黃小蘭， 葉長盛， 劉劍宇， 黃景碧， 昌 娜

(1.東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330013；2.江西師范大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330022；3.江西師范大學(xué) 新聞與傳播學(xué)院， 江西 南昌 330022)

1 研究背景與意義

我國地理學(xué)研究生教育已有數(shù)十年的發(fā)展歷程，2005年，教育部提出了加強研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的若干意見[1]，對如何緊扣當(dāng)前時代背景，構(gòu)建地理學(xué)研究生創(chuàng)新能力評價框架，具有重要的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。學(xué)界認為，人類生產(chǎn)力的發(fā)展大體經(jīng)歷了采集狩獵時代、農(nóng)業(yè)時代、工業(yè)時代以及當(dāng)前的計算時代[2，3]。計算時代也常稱為信息計算時代、信息時代、數(shù)字化時代、網(wǎng)絡(luò)時代、大數(shù)據(jù)時代、物聯(lián)網(wǎng)時代、人工智能時代。那么，拓展到地理學(xué)科，計算思維無疑就是當(dāng)前計算時代非常需求的地理思維之一。為此，本研究基于計算思維的視角，擬研究構(gòu)建地理學(xué)研究生的創(chuàng)新能力評價框架。這與國內(nèi)外日益重視計算思維的學(xué)科融合[4，5]、各種學(xué)科的計算教育學(xué)研究日漸增多[6-8]相一致。

2 研究現(xiàn)狀分析

2.1 計算思維研究現(xiàn)狀分析

2006年，Wing Jeannette M正式提出了“計算思維”，2008年，他進一步界定了“計算思維”的“自動化”“抽象”“迭代”三個本質(zhì)特征，提出了“計算思維的6個判定基礎(chǔ)”：(1)是人的思維，而非計算機的思維(或者說，是人思維與計算機思維的互相隱喻)；(2)是概念化，而非程序化；(3)是人的技能，而非機械的技能；(4)是數(shù)學(xué)思維與工程思維等思維的融合，而非純數(shù)學(xué)思維；(5)是思想，而非人造物；(6)是面向所有領(lǐng)域的思維，而非只是面向計算機領(lǐng)域的思維[9]。

“計算思維”正式提出之后，概念、理論不斷被深化研究[10，11]。目前，較為統(tǒng)一的、標(biāo)準化發(fā)展的、政策性的計算思維定義，是計算機科學(xué)教師協(xié)會CSTA 2011年提出的定義“計算思維是一種解決問題的方法論，它將計算機科學(xué)與所有學(xué)科交織在一起，計算方式的分析并解決人類的各種問題”[12]。

上述計算思維的觀點，體現(xiàn)了學(xué)術(shù)界的一個思考：迅猛發(fā)展的計算機科學(xué)技術(shù)，不應(yīng)該只局限于計算機CPU自動化計算，而應(yīng)該映射、延伸到人類人腦思辨計算，進而發(fā)展成為通用于各種學(xué)科領(lǐng)域的方法論的計算思維體系。如果發(fā)展于地理學(xué)科領(lǐng)域，可將為圖1所示地理計算思維層次迭代細化。

圖1 地理學(xué)科計算思維的層次

圖1所示地理計算思維三個層次中：“計算機自動化層次的計算思維”這一層次的研究發(fā)展迅猛[13]；“人類人腦思辨層次的計算思維”這一層次的研究日漸增多；“應(yīng)用于地理學(xué)科的地理計算思維”這一層次的研究較少(這可能是由于本層次的跨學(xué)科性、模糊性、非直接經(jīng)濟效益性等原因所致)。本研究主要探究這一層次，即研究地理學(xué)科領(lǐng)域的地理計算思維，及其在地理學(xué)研究生創(chuàng)新能力評價的應(yīng)用。

2.2 地理學(xué)研究生創(chuàng)新能力評價研究現(xiàn)狀分析

創(chuàng)新一般定義為一種“新思想、新裝置或新方法，即一種更好的解決方案，以滿足新的有意義的需求”。若從宏觀與微觀的視角探究，本文認為：一方面，創(chuàng)新可以從微觀向宏觀迭代抽象出規(guī)律(此規(guī)律從而可以用來指導(dǎo)眾多的具體應(yīng)用)，也即理論創(chuàng)新，或上述的思想創(chuàng)新、方法創(chuàng)新；另一方面，創(chuàng)新也可以是從宏觀向微觀迭代出具體應(yīng)用(此應(yīng)用可以更有效地滿足實踐需求)，也即實踐創(chuàng)新，或上述的裝置創(chuàng)新、解決方案創(chuàng)新。若進一步從創(chuàng)新與繼承的視角探究：(1)創(chuàng)新必須是在繼承前人現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)之上，也即必須全面了解研究現(xiàn)狀，在研究現(xiàn)狀之上有意義地標(biāo)新立異；(2)在前人現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)之上，又必須形成更好的解決方案，也即必須或多或少地產(chǎn)生研究結(jié)果，研究結(jié)果必須經(jīng)得起與研究現(xiàn)狀的比較，而且比研究現(xiàn)狀更加優(yōu)化。

創(chuàng)新能力一般理解為創(chuàng)新的潛能，如果將人類的各種能力分級的話，那么創(chuàng)新能力是各種能力中的高級別能力。國內(nèi)外學(xué)者從各自不同的視角對創(chuàng)新能力的特點及所包含的要素等內(nèi)容進行了深入、系統(tǒng)的研究。張武升指出，創(chuàng)新能力受智力因素和非智力因素的雙重影響，不能僅將其作為智力品質(zhì)，還要涵蓋性格特征和精神狀態(tài)等多個方面[14]22-26。陳若松認為，一個人的創(chuàng)新能力由思維能力、人格化能力及智力化能力構(gòu)成。其中，“智力化能力”是基礎(chǔ)，“思維能力”是開展創(chuàng)新活動的關(guān)鍵，“人格化能力”則是創(chuàng)新的動力和方向[15]。謝光前認為，創(chuàng)新能力是駕馭知識生產(chǎn)過程的能力[16]?；谶@些研究觀點可發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)新能力雖然是面向創(chuàng)新的潛能，但因為創(chuàng)新能力是各種能力中的高級別能力，所以本質(zhì)上還是從基礎(chǔ)能力抽象而來的，從基礎(chǔ)能力入手探究創(chuàng)新能力是可取的。本研究將聚焦上述觀點中的“思維能力是開展創(chuàng)新活動的關(guān)鍵”，基于當(dāng)前計算時代的計算思維能力，探究創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新能力評價方面，國內(nèi)外學(xué)者已有相關(guān)研究成果[17-19]。孫彩云提出了研究生個體的創(chuàng)新能力評價指標(biāo)：創(chuàng)新素質(zhì)、團隊合作、風(fēng)險控制、成果形成4個一級(19個二級)指標(biāo)，選用主客觀綜合賦權(quán)法(組合賦權(quán)法)對各個評價要素賦予權(quán)重，然后通過實驗研究檢驗反饋調(diào)整，確定評價體系[20]，定性、定量、軟件系統(tǒng)開發(fā)緊密結(jié)合，系統(tǒng)地進行了創(chuàng)新能力評價體系的研究，對創(chuàng)新能力評價具有實踐方法論意義。本研究將秉承定性、定量、軟件系統(tǒng)開發(fā)緊密結(jié)合的思路，同時更加強調(diào)系統(tǒng)觀，基于當(dāng)前計算時代的計算思維系統(tǒng)，推演創(chuàng)新能力框架及其評價框架。

地理學(xué)科研究生創(chuàng)新能力評價方面，劉波、程朋根等從社會對地理信息科學(xué)專業(yè)GIS人才能力的需求出發(fā)，從GIS學(xué)生數(shù)據(jù)采集處理能力、空間數(shù)據(jù)建模與分析能力、自主學(xué)習(xí)能力及科研創(chuàng)新能力等方面構(gòu)建了指標(biāo)體系[21，22]。李加林等學(xué)者指出，地理學(xué)研究生培養(yǎng)存在培養(yǎng)體系不健全、地理學(xué)思維和能力培養(yǎng)不到位等問題，需要堅持學(xué)科交叉的理念，與其他院系和研究院所合作辦學(xué)，同時與社會學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、統(tǒng)計學(xué)等專業(yè)學(xué)科聯(lián)合設(shè)置專業(yè)選修課程，從而促進地理學(xué)學(xué)科融合[23]。許俐俐強調(diào)當(dāng)今知識更新快速且豐富多樣，地理學(xué)研究生需掌握計算機語言等多學(xué)科知識，在《自然地理學(xué)》的學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維能力、空間思維能力[24]。因此，本研究在上述研究成果的基礎(chǔ)上，基于計算思維能力探究創(chuàng)新能力，推演創(chuàng)新能力框架及其評價框架，進而擴展為地理學(xué)研究生創(chuàng)新能力及其評價框架。

3 研究結(jié)果與討論

3.1 地理學(xué)科計算思維的迭代起點

地理學(xué)科計算思維，必須以地理學(xué)習(xí)者、地理學(xué)主角為本、從宏觀到微觀、從簡單到復(fù)雜地構(gòu)建。當(dāng)前計算時代，“地理計算”默認為“地理計算互動系統(tǒng)”，在此抽象出地理學(xué)習(xí)者、地理學(xué)之間的計算互動，作為地理計算思維要素及其架構(gòu)的迭代起點，如圖2所示(注：除了地理學(xué)習(xí)者、地理學(xué)主角之外，可能還有其他配角的互動，可同樣思路地迭代，但不屬于本研究的核心范疇，所以在此不深入探討)。

圖2 地理學(xué)科計算思維要素及其架構(gòu)的迭代起點

圖2中地理學(xué)習(xí)者、地理學(xué)、計算互動三要素的粒度尚偏抽象，為此計算互動這一要素，將根據(jù)計算領(lǐng)域主流的、經(jīng)受了實踐檢驗的MVC架構(gòu)進一步迭代，迭代為模型M(內(nèi)容方法)、視圖V/媒體M、控制C/互動I三要素，將細化為圖3所示。

圖3 地理學(xué)科計算思維要素及其架構(gòu)的迭代粒度之一

圖3若進一步迭代細化為圖4所示，此時，已較接近實踐所需的粒度，又便于整體表述，所以是地理計算思維架構(gòu)的較理想的迭代粒度，可稱為“地理計算思維架構(gòu)的理想迭代起點”。地理計算思維的架構(gòu)都建議以此作為相對起點進一步迭代，而無須從圖2所示的絕對起點迭代。

圖4所示地理計算思維架構(gòu)變換為語言描述是“地理計算思維是地理學(xué)習(xí)者與地理學(xué)之間，地理模型M(地理內(nèi)容方法)通過視圖V(媒體M)進行互動I(控制C)的迭代。以此為起點，迭代到實踐所需的對象及其關(guān)系，并運用語言及其算法描述，甚至最終轉(zhuǎn)化為隱喻人腦的計算機CPU的二進制數(shù)碼序列而自動化計算(同時注重?zé)o機與有機、物性與人性、硬件與軟件、物質(zhì)與意識的統(tǒng)一)，從而正確認識與改造地理世界。宏觀地說，地理計算思維是一種解決地理學(xué)科問題的方法論，它將計算機科學(xué)與地理學(xué)科交織在一起，計算方式地分析并解決各種地理問題。可見，圖4所示地理計算思維架構(gòu)，吻合前述的CSTA 2011計算思維定義，但又向微觀層次進一步迭代細化，形成貫穿宏觀與微觀的、可用來解決地理問題的思維體系框架。

圖4各要素不斷迭代，并運用語言及其算法描述，甚至最終轉(zhuǎn)化為隱喻人腦的計算機CPU的二進制序列而自動化計算。

一是“地理學(xué)習(xí)者”“地理學(xué)”兩要素，分別從軟件、硬件的思路，迭代為地理軟素質(zhì)、地理硬素質(zhì)。并可根據(jù)實際需求迭代細化，形成地理學(xué)習(xí)的主角體系。

二是“地理模型M(內(nèi)容、方法)”這一要素進一步迭代為地理數(shù)據(jù)采集、地理信息分析、地理規(guī)律挖掘、地理情感交流、地理哲思建構(gòu)五層次。并可根據(jù)實際需求迭代細化，形成地理學(xué)習(xí)的內(nèi)容方法體系[25，26]。

三是“視圖V/媒體M”這一要素，又以人的五種感覺器官為本，迭代為視媒(文本、圖像、視頻、2D、3D)、聽媒(波形音頻、MIDI器樂)、嗅媒、觸媒、味媒。并可根據(jù)實際需求迭代細化，形成地理學(xué)習(xí)的媒體體系。例如，視媒中的2D迭代細化為地理中的2D地圖，3D迭代細化為地理中的3D地圖，等等。其中視圖V，即媒體M中的視覺媒體。因為計算機媒體技術(shù)當(dāng)前主要長于視覺媒體、聽覺媒體；而在觸覺媒體、嗅覺媒體、味覺媒體領(lǐng)域尚不太擅長，所以當(dāng)前計算領(lǐng)域，往往使用視圖V這一術(shù)語表述媒體M，也常稱為計算的可視化。

圖4 地理學(xué)科計算思維要素及其架構(gòu)的理想迭代起點

四是“控制C/互動I”這一要素，迭代為一對多近程、一對多遠程、一對一近程、一對一遠程。并可根據(jù)實際需求迭代細化，形成地理學(xué)習(xí)的互動體系。其中控制C常用于機器領(lǐng)域，強調(diào)強制性、少情感性；互動I常用于人類領(lǐng)域，強調(diào)互相交流溝通性、多情感性。

3.2 地理學(xué)科計算思維與現(xiàn)有地理思維的兼容性分析

圖4所示地理學(xué)科計算思維要素及其架構(gòu)，與當(dāng)前地理分為自然地理、人文地理然后不斷迭代細化的框架非常吻合。此外，因為地理信息系統(tǒng)GIS本質(zhì)上也是計算機科技與地理學(xué)的交叉學(xué)科領(lǐng)域，所以地理信息系統(tǒng)GIS與自然地理、人文地理迭代細化的框架自然也是吻合的，如圖5所示。

3.3 計算思維視角的地理學(xué)研究生創(chuàng)新能力評價框架

基于現(xiàn)有研究成果所認同的“思維能力是開展創(chuàng)新活動的關(guān)鍵”這一觀點，可以根據(jù)圖4所示的地理學(xué)科計算思維架構(gòu)的“地理模型M(內(nèi)容、方法)”這一要素作為主導(dǎo)(其他要素作為輔助)，推導(dǎo)地理研究生創(chuàng)新評價框架的迭代起點如表1所示(注：因為是基本框架，所以在此各要素選用了平均權(quán)重作為示例。實際的要素權(quán)重是隨研究生對象而動態(tài)變化的，必須基于具體的研究生對象進行問卷調(diào)查，然后統(tǒng)計分析獲得具體的權(quán)重。并且可以提交主管部門審批，逐步發(fā)展為權(quán)重標(biāo)準。此將在后續(xù)研究中迭代深入)。

圖5 地理學(xué)科計算思維與現(xiàn)有地理思維的兼容性

表1 地理學(xué)研究生創(chuàng)新能力評價框架的迭代起點(權(quán)重平均分配為例)：地理計算思維的視角

基于表1，結(jié)合我國研究生培養(yǎng)政策、現(xiàn)有課程體系，進一步迭代為比較理想的粒度如表2所示(權(quán)重平均分配作為示例)，并可根據(jù)實際需求，迭代至實踐所需的粒度。

3.4 地理學(xué)研究生創(chuàng)新能力評價框架與現(xiàn)有框架的兼容性分析

表2所示地理學(xué)研究生創(chuàng)新能力評價框架，與現(xiàn)有評價體系的兼容性分析如下。

表2 地理學(xué)研究生創(chuàng)新能力評價框架的理想迭代起點

(1)表2所示框架，基于現(xiàn)有研究成果“思維能力是開展創(chuàng)新活動的關(guān)鍵”的觀點，緊扣當(dāng)前計算時代的計算思維，從基礎(chǔ)開始挖掘創(chuàng)新能力的評價要素，然后不斷迭代，有望兼容各種創(chuàng)新能力定義。例如，框架中“規(guī)律挖掘?qū)哟文芰?、情感交流層次能力”，不僅與現(xiàn)有“智力能力與非智力能力”相兼容，其與現(xiàn)有“思維能力、人格化能力及智力化能力”中的智力能力、人格化能力也是相兼容的，更重要的是其與當(dāng)前計算時代的大數(shù)據(jù)科技、人工智能科技、科技與人文結(jié)合的思想相吻合。

(2)表2所示框架，秉承定性、定量緊密結(jié)合的思路，但又更加強調(diào)系統(tǒng)觀，基于當(dāng)前計算時代的計算思維系統(tǒng)，迭代推演，邏輯主線清晰。而且與當(dāng)前計算時代的軟件技術(shù)緊密結(jié)合，便于映射為相應(yīng)的軟件系統(tǒng)開發(fā)，從而支持相關(guān)領(lǐng)域可持續(xù)研究。

4 研究小結(jié)與展望

當(dāng)前計算時代急需基于計算思維視角的地理學(xué)研究生創(chuàng)新能力評體系，但是相關(guān)領(lǐng)域的研究不多。文章構(gòu)建了地理學(xué)科計算思維框架，并將此框架應(yīng)用于地理學(xué)研究生創(chuàng)新能力評價中，文中構(gòu)建的地理學(xué)研究生創(chuàng)新能力評價框架，可與其他學(xué)者的評價框架互為補充，提升評價的時代性、有效性。