可以说明该区域学前教育资源配置还有待改善，这可能是由于幼儿园的承载能力不够覆盖更大的区域，或者是适龄幼儿分布与幼儿园之间的路网过于复杂从而导致适龄幼儿到达幼儿园的距离过长，使得一部分适龄幼儿不能得到应有的服务。因此应增加幼儿园或者是扩大原有幼儿园的承载能力来提高均等化程度。

4 结论

(1)唐山市市区范围内有55.44%的适龄幼儿的基本教育情况可以得到很好的保障，40.04%的适龄幼儿可以得到保障，4.52%的居民有一定的欠亏。

(2)大城山公园东部的启新新村，唐山勒泰城区域属于城中村改造区域，78号小区、龙泉北楼等属于老旧小区，可能由于学前教育资源未规划到此区域或者交通通达性较差，造成此区域出现了较高的Kj值。