鄭 坤，劉宏宇，李 琪，龔君芳

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

GIS專業(yè)云計(jì)算人才培養(yǎng)模式探索

鄭 坤，劉宏宇，李 琪，龔君芳

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)GIS行業(yè)帶來(lái)了巨大的影響以及良好的發(fā)展前景，結(jié)合云計(jì)算技術(shù)發(fā)展GIS系統(tǒng)及服務(wù)已成為GIS行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。因此，云計(jì)算技術(shù)的培養(yǎng)在GIS專業(yè)人才培養(yǎng)中十分重要，然而目前GIS專業(yè)的傳統(tǒng)課程卻沒(méi)有涉及云計(jì)算技術(shù)方面，學(xué)生無(wú)法掌握目前行業(yè)所需要的云計(jì)算相關(guān)知識(shí)及技能。為解決這一問(wèn)題，本文根據(jù)云計(jì)算技術(shù)在GIS中的知識(shí)模塊，分析了通過(guò)競(jìng)賽提高學(xué)生云計(jì)算能力的方式，探索了“以賽促學(xué)”的培養(yǎng)模式，為培養(yǎng)高素質(zhì)GIS專業(yè)云計(jì)算人才培養(yǎng)提供了新的方法。

GIS；云計(jì)算；培養(yǎng)模式；云計(jì)算大賽

GIS是一門集地球科學(xué)、測(cè)繪學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多種學(xué)科融合的交叉性學(xué)科[1]。隨著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，GIS在各個(gè)行業(yè)、領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，對(duì)掌握先進(jìn)GIS技術(shù)能力的專業(yè)人才需求也不斷增加。云計(jì)算是計(jì)算機(jī)科學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，也是引領(lǐng)未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的關(guān)鍵性技術(shù)和手段。近年來(lái)，云計(jì)算技術(shù)可謂發(fā)展的如火如荼，其高通用性、可靠性、高可拓展性以及低廉的成本吸引了越來(lái)越多行業(yè)領(lǐng)域的青睞[2]。云計(jì)算的出現(xiàn)給傳統(tǒng)的GIS行業(yè)技術(shù)、應(yīng)用模式帶來(lái)了強(qiáng)烈沖擊和影響[3]，傳統(tǒng)的GIS軟件通過(guò)融合在線服務(wù)形成基礎(chǔ)GIS軟件、云計(jì)算GIS軟件和在線平臺(tái)一體化的綜合服務(wù)平臺(tái)。以云計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)建立GIS專業(yè)軟件系統(tǒng)及服務(wù)已成為未來(lái)10年的發(fā)展趨勢(shì)。整個(gè)GIS行業(yè)亟須大量具備云計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)的GIS專業(yè)人才。

目前，全國(guó)開(kāi)設(shè)GIS專業(yè)和相關(guān)課程的高校已超過(guò)170所[4]。GIS專業(yè)的主要專業(yè)課程主要涉及計(jì)算機(jī)語(yǔ)言、GIS原理及應(yīng)用、圖像處理等方面[5]，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、地理信息系統(tǒng)原理、地圖學(xué)、遙感圖像處理等傳統(tǒng)課程。然而，面對(duì)如今發(fā)展迅速的云計(jì)算技術(shù)，各高校卻缺乏云計(jì)算技術(shù)相關(guān)的課程及實(shí)踐，缺失對(duì)學(xué)生云計(jì)算能力的培養(yǎng)，已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)技術(shù)的革新和社會(huì)的需求。對(duì)于GIS專業(yè)學(xué)生來(lái)講，云計(jì)算技術(shù)能力是指學(xué)生需要掌握海量數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)、海量數(shù)據(jù)管理、可視化、云計(jì)算平臺(tái)管理等相關(guān)技術(shù)，能夠運(yùn)用各類云計(jì)算平臺(tái)及工具，解決GIS實(shí)際需求和問(wèn)題的能力。本文將圍繞“以賽促學(xué)”的形式，探討如何培養(yǎng)GIS專業(yè)學(xué)生的云計(jì)算技能。

1 基于云計(jì)算技術(shù)的GIS專業(yè)知識(shí)模塊分析

云計(jì)算的概念十分寬廣，它所包含的知識(shí)體系、知識(shí)點(diǎn)也非常龐大。在地理信息系統(tǒng)中，GIS軟件及數(shù)據(jù)服務(wù)主要以PaaS和SaaS為主，涉及的知識(shí)模塊包括了云環(huán)境下的海量空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理技術(shù)、分析處理技術(shù)、空間大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)三大類[2,6]。

1.1 云環(huán)境下的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)知識(shí)模塊

在空間數(shù)據(jù)管理與存儲(chǔ)中，由于空間數(shù)據(jù)具有海量、異構(gòu)、多源、多尺度和多時(shí)空等特點(diǎn)，導(dǎo)致系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)通常是無(wú)序、雜亂、動(dòng)態(tài)的，因此地理信息云平臺(tái)的數(shù)據(jù)采用分布式存儲(chǔ)方式，通過(guò)冗余存儲(chǔ)的方式來(lái)保證數(shù)據(jù)的可靠性。其中包含的知識(shí)點(diǎn)主要有：分布式存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)序列化技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)、性能優(yōu)化技術(shù)、數(shù)據(jù)安全技術(shù)等方面[7]。

對(duì)于GIS專業(yè)學(xué)生而言，需要從分布式存儲(chǔ)技術(shù)入手，了解分布式系統(tǒng)的生態(tài)圈，掌握分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的部署方式及數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出；數(shù)據(jù)序列化模塊中則需要了解常見(jiàn)的序列化格式，掌握大數(shù)據(jù)的序列化格式，以處理文本文件及其他格式的文件；數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)則需要能在不同數(shù)據(jù)平臺(tái)中進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，掌握提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率的方法。對(duì)于性能優(yōu)化及數(shù)據(jù)安全模塊，則僅需在后期能力提高或項(xiàng)目需要時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)即可。

1.2 云環(huán)境下的數(shù)據(jù)處理分析知識(shí)模塊

云計(jì)算平臺(tái)不僅需要存儲(chǔ)海量的數(shù)據(jù)，而且還要提供面向海量數(shù)據(jù)的處理分析功能。其中，主要的分布式計(jì)算模型包括谷歌開(kāi)發(fā)的MapReduce及Apache開(kāi)發(fā)的Spark[8]。在數(shù)據(jù)處理分析知識(shí)模塊中，有分布式計(jì)算技術(shù)、編程模型、流數(shù)據(jù)處理技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)、圖計(jì)算技術(shù)等知識(shí)點(diǎn)。

GIS專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析時(shí)，首先需要了解大數(shù)據(jù)處理框架，掌握大數(shù)據(jù)處理的編程模型。然后對(duì)于不同的數(shù)據(jù)處理需求，有針對(duì)性地學(xué)習(xí)掌握流數(shù)據(jù)處理技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)以及圖計(jì)算技術(shù)，以面對(duì)不同需求靈活的編寫程序，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。

1.3 空間大數(shù)據(jù)可視化知識(shí)模塊

數(shù)據(jù)可視化為人類洞察數(shù)據(jù)的內(nèi)涵、理解數(shù)據(jù)蘊(yùn)藏的規(guī)律提供了重要的手段。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，大數(shù)據(jù)的可視化已經(jīng)成為信息技術(shù)發(fā)展的迫切需求?？臻g大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)中的知識(shí)點(diǎn)包含視覺(jué)編碼原理、可視化設(shè)計(jì)原則、時(shí)空數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、三維可視化技術(shù)以及可視化交互技術(shù)[9]。

數(shù)據(jù)可視化作為從數(shù)據(jù)獲取到發(fā)現(xiàn)知識(shí)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其關(guān)鍵作用不可忽視。GIS專業(yè)學(xué)生需要了解視覺(jué)編碼原理及可視化的設(shè)計(jì)原則，并在此基礎(chǔ)上掌握時(shí)空數(shù)據(jù)可視化技術(shù)。同時(shí)，需要掌握三維可視化技術(shù)和可視化交互技術(shù)，以滿足多維角度呈現(xiàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)可視分析的需求。

2 基于“以賽促學(xué)”的云計(jì)算能力培養(yǎng)模式

以計(jì)算機(jī)競(jìng)賽為平臺(tái)，推動(dòng)學(xué)生云計(jì)算能力的培養(yǎng)，已成為培養(yǎng)GIS專業(yè)云計(jì)算技術(shù)人才的有效途徑。參加云計(jì)算相關(guān)大賽可以很好地解激發(fā)學(xué)生對(duì)當(dāng)前云計(jì)算技術(shù)學(xué)習(xí)、交流和應(yīng)用的熱情，拓寬學(xué)生們的思維，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力[10]。根據(jù)不同計(jì)算機(jī)類競(jìng)賽的特點(diǎn)，有針對(duì)性地提高學(xué)生云計(jì)算技能，能夠保證學(xué)生最大化收益。下面通過(guò)分析相關(guān)云計(jì)算大賽，探討“以賽促學(xué)”的云計(jì)算能力培養(yǎng)模式。

2.1 典型云計(jì)算大賽分析

2.1.1 天池大數(shù)據(jù)競(jìng)賽

天池大數(shù)據(jù)競(jìng)賽是由阿里巴巴集團(tuán)主辦的面向全球的算法競(jìng)賽，比賽分為算法大賽和可視化大賽[11]。大賽采用獨(dú)立賽制和聯(lián)賽賽制相結(jié)合的形式，不同主辦單位在平臺(tái)上發(fā)布比賽題目，讓選手用算法解決實(shí)際社會(huì)或業(yè)務(wù)問(wèn)題。

算法大賽主題較為豐富，涉及數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)、安全算法、路徑規(guī)劃等方面。針對(duì)不同主題分別考查學(xué)生的算法設(shè)計(jì)、分布式計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、分布式存儲(chǔ)、性能優(yōu)化、數(shù)據(jù)安全、圖計(jì)算等技術(shù)，能對(duì)學(xué)生的海量空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)分析處理能力進(jìn)行培養(yǎng)。

可視化大賽以環(huán)境為主題，通過(guò)對(duì)不同數(shù)據(jù)來(lái)源之間的對(duì)比、分析，從中挖掘出當(dāng)下環(huán)境存在的問(wèn)題，各種復(fù)雜環(huán)境因素之間的影響，再通過(guò)可視化的手段以恰當(dāng)?shù)姆绞匠尸F(xiàn)，能夠提升公眾對(duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注與參與。主要考查學(xué)生對(duì)復(fù)雜異構(gòu)多源數(shù)據(jù)挖掘的能力、可視化設(shè)計(jì)、可視化算法和創(chuàng)新能力，能對(duì)學(xué)生分布式計(jì)算技術(shù)、時(shí)空數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、三維可視化技術(shù)以及可視交互技術(shù)進(jìn)行培養(yǎng)，提高數(shù)據(jù)分析處理及大數(shù)據(jù)可視化能力。

2.1.2 全國(guó)高校云計(jì)算應(yīng)用創(chuàng)新大賽

全國(guó)高校云計(jì)算應(yīng)用創(chuàng)新大賽是由教育部科技發(fā)展中心主管，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新開(kāi)放平臺(tái)聯(lián)盟主辦，面向全國(guó)高校開(kāi)展的云計(jì)算競(jìng)賽活動(dòng)[12]。

該比賽設(shè)置創(chuàng)意賽、技能賽、命題賽和創(chuàng)業(yè)賽。創(chuàng)意賽主要對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力及云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力進(jìn)行考察。技能賽主要考察學(xué)生的算法設(shè)計(jì)和大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)能力。命題賽從企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中所面臨的實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，由企業(yè)參與命題，形成具體賽項(xiàng)內(nèi)容，考查學(xué)生從需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的云計(jì)算實(shí)際應(yīng)用能力。創(chuàng)業(yè)賽則根據(jù)云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)+的行業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H情況，考查學(xué)生對(duì)市場(chǎng)痛點(diǎn)的發(fā)掘能力、商業(yè)策劃能力、產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、商業(yè)運(yùn)營(yíng)能力、金融能力等創(chuàng)業(yè)所需要的各項(xiàng)能力。學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，有針對(duì)性地選擇比賽題目，通過(guò)參賽提高相應(yīng)的云計(jì)算技術(shù)能力。

2.2 “以賽促學(xué)”培養(yǎng)模式

2.2.1 培養(yǎng)理念

“以賽促學(xué)”的培養(yǎng)理念，是以學(xué)生為中心，通過(guò)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽的方式，以小組或團(tuán)隊(duì)的形式，解決目前云計(jì)算方面的實(shí)際問(wèn)題，在競(jìng)賽的過(guò)程中促進(jìn)學(xué)生理解和掌握相關(guān)的云計(jì)算技術(shù)，提升自身的云計(jì)算能力，從而達(dá)到培養(yǎng)云計(jì)算人才的目的。

參加計(jì)算機(jī)競(jìng)賽和傳統(tǒng)教學(xué)的區(qū)別見(jiàn)表1。傳統(tǒng)教學(xué)的培養(yǎng)模式是以教師為主導(dǎo)，以教師授課的形式為主，通過(guò)講解、視頻、作業(yè)、實(shí)習(xí)、考試等方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和培養(yǎng)，是一種比較被動(dòng)的培養(yǎng)模式[13]。而參加計(jì)算機(jī)競(jìng)賽的培養(yǎng)模式則是以學(xué)生為主體，學(xué)生自主的選擇不同競(jìng)賽，以參加比賽的形式，通過(guò)自學(xué)、討論、協(xié)作、探究等方式對(duì)自身能力進(jìn)行提升，更多地注重學(xué)生自身的主觀能動(dòng)性[14]。

表1 傳統(tǒng)教學(xué)與計(jì)算機(jī)競(jìng)賽培養(yǎng)模式的區(qū)別

相比于傳統(tǒng)教學(xué)，“以賽促學(xué)”的培養(yǎng)模式，能夠很好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式帶來(lái)的局限性，其優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：首先，國(guó)內(nèi)外權(quán)威的計(jì)算機(jī)賽事吸引了大量來(lái)自不同專業(yè)的人才，能夠促進(jìn)學(xué)術(shù)交流，拓寬視野；其次，多樣化的參賽主題，可以讓學(xué)生選擇自己感興趣的方向，從而調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性；然后，通過(guò)比賽，能夠有效地提高學(xué)生云計(jì)算技術(shù)水平，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神及創(chuàng)新精神[15]；最后，競(jìng)賽獎(jiǎng)金及賽事證書(shū)等獎(jiǎng)勵(lì)形式也能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參賽積極性。

2.2.2 培養(yǎng)方法

“以賽促學(xué)”在GIS專業(yè)云計(jì)算人才培養(yǎng)中的具體培養(yǎng)方法，則要根據(jù)學(xué)生自身能力，選擇需要提高的云計(jì)算技術(shù)知識(shí)模塊。然后對(duì)比不同的云計(jì)算大賽所涉及的知識(shí)點(diǎn)(如圖1所示)，并選擇合適的競(jìng)賽，在老師的指導(dǎo)和隊(duì)友的合作下參與并完成比賽，并與其他團(tuán)隊(duì)交流比賽和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，在這一過(guò)程中提升自身的云計(jì)算能力。

圖1 競(jìng)賽主題與知識(shí)模塊對(duì)應(yīng)關(guān)系

為提前適應(yīng)整個(gè)云計(jì)算大賽機(jī)制，學(xué)生應(yīng)事先對(duì)云計(jì)算框架及核心技術(shù)進(jìn)行了解，并及時(shí)補(bǔ)充自己欠缺的云計(jì)算技能，為參加云計(jì)算大賽做好準(zhǔn)備工作。針對(duì)不同的賽事，首先需要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)了解,主要包括賽事性質(zhì)、涉及領(lǐng)域、云計(jì)算方向等幾個(gè)方面。進(jìn)行相關(guān)考察后，注意增加對(duì)這方面知識(shí)的了解，后續(xù)提交比賽作品時(shí)，將這方面的元素與作品內(nèi)容相融合，避免偏離主題。

在理解題目之后，首先需要明確題目所涉及的云計(jì)算技術(shù)及相應(yīng)的知識(shí)模塊，然后通過(guò)查閱文獻(xiàn)、書(shū)籍等方法學(xué)習(xí)與掌握所需的算法并加以實(shí)現(xiàn)。在此過(guò)程中也可與隊(duì)友或在學(xué)習(xí)社區(qū)中討論相關(guān)問(wèn)題，對(duì)相關(guān)技術(shù)獲得更深的理解。在最終提交時(shí)間之前，還需要對(duì)作品進(jìn)行測(cè)試，探尋其中的缺陷，并不斷調(diào)優(yōu)，完善比賽作品。從比賽準(zhǔn)備到作品提交的過(guò)程，學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)和交流，即能掌握所需的云計(jì)算技術(shù)團(tuán)隊(duì)精神及創(chuàng)新精神，從而達(dá)到云計(jì)算人才培養(yǎng)的目的。

3 結(jié) 語(yǔ)

云計(jì)算的出現(xiàn)對(duì)GIS產(chǎn)生了重大影響，為GIS行業(yè)提供新的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也面臨著新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)高新技術(shù)的發(fā)展速度，因此需要將“以賽促學(xué)”的培養(yǎng)模式，與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，緊跟行業(yè)發(fā)展，促使學(xué)生更快地掌握云計(jì)算技術(shù)，對(duì)學(xué)生自學(xué)能力、創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)精神、競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力等綜合素質(zhì)進(jìn)行培養(yǎng)和鍛煉?！耙再惔賹W(xué)”的培養(yǎng)模式還需要根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)應(yīng)用進(jìn)行完善，最終為GIS行業(yè)輸送高素質(zhì)的云計(jì)算人才。

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ExplorationonTalentTrainingModeofGISCloudComputing

ZHENG Kun，LIU Hongyu，LI Qi，GONG Junfang

(School of Information Engineering, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074, China)

The emergence of cloud computing technology has great impact on the traditional GIS industry and good prospects for development, combined with the cloud computing technology to develop GIS system and services has become the development trend of GIS industry. Therefore, the cloud computing technology is very important in the cultivation of GIS personnel training. However, the current GIS courses are not involved in cloud computing technology, students can not master the knowledge and skills related to cloud computing. In order to solve this problem, according to the knowledge module of cloud computing technology in GIS, this paper analyzes how to improve students’ability of cloud computing through competition, and explores the training mode of “promoting learning by competition”. This paper provides a new method for training professional GIS cloud computing talents.

GIS; cloud computing; training mode; cloud computing contest

鄭坤，劉宏宇，李琪,等.GIS專業(yè)云計(jì)算人才培養(yǎng)模式探索[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(11)：148-150.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0366.

G64

A

0494-0911(2017)11-0148-03

2017-03-06

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFB0502603)；湖北省自然科學(xué)基金(2015CFB400)；中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資金(1610491B20)

鄭 坤(1977—)，男，博士，副教授，研究方向?yàn)闀r(shí)空大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及三維模擬分析。E-mail: Michael_Power@Sohu.com