亢孟軍，任 福，蘇世亮，王明軍，應(yīng) 申

(武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430079)

2019年4月,教育部決定全面實(shí)施“六卓越一拔尖”計劃2.0,啟動一流本科專業(yè)建設(shè)“雙萬計劃”,即在2019—2021年,建設(shè)10 000個左右國家級一流本科專業(yè)點(diǎn)和10 000個左右省級一流本科專業(yè)點(diǎn)[1]。 “雙萬計劃”是在2015年國務(wù)院頒布《關(guān)于印發(fā)統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案的通知》[2]后,為統(tǒng)籌大學(xué)科學(xué)研究和本科教育關(guān)系而實(shí)施的建設(shè)方案。一流本科專業(yè)的建設(shè)內(nèi)涵包括:一流的培養(yǎng)目標(biāo)、師資力量、教育平臺、課程體系、質(zhì)量保障,造就一流的學(xué)生發(fā)展[3]。其中課程體系是培養(yǎng)目標(biāo)指導(dǎo)下的、本科專業(yè)教育的實(shí)質(zhì)內(nèi)容,其合理性和先進(jìn)性決定了一流專業(yè)建設(shè)的成效和人才培養(yǎng)的質(zhì)量[4]。

國內(nèi)各高校地理信息科學(xué)專業(yè)建設(shè)各有特色,皆有其發(fā)展歷史及學(xué)科基礎(chǔ)。因此要參考眾多高校建設(shè)經(jīng)驗,設(shè)計適合自身特點(diǎn)的課程體系[5],必須厘清專業(yè)和學(xué)科的關(guān)系。專業(yè)是指根據(jù)科學(xué)分類和社會職業(yè)分工而設(shè)立的培養(yǎng)人才的專業(yè)類別。在我國,高?，F(xiàn)有專業(yè)結(jié)構(gòu)是社會分工、學(xué)科知識和教育結(jié)構(gòu)共同作用的結(jié)果[6]。其中,社會分工是專業(yè)存在的基礎(chǔ),學(xué)科知識是專業(yè)的內(nèi)核,教育結(jié)構(gòu)是專業(yè)的表現(xiàn)形式,三者缺一不可,共同構(gòu)成高校人才培養(yǎng)的基本單位[7]。專業(yè)的主要構(gòu)成要素包括專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系和專業(yè)人員,高校是實(shí)施專業(yè)教育的主要機(jī)構(gòu)。

學(xué)科是科學(xué)知識體系的分類,一個學(xué)科是獨(dú)立的一個科學(xué)知識體系[8]。構(gòu)成一個學(xué)科的基本三要素包括:獨(dú)特的研究對象或領(lǐng)域、特有的理論體系和知識系統(tǒng)、開展學(xué)科研究的方法論。學(xué)科是開展專業(yè)教育的基礎(chǔ),離開了學(xué)科知識體系,專業(yè)就丟失了其存在的合理性依據(jù)。一個學(xué)科可以支撐多個專業(yè),而在不同學(xué)科之間也可以設(shè)立跨學(xué)科專業(yè)。因此,專業(yè)課程體系本質(zhì)上是高校學(xué)科所能提供、輸出的最有競爭力的知識結(jié)構(gòu)體系。

課程體系是人才培養(yǎng)模式的載體,是指同一專業(yè)不同課程門類按照門類順序排列,是教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)程的總和。課程體系是育人活動的指導(dǎo)思想,是培養(yǎng)方案實(shí)施的具體化和依托。課程體系主要由特定的課程觀、課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程結(jié)構(gòu)和課程活動方式組成。課程體系包含通識類課程和專業(yè)核心課程。其中,專業(yè)核心課程體系是高校根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo),將核心知識領(lǐng)域的內(nèi)容組成專業(yè)核心課程,并適當(dāng)增加本校研究或應(yīng)用的特色內(nèi)容[9]。專業(yè)核心課程體系的設(shè)置,決定了專業(yè)人才培養(yǎng)的效果和質(zhì)量,也決定了是否能夠完成為社會輸送專業(yè)人才和為學(xué)科研究提供后備力量的責(zé)任。

全國開設(shè)地理信息科學(xué)專業(yè)高校約200所[10],一流專業(yè)核心課程體系及其設(shè)計原則對其他高校具有重要的參考借鑒意義[11]。武漢大學(xué)地理信息科學(xué)專業(yè)于2019年獲批國家級一流本科專業(yè)點(diǎn),剛好介于武漢大學(xué)2018版和2023版本科培養(yǎng)方案調(diào)整之間,近3年的建設(shè)也為新的專業(yè)核心課程體系設(shè)計提供了諸多經(jīng)驗。本文在分析國內(nèi)3所著名高校地理信息科學(xué)專業(yè)核心課程體系的基礎(chǔ)上,以武漢大學(xué)為例,針對專業(yè)核心課程體系的設(shè)計原則、思路和實(shí)踐細(xì)節(jié)進(jìn)行分析,以期為其他高校提供參考。

1 國內(nèi)一流大學(xué)地理信息科學(xué)專業(yè)核心課程體系

國內(nèi)一流高校GIS專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),以及服務(wù)于該目標(biāo)的核心課程體系設(shè)置,對其他高校具有重要借鑒和指導(dǎo)意義。根據(jù)軟科2022年GIS專業(yè)排名,本文對比分析了北京大學(xué)、南京大學(xué)、北京師范大學(xué)3所高校,將專業(yè)核心課程分為11個類別,包括數(shù)學(xué)類、物理類、化學(xué)類、信息技術(shù)類、地理學(xué)基礎(chǔ)類、測繪類、遙感類、GIS基礎(chǔ)類、地圖學(xué)類、空間智能計算類和前沿領(lǐng)域類;通過對比分析課程學(xué)分占比,量化分析3高校課程體系的特點(diǎn)。

1.1 北京大學(xué)

北京大學(xué)GIS專業(yè)[12]由地球與空間科學(xué)學(xué)院空間信息科學(xué)與技術(shù)系和北大遙感與地理信息系統(tǒng)研究所(系所合一管理)負(fù)責(zé)建設(shè),遙感學(xué)科的支撐使其具備了強(qiáng)大的遙感基因。該專業(yè)以培養(yǎng)高水平創(chuàng)新型空間信息科學(xué)與技術(shù)人才為宗旨,重視培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)而廣博的空間信息科學(xué)基本知識、基本理論和基本技能,掌握計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用程序設(shè)計與開發(fā)技術(shù),能勝任地理信息系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用以及遙感數(shù)據(jù)獲取、處理與應(yīng)用。北京大學(xué)GIS課程比例模塊如圖1所示,課程體系包含大量信息技術(shù)、GIS和遙感基礎(chǔ)理論課程。該專業(yè)非常注重數(shù)理知識和信息技術(shù)能力的培養(yǎng),特別是數(shù)學(xué)方面,開設(shè)了高階的離散數(shù)學(xué)和計算數(shù)學(xué)課程。這與北京大學(xué)學(xué)生的知識基礎(chǔ)是密切相關(guān)的,但也適用于其他相同層次的學(xué)校。同時面對人工智能技術(shù)發(fā)展,其鼓勵跨學(xué)院選修機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等課程,也凸顯了其在GIS與ICT融合方向的培養(yǎng)趨勢選擇。

圖1 北京大學(xué)課程模塊比例

北京大學(xué)地理信息科學(xué)專業(yè)課程體系簡潔明了,其鮮明的課程特色不是通過繁雜的模塊學(xué)分約束,而是通過課程設(shè)置引導(dǎo)。其培養(yǎng)方案中鼓勵學(xué)生跨院選課的引導(dǎo)思路,給予學(xué)生更多的選擇自由,也給予教師更多的施展空間。同時,因與北京大學(xué)遙感所合辦此專業(yè),其課程體系中遙感課程內(nèi)容豐富;注重充分利用其他學(xué)院的師資,鼓勵學(xué)生選修跨院的機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能和模式識別類課程。畢業(yè)要求修滿142學(xué)分。

1.2 北京師范大學(xué)

北京師范大學(xué)GIS專業(yè)[13]由其地理科學(xué)學(xué)部(簡稱地學(xué)部)建設(shè)。地學(xué)部起源于京師大學(xué)堂師范館史地類,1928年正式成立地理系,是全國少數(shù)成立較早的地理系之一,發(fā)展歷史悠久。2016年11月,由地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院、資源學(xué)院、災(zāi)害風(fēng)險科學(xué)研究院、地表過程與資源生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗室、遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室共同組建成立北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部。地學(xué)部以地理學(xué)為主體,同時建設(shè)測繪科學(xué)與技術(shù)、安全科學(xué)與工程等相關(guān)學(xué)科。

北京師范大學(xué)GIS專業(yè)是在傳統(tǒng)地理學(xué)科基礎(chǔ)上建立起來的。該專業(yè)培養(yǎng)具備GIS基本理論,掌握地理信息系統(tǒng)、遙感數(shù)據(jù)及衛(wèi)星導(dǎo)航與定位數(shù)據(jù)的獲取與處理、計算機(jī)軟件設(shè)計及空間信息應(yīng)用的基礎(chǔ)理論和技術(shù)方法,能在有關(guān)部門從事地理信息系統(tǒng)、遙感及衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)的研究、教學(xué)、應(yīng)用軟件與系統(tǒng)開發(fā)的未來精英人才,畢業(yè)要求修滿155學(xué)分。

該專業(yè)注重地理學(xué)基礎(chǔ)的培養(yǎng),同時在遙感分析、地學(xué)分析等方面課程豐富,信息技術(shù)類相對弱化,北京師范大學(xué)的課程體系體現(xiàn)了其傳統(tǒng)地理學(xué)的深厚底蘊(yùn)。北京師范大學(xué)也是3所高校內(nèi)唯一開設(shè)化學(xué)基礎(chǔ)課的高校,這是作為其開設(shè)的氣象與氣候?qū)W、土壤地理學(xué)等傳統(tǒng)課程的基礎(chǔ)。北京師范大學(xué)GIS課程比例模塊如圖2所示。

圖2 北京師范大學(xué)課程模塊比例

相比其他高校,北京師范大學(xué)的GIS培養(yǎng)強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)地理學(xué)知識,特別是自然地理學(xué)方向,結(jié)合了其在氣象學(xué)、災(zāi)害學(xué)方面的優(yōu)勢;同時注重遙感類知識的培養(yǎng),主要是用于開展地學(xué)分析,滿足對大范圍地理數(shù)據(jù)的快速獲取需求;對學(xué)生的數(shù)學(xué)知識要求也較高,學(xué)生綜合知識培養(yǎng)全面。

1.3 南京大學(xué)

南京大學(xué)地理信息科學(xué)專業(yè)[14]創(chuàng)建于1957年,是當(dāng)時國內(nèi)綜合性大學(xué)中唯一培養(yǎng)地圖編制和地圖學(xué)研究人才的專業(yè)。1955年由李海晨教授主持籌備建立地圖學(xué)專業(yè),并于1957年正式招生(本科五年制)。

該專業(yè)以培養(yǎng)具有寬厚基礎(chǔ)、實(shí)踐能力強(qiáng)的高素質(zhì)的地理學(xué)創(chuàng)新人才為目標(biāo),按照“專業(yè)教育與素質(zhì)教育相結(jié)合、知識傳授與能力培養(yǎng)相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合”的教育理念,強(qiáng)調(diào)學(xué)生的地理學(xué)基礎(chǔ)理論、數(shù)理化、計算機(jī)、外語等基礎(chǔ)知識和基本能力培養(yǎng),在使其掌握各專業(yè)技能的基礎(chǔ)上,加強(qiáng)有關(guān)高科技的手段和方法的教學(xué)訓(xùn)練,并使學(xué)生了解本學(xué)科發(fā)展的動態(tài)和前沿,具有寬厚的基礎(chǔ)、較強(qiáng)的實(shí)踐基礎(chǔ)、較高的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神,旨在培養(yǎng)高層次、高質(zhì)量的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用人才,適應(yīng)國家人才需要和科學(xué)發(fā)展需要的復(fù)合型優(yōu)秀人才。畢業(yè)要求修滿150學(xué)分。

南京大學(xué)GIS課程比例模塊如圖3所示。其課程體系體現(xiàn)了很好的均衡性,地理學(xué)、GIS基礎(chǔ)、信息技術(shù)類課程相對均衡。同時,該專業(yè)非常重視地圖學(xué)知識教育,開設(shè)了大量地圖學(xué)類課程,這是區(qū)別于前兩所學(xué)校的鮮明特色,與南京大學(xué)悠久的制圖學(xué)傳統(tǒng)和學(xué)科基礎(chǔ)是密不可分的。同時,南京大學(xué)還開設(shè)了大量涉及土地資源管理和規(guī)劃的課程。南京大學(xué)GIS培養(yǎng)的人才知識相對平衡,是國內(nèi)非常具有代表性GIS專業(yè)培養(yǎng)方案。

圖3 南京大學(xué)課程模塊比例

1.4 3所大學(xué)專業(yè)核心課程對比

3所大學(xué)的GIS專業(yè)各有特色,是基于其服務(wù)領(lǐng)域、培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)科基礎(chǔ)共同影響的結(jié)果,分析其特點(diǎn)如下:

(1)數(shù)學(xué)知識都得到足夠的重視。3所高校都至少開設(shè)了高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計和概率論3門基礎(chǔ)數(shù)學(xué),北京大學(xué)額外增加了計算數(shù)學(xué)和離散數(shù)學(xué);3所高校對物理都有最低要求,而對化學(xué)理解不一致(見表1)。

表1 3所大學(xué)的課程體系學(xué)分結(jié)構(gòu)對比 學(xué)分

(2)北京大學(xué)和南京大學(xué)對信息技術(shù)類的培養(yǎng)要求很高,基本都開設(shè)了將近10門課,涉及計算機(jī)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、高級GIS程序設(shè)計。同時,北京大學(xué)課程很好地與當(dāng)前ICT技術(shù)發(fā)展相結(jié)合,增加了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析和人工智能類課程。

(3)地理學(xué)課程的比重差距比較大。北京大學(xué)地空院GIS專業(yè)的支撐學(xué)科是地質(zhì)、地球物理等學(xué)科,而地理學(xué)科主要在城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院建設(shè),故整體上地理學(xué)課程基本按照最低要求設(shè)置。而北京師范大學(xué)和南京大學(xué)地理學(xué)課程比重非常高,學(xué)分達(dá)到30分,基本涵蓋地理學(xué)的各個方面,很好地體現(xiàn)了各校GIS專業(yè)的學(xué)科傳承和特色。遙感類課程比重相對差異不大。北京大學(xué)因其與遙感所合辦而比重高,北京師范大學(xué)因其地理分析對數(shù)據(jù)需求而高,南京大學(xué)相對弱化。

(4)地圖學(xué)類別課程差異明顯。北京大學(xué)只有地圖學(xué)一門課,而南京大學(xué)地圖學(xué)課程豐富。國內(nèi)GIS專業(yè)發(fā)源于地圖學(xué)專業(yè),而地圖學(xué)專業(yè)在1998年專業(yè)調(diào)整中合并為測繪工程專業(yè)。地圖學(xué)專業(yè)在國家建設(shè)過程中培養(yǎng)了大量的制圖人才,它的取消也反映了專業(yè)設(shè)立服務(wù)于社會分工的特點(diǎn)。當(dāng)前,地圖學(xué)與人工智能圖像處理領(lǐng)域密切相關(guān),如計算原理、空間腦認(rèn)知、空間可視化等,均可與人工智能、數(shù)字孿生等新技術(shù)理論結(jié)合,新型泛地圖學(xué)人才的需求正在增長。

(5)空間智能計算模塊是空間分析課程的深化,該類課程傳統(tǒng)上包括空間分析和地學(xué)統(tǒng)計。從服務(wù)全球和國家的視野,以及與大數(shù)據(jù)分析、人工智能結(jié)合而言,空間分析都有必要向空間智能計算方向發(fā)展,在課程設(shè)計中應(yīng)突出智能計算方面的方法論,并結(jié)合具體的自然地理、人文地理、城市規(guī)劃等問題,進(jìn)行原理和技術(shù)訓(xùn)練。

2 武漢大學(xué)專業(yè)核心課程體系設(shè)計與實(shí)踐

1965年Howard Fisher在哈佛大學(xué)創(chuàng)建空間分析和可視化的研究中心(Laboratory for Computer Graphics,LCG),研發(fā)計算機(jī)制圖相關(guān)軟件,隨后一系列以解決空間數(shù)據(jù)處理從模擬轉(zhuǎn)向數(shù)字化技術(shù)理論的研究,促使地理信息系統(tǒng)的誕生。這一時期,國內(nèi)高校一批地圖制圖專業(yè)最早開始數(shù)字化轉(zhuǎn)型,到1993年教育部在地理科學(xué)類下設(shè)立地理信息系統(tǒng)與地圖學(xué)專業(yè),標(biāo)志地理信息系統(tǒng)專業(yè)教育在全國廣泛開展。1998年,教育部取消了測繪類下的地圖學(xué)專業(yè),并入測繪工程專業(yè),并在地理科學(xué)類下設(shè)立地理信息系統(tǒng)專業(yè),這標(biāo)志著地理信息系統(tǒng)基本解決了計算機(jī)制圖相關(guān)問題,形成獨(dú)立完善的理論和方法體系。2012年,教育部取消地理信息系統(tǒng)專業(yè),設(shè)立地理信息科學(xué)專業(yè)[15],標(biāo)志著GIS逐漸剝離其工科的工程特質(zhì),成為一個完整的理學(xué)專業(yè)。2015年,由武漢大學(xué)申請,教育特設(shè)了地理空間信息工程專業(yè),反映了國家大型地理信息工程建設(shè)對人才的需求?？梢?GIS專業(yè)從誕生就帶有地理學(xué)、測繪科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的基因。地理信息科學(xué)專業(yè)的設(shè)立見表2。

表2 地理信息科學(xué)專業(yè)的設(shè)立

武漢大學(xué)GIS專業(yè)的前身是1956年我國最早創(chuàng)立的地圖制圖專業(yè),是武漢測量制圖學(xué)院的4個創(chuàng)始專業(yè)之一,2019年獲批國家一流本科專業(yè)。本專業(yè)一般年招生100人左右,分4個班2個方向,包括地理信息科學(xué)方向和數(shù)字制圖與空間信息工程方向。學(xué)院執(zhí)行大類招生政策,并在入學(xué)第3學(xué)期結(jié)束后分流到具體專業(yè),因此專業(yè)核心課程體系由公共基礎(chǔ)課、大類平臺課、專業(yè)必修課和專業(yè)選修課4部分組成。在強(qiáng)化數(shù)理知識的前提下,專業(yè)核心課程被劃分為7個模塊,包括GIS基礎(chǔ)模塊、地圖學(xué)模塊、空間智能計算模塊、信息技術(shù)模塊、測繪遙感地理模塊和GIS前沿模塊,具體組成見表3。

表3 GIS專業(yè)課程體系

本專業(yè)核心課程體系設(shè)置的主要原則如下:①學(xué)科支撐。專業(yè)依托地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)、地圖制圖學(xué)與地理信息工程兩個重點(diǎn)學(xué)科,有深厚的學(xué)科積累,特別是在測繪學(xué)科支撐下的培養(yǎng)特色。②社會需求。本專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生主要從事空間分析、信息技術(shù)開發(fā)、地圖設(shè)計編制,以及其他方向。近幾年,前兩者的工作需求明顯高于地圖設(shè)計編制。因此,在保持地圖學(xué)特色基礎(chǔ)上,課程體系增加了空間信息可視化、地圖藝術(shù)設(shè)計、空間認(rèn)知等課程,提升地圖學(xué)設(shè)計的美學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)原理教育[16],以提升學(xué)生能力和競爭力。③師資結(jié)構(gòu)。教師是課程體系的執(zhí)行者,良好的課程體系設(shè)置要考慮現(xiàn)有的師資結(jié)構(gòu)、研究方向;同時也應(yīng)根據(jù)課程體系的實(shí)際需要不斷補(bǔ)充師資力量,要組織一群能夠深刻理解學(xué)科的知識體系,并把握學(xué)科發(fā)展方向的教師團(tuán)隊,更有效地開展專業(yè)教學(xué)活動。

同時課程體系中還包含其他一些特點(diǎn):強(qiáng)化空間智能計算教育[17],增加了機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課程,并擴(kuò)展了空間智能計算[18]和社會地理計算[19]兩門課程,跟當(dāng)前地理智能的發(fā)展趨勢呼應(yīng);完整的信息技術(shù)知識體系,覆蓋從基礎(chǔ)知識到完整的GIS軟件設(shè)計流程,并特別針對三維GIS和WebGIS開設(shè)課程[20];豐富的GIS前沿知識模塊,由GIS研究進(jìn)展課程統(tǒng)領(lǐng),講解最新學(xué)科研究成果,同時根據(jù)教師各自研究方向開設(shè)具體前沿課程。

3 結(jié) 論

地理信息科學(xué)專業(yè)依托于地理學(xué)、測繪科學(xué)與技術(shù)、信息技術(shù)等多個學(xué)科,相關(guān)學(xué)科技術(shù)理論的發(fā)展推動GIS專業(yè)不斷補(bǔ)充和優(yōu)化其核心課程體系。同時,針對社會需求的變化,也應(yīng)適時調(diào)整專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程體系,以使培養(yǎng)的人才達(dá)到社會需求的標(biāo)準(zhǔn)。本文對比分析了國內(nèi)3所一流大學(xué)GIS專業(yè)課程體系,并以武漢大學(xué)核心課程體系設(shè)計實(shí)踐為例,得到以下結(jié)論:核心課程體系設(shè)置基于各高校學(xué)科特點(diǎn)和歷史傳統(tǒng),雖有大同而卻留小異。因此,在本專業(yè)課程體系設(shè)置時,不應(yīng)完全復(fù)制他校,而應(yīng)充分利用本校的學(xué)科積累,突出特色;應(yīng)根據(jù)學(xué)科知識發(fā)展和社會需求變化適時調(diào)整課程體系,即使課程體系不易調(diào)整,也應(yīng)在原有課程中補(bǔ)充或優(yōu)化課程內(nèi)容;數(shù)理知識是GIS專業(yè)的重要基礎(chǔ),應(yīng)確保至少開設(shè)高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計和概率論3門數(shù)學(xué)課程,在有教學(xué)條件和學(xué)生能力足夠的情況下,應(yīng)增設(shè)相關(guān)數(shù)學(xué)課程。