吳 亮，宋振振，陳占龍，周 琪，郭明強，劉 鄭

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）計算機學(xué)院；2.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地理與信息工程學(xué)院；3.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）國家地理信息系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430074）

0 引言

地理空間信息軟件是一類專門用于處理、分析與可視化地理空間數(shù)據(jù)的計算機軟件，可處理地圖數(shù)據(jù)、遙感影像、地形數(shù)據(jù)等地理空間數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成有價值的地理信息［1］。地理空間信息軟件在國家發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用，為國家決策、資源管理、災(zāi)害管理、城市規(guī)劃等諸多領(lǐng)域提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支持和決策工具，是實現(xiàn)國家可持續(xù)發(fā)展的重要支撐工具［2-3］。

近年來，社會對地理空間信息軟件人才的需求逐年上升。中國人才網(wǎng)和智聯(lián)招聘等人才招聘網(wǎng)站的數(shù)據(jù)顯示，2023 年第一季度，中國國內(nèi)對地理空間信息軟件人才的需求量達到了約15 000 人，這一數(shù)字同比上年增長了約23%。從地區(qū)分布上看，北京、上海、廣州等一線城市的需求量最大，其需求量占比達到總需求量的42%，其次是杭州、成都、武漢等二線城市，約占總需求量的30%。從企業(yè)性質(zhì)來看，高新技術(shù)企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的需求量最大，其次是地理信息服務(wù)公司和政府部門?？傮w來看，中國國內(nèi)對地理空間信息軟件人才的需求量較大，且增速較快，未來發(fā)展前景廣闊。

人才培養(yǎng)是推動地理空間信息軟件研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵，而地理空間信息工程專業(yè)是培養(yǎng)地理空間信息軟件人才的重要專業(yè)之一，用于培養(yǎng)具備專業(yè)知識和技能、軟件開發(fā)能力、團隊合作和交叉學(xué)科應(yīng)用能力的地理空間信息軟件開發(fā)人才，可以推動地理信息技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，為社會發(fā)展提供更加先進、高效的軟件工具和解決方案［4-5］。國家目前對素質(zhì)高、能力強、視野開闊的地理空間信息人才的需求愈發(fā)迫切，因此對人才培養(yǎng)模式和培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高要求［6］。

近年來，智能化時代的到來給地理空間信息軟件人才培養(yǎng)帶來了諸多挑戰(zhàn)，如教學(xué)科研一體化推進、與人工智能專業(yè)課程的融合、多種教學(xué)模型相結(jié)合以及跨專業(yè)人才培養(yǎng)模式的探索等［7-8］。本文針對智能化時代背景下地理空間信息軟件人才培養(yǎng)模式改革的需求，結(jié)合地理空間信息軟件人才培養(yǎng)實踐，從培養(yǎng)理念、課程設(shè)置、教學(xué)模式以及產(chǎn)學(xué)研等方面，對智能化時代地理空間信息軟件人才培養(yǎng)的方法體系和模式進行研究與實踐。

1 地理空間信息軟件人才培養(yǎng)需求

在智能化時代，地理空間信息軟件人才培養(yǎng)面臨諸多機遇和挑戰(zhàn)。地理空間信息軟件人才不僅需掌握該學(xué)科的基礎(chǔ)理論和前沿技術(shù)，而且必須具備人文社會學(xué)科的基礎(chǔ)知識和思維方式，使思維更富想象力，更具發(fā)散性，更有創(chuàng)意，才能滿足現(xiàn)代工程對人才能力和素質(zhì)的要求［9］。地理空間信息軟件人才培養(yǎng)需要平臺作為支撐，而現(xiàn)有的地理空間信息軟件人才培養(yǎng)體系還存在一些不足之處需要完善，主要體現(xiàn)在課程結(jié)構(gòu)、學(xué)科平臺、培養(yǎng)目標(biāo)以及思政教育方面。

（1）課程結(jié)構(gòu)方面。在智能化時代下，隨著機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)在計算機視覺、計算機圖形學(xué)等方面深入而廣泛的應(yīng)用，掌握這些前沿技術(shù)可以讓學(xué)生在就業(yè)市場上獲得較大優(yōu)勢，人工智能的相關(guān)理論、方法、應(yīng)用也更容易激發(fā)學(xué)生的求知欲［10］。因此，在傳統(tǒng)的GIS 空間分析、遙感導(dǎo)論等基礎(chǔ)課程體系中引入以人工智能方法為代表的新方法，可滿足智能化時代對地理空間信息工程專業(yè)課程結(jié)構(gòu)的要求，從而增強學(xué)生的市場競爭力［11］。

（2）學(xué)科平臺方面。目前地理信息產(chǎn)業(yè)中面臨諸多現(xiàn)實的工程問題需要解決，如城市規(guī)劃、科學(xué)管理、智能決策、地理空間信息智能預(yù)測等，從而對地理空間信息工程專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高要求，特別是需要培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力、科研能力，以及將人工智能技術(shù)應(yīng)用到地理空間信息處理中的能力［12-13］。為了滿足上述要求，需要建設(shè)一個集人工智能與地理空間信息工程技術(shù)為一體的跨學(xué)科平臺，該平臺用于解決傳統(tǒng)教學(xué)模式中重教學(xué)、輕實踐的不足，避免地理空間信息工程專業(yè)人才培養(yǎng)陷入“閉門造車”的境地，從而進一步彌補人才培養(yǎng)與人才需求之間的差距，實現(xiàn)教學(xué)與科研之間的良性互動。

（3）培養(yǎng)目標(biāo)方面。地理空間信息工程是一門將地理空間信息技術(shù)與現(xiàn)代軟件工程技術(shù)相結(jié)合的專業(yè)，不僅要求學(xué)生掌握完備的地理空間信息處理相關(guān)知識體系，而且要求掌握地理空間信息處理的必備技能，如地理空間數(shù)據(jù)處理、空間分析、地圖制圖、編程、數(shù)據(jù)庫操作等技術(shù)［14］。智能化時代的到來對這一培養(yǎng)目標(biāo)提出了更高要求，還要求學(xué)生掌握地理空間數(shù)據(jù)的智能處理與分析、知識圖譜挖掘、智能決策支持等相關(guān)技術(shù)，能夠?qū)⒄n程、實習(xí)、科研三者有機結(jié)合起來。通過將學(xué)生參與的實習(xí)、科研、學(xué)科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等活動進行學(xué)分量化，以期提高學(xué)生的動手能力和專業(yè)素質(zhì)，從而滿足地理信息產(chǎn)業(yè)所需的專業(yè)素質(zhì)和技能要求，為國家培養(yǎng)出創(chuàng)新能力強、可適應(yīng)智能化時代發(fā)展的地理空間信息軟件人才［15］。

（4）思政教育方面。智能化時代下的地理空間信息工程專業(yè)需要對專業(yè)體系中所蘊含的思想價值和精神內(nèi)涵進行深度挖掘，在課程體系中強化思政教育。一方面，該專業(yè)屬于工科專業(yè)，在學(xué)生培養(yǎng)過程中不免著重強調(diào)自然科學(xué)和技術(shù)價值，而忽略了對科學(xué)文化內(nèi)容及技術(shù)倫理的思考等，導(dǎo)致學(xué)生缺少對人工智能、地理信息等技術(shù)的價值判斷標(biāo)準(zhǔn)和能力［16］；另一方面，課程缺少涉及中國特色的地理空間信息理論和教學(xué)案例，使學(xué)生對中國地理空間信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r了解不足，缺乏對中國地理空間信息技術(shù)的文化自信。

因此，在智能化時代下，如何確立人才培養(yǎng)模式的指導(dǎo)思想、如何結(jié)合高校優(yōu)勢和學(xué)科特點開展創(chuàng)新工作等成為當(dāng)下亟待深入探索的問題。

2 地理空間信息軟件人才培養(yǎng)模式實踐

智能化時代下的地理空間信息軟件專業(yè)人才培養(yǎng)模式實際是一項具有創(chuàng)新性的工作，通過將智能測繪時代下的教育新理念、新機構(gòu)、新模式進行深度融合（見圖1），從而貫徹落實學(xué)校的人才培養(yǎng)理念，完善“寬口徑、厚基礎(chǔ)”的本科教育模式，構(gòu)建多元化、個性化的地理空間信息專業(yè)人才培養(yǎng)體系。為此，通過梳理地理空間信息工程專業(yè)建設(shè)思路、優(yōu)化地理空間信息工程本科教學(xué)課程體系、改革教學(xué)模式、創(chuàng)建實踐教學(xué)基地，從而打造地理空間信息拔尖創(chuàng)新人才基地，探索智能化時代下地理空間信息人才的培養(yǎng)模式。

Fig.1 Talent cultivation mode for geospatial information software in the era of intelligence圖1 智能時代地理空間信息軟件人才培養(yǎng)模式

2.1 教研一體化跨學(xué)科教學(xué)平臺建設(shè)

基于縱向的跨學(xué)科教學(xué)體系對低年級學(xué)生進行基礎(chǔ)與通識教育，對高年級學(xué)生進行跨學(xué)科主修與輔修教育，并適量提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，合理增加課程難度，拓展課程深度，擴大課程的可選擇性，進一步完善課程教學(xué)基本規(guī)范。依托國家地理信息系統(tǒng)工程技術(shù)工程研究中心開展實驗教學(xué)，以科研項目為基礎(chǔ)支撐，以理論教學(xué)中的問題和任務(wù)為導(dǎo)向，安排理論、方法應(yīng)用的實驗內(nèi)容，開展原理、方法拓展的自主實驗，有導(dǎo)向性地培養(yǎng)跨學(xué)科人才。

通過建立智能化框架下理論學(xué)習(xí)與技術(shù)實踐相結(jié)合的教學(xué)模式，加強學(xué)校和企業(yè)之間的溝通與合作，真實打通學(xué)校與企業(yè)之間的壁壘，最終將學(xué)習(xí)、設(shè)計、研究與成果結(jié)合起來，在研究中學(xué)習(xí)，在實踐中收獲，實現(xiàn)良性教學(xué)研究互動。基于跨學(xué)科的人才培養(yǎng)理念構(gòu)建測繪科學(xué)與技術(shù)、信息技術(shù)、計算機科學(xué)技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域之間的知識橋梁，提升學(xué)生的綜合能力以應(yīng)對智能化時代下日益復(fù)雜的現(xiàn)實問題。

2.2 “AI+GIS”專業(yè)課程新結(jié)構(gòu)構(gòu)建

通過對培養(yǎng)方案進行精細(xì)化調(diào)整，例如增設(shè)人工智能課程模塊以及增加實習(xí)、實踐或?qū)W科競賽等環(huán)節(jié)，最終形成以地理空間信息為基礎(chǔ)、以地理大數(shù)據(jù)應(yīng)用為研究對象、以人工智能為核心的教學(xué)課程結(jié)構(gòu)，有針對性地為學(xué)生建立人工智能技術(shù)相關(guān)知識體系，如表1所示。

Table 1 AI+GIS course structure表1 AI+GIS課程結(jié)構(gòu)

同時，瞄準(zhǔn)科技前沿，構(gòu)建“AI+GIS”課程新體系，緊密圍繞地理空間信息工程的應(yīng)用需求，深入了解地理信息相關(guān)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，明確當(dāng)前環(huán)境下對創(chuàng)新型人才的具體需求。對緊密相關(guān)的人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等專業(yè)課程體系進行調(diào)研分析，深入梳理地理空間信息工程專業(yè)與相關(guān)專業(yè)課程的邏輯聯(lián)系，建立專業(yè)課程的新框架。

2.3 智能化教學(xué)新模式構(gòu)建

增加了線上與線下、校內(nèi)與校外、虛擬與現(xiàn)實相結(jié)合的教學(xué)模式，通過云平臺進行授課、作業(yè)批改等線上教學(xué)方式提升教學(xué)效率；通過指導(dǎo)學(xué)生參與科研項目、學(xué)科領(lǐng)域的創(chuàng)新性競賽，帶領(lǐng)學(xué)生對地理空間信息相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題進行探索，從而培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新與實際應(yīng)用能力，提升教學(xué)質(zhì)量。

在充分研究國內(nèi)外項目教學(xué)法的基礎(chǔ)上，結(jié)合地理空間信息工程專業(yè)的教學(xué)和產(chǎn)學(xué)研經(jīng)驗，打破年級限制，構(gòu)建一套跨年級、多層次、多目標(biāo)的綜合人才培養(yǎng)體系。在人才培養(yǎng)模式構(gòu)建過程中，以公共基礎(chǔ)課程、通識教育課程為基礎(chǔ)，以專業(yè)課程、人工智能課程為核心，以跨學(xué)科課程為應(yīng)用方向構(gòu)建教研課程框架，全面提高人才培養(yǎng)能力。學(xué)習(xí)與借鑒國內(nèi)外成功的智能化教學(xué)模式和改革案例，探索跨專業(yè)、跨學(xué)校、跨國界、跨學(xué)位的長鏈貫通培養(yǎng)模式。增加線上與線下結(jié)合、校內(nèi)與校外結(jié)合、虛擬與現(xiàn)實結(jié)合的教學(xué)模式，提升教學(xué)質(zhì)量。同時建立軟件人才培養(yǎng)的科學(xué)評價機制，不僅要評價學(xué)生的理論知識掌控情況，而且要評價其實踐能力和創(chuàng)新能力，以此引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)方向。

學(xué)科的“三融合”是指將地理空間信息軟件人才培養(yǎng)與科研平臺、人工智能課程體系以及多種教學(xué)模式進行深度融合，并落實到師資培養(yǎng)、機制建設(shè)、課程體系設(shè)計3 個方面。通過設(shè)計并制定一系列管理制度，促進跨學(xué)科專業(yè)人才培養(yǎng)，提升學(xué)生的實踐綜合能力，從而培養(yǎng)出能夠服務(wù)于國家重大戰(zhàn)略需求的全面人才。通過組織青年教師座談會、教師講課比賽以及評選優(yōu)秀指導(dǎo)教師等方式不斷加強師德師風(fēng)建設(shè)，以科研項目充實教師的教學(xué)內(nèi)容，促進教研良性循環(huán)。結(jié)合學(xué)科背景與學(xué)校特色，依托國家地理信息系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，引導(dǎo)教師把國際前沿學(xué)術(shù)發(fā)展、最新研究成果和實踐經(jīng)驗融入教學(xué)，促進師生“寓教于研、教研相長”，最大程度地提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主探究、自主創(chuàng)造能力，并提供創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、研究成果轉(zhuǎn)化機會。

3 方案實施及成效

3.1 人才培養(yǎng)方案實施

構(gòu)建教研一體化跨學(xué)科教學(xué)平臺、專業(yè)課程新結(jié)構(gòu)以及智能化教學(xué)新模式是培養(yǎng)地理空間信息軟件人才的基礎(chǔ)條件。地理空間信息軟件人才不僅要掌握地理空間信息工程專業(yè)的基礎(chǔ)理論知識，而且需要強化實踐能力。軟件開發(fā)是一門實踐性很強的工程技術(shù)，需要通過項目實踐來培養(yǎng)學(xué)生的軟件開發(fā)能力，因此學(xué)校開展了較多的軟件工程實踐課程，加強與軟件企業(yè)的合作，邀請企業(yè)工程師參與教學(xué)，鼓勵學(xué)生積極參與開源項目或企業(yè)項目實習(xí)。學(xué)科競賽也是檢驗與提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要手段，學(xué)校積極組織學(xué)生參加地理空間信息軟件開發(fā)競賽、應(yīng)用創(chuàng)新大賽等活動，激發(fā)學(xué)生對專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣，以提升人才的培養(yǎng)效果。

智能化時代的軟件技術(shù)更新速度更快，因此需要及時關(guān)注新技術(shù)的發(fā)展趨勢。學(xué)校要加大對教師的培訓(xùn)力度，鼓勵教師學(xué)習(xí)新技術(shù)與新方法，提高教學(xué)水平，并將新技術(shù)融入教學(xué)中。同時要培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，以適應(yīng)技術(shù)的快速發(fā)展。

3.2 人才培養(yǎng)成效

自中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地理空間信息工程專業(yè)獲批以來，通過協(xié)同國家地理信息系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心、地質(zhì)探測與評估教育部重點實驗室等多個國家省部級平臺，建立了跨學(xué)科交叉融合的科研與教學(xué)團隊。在開展智能化時代地理空間信息軟件人才培養(yǎng)模式實踐的過程中，為進一步了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并量化教師的教學(xué)成效，筆者針對中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地理空間信息工程專業(yè)2021 屆（首屆）畢業(yè)生成果和教師教學(xué)成果進行統(tǒng)計匯總。

團隊從理念改革、信息化改革以及考試改革3 個方面進行教學(xué)改革，以充分提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動力、動手能力與自主學(xué)習(xí)的積極性，拓展學(xué)生的思維空間。在課堂上，以項目工程問題（如選址分析問題、交通預(yù)測問題等）為導(dǎo)向，鼓勵學(xué)生使用AI+GIS 的方法提出解決思路，并使用MapGIS、ArcGIS 等GIS 平臺結(jié)合主流深度學(xué)習(xí)框架來解決問題。同時積極鼓勵學(xué)生在大二、大三期間參加學(xué)科競賽，如全國大學(xué)生高校GIS 開發(fā)大賽、大學(xué)生數(shù)學(xué)建模大賽等。學(xué)生在比賽中遇到問題時需要利用多種途徑來尋求解決問題的方法，因而使學(xué)生在課上、課下帶著問題去學(xué)習(xí)專業(yè)知識，思考問題的本質(zhì)，培養(yǎng)自己獨立分析與解決問題的能力。在求知欲氛圍濃厚的環(huán)境下，近3 年無學(xué)生考試違紀(jì)，學(xué)生畢業(yè)論文緊密結(jié)合專業(yè)方向，符合培養(yǎng)目標(biāo)，選題規(guī)范、合理。學(xué)院嚴(yán)格執(zhí)行畢業(yè)設(shè)計選題、開題評審、畢設(shè)答辯流程，教師指導(dǎo)效果好，學(xué)生論文完成質(zhì)量高，涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀畢業(yè)論文。

在項目開展以來，團隊也取得了豐碩的教學(xué)成果，其中相關(guān)成果“地理信息類專業(yè)3332 教學(xué)體系創(chuàng)建與實踐”榮獲2018 年高等教育國家級教學(xué)成果獎二等獎，并獲省級高等學(xué)校教學(xué)成果獎1 項、全國高校地理信息科學(xué)教學(xué)成果獎1 項，詳見表2。地理空間信息工程專業(yè)自2017 年招生以來，2021 屆（首屆）畢業(yè)生總?cè)藬?shù)62 人，其中升學(xué)人數(shù)26 人，升學(xué)率為41.94%，肄業(yè)人數(shù)為0，畢業(yè)生合格率為100%，詳見圖2。其中，4 名本科生在國際知名SCI 期刊發(fā)表多篇論文，實現(xiàn)了基礎(chǔ)扎實、知識面寬、能力強、素質(zhì)高的具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才培養(yǎng)目標(biāo)。

Table 2 Teaching achievements attained by the team表2 團隊取得的教學(xué)成果

Fig.2 Career destinations of the graduates from the class of 2021 in geographic spatial information engineering圖2 2021屆地理空間信息工程專業(yè)畢業(yè)生畢業(yè)去向

團隊在創(chuàng)新實踐方面采用產(chǎn)學(xué)研和“3+1”培養(yǎng)模式。在專業(yè)教師的指導(dǎo)下，學(xué)生成功申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，包括國家級2 項、省部級4 項，同時積極參與各類科技文化競賽活動，獲得全國大學(xué)生GIS 開發(fā)大賽特等獎1 項、一等獎4 項、二等獎5 項、三等獎1 項，詳見表3。其中，2020年競賽獲獎54人次。

Table 3 Summary of student awards表3 學(xué)生獲獎情況匯總

在智能化時代地理空間信息軟件人才培養(yǎng)模式的驅(qū)動下，鼓勵學(xué)生緊跟時代前沿，以解決實際問題為驅(qū)使，通過主動學(xué)習(xí)、積極探索、知識共享，融合掌握各科、多領(lǐng)域知識，有助于其開拓視野、調(diào)動學(xué)習(xí)熱情并培養(yǎng)創(chuàng)新思維。通過與多家單位簽訂產(chǎn)學(xué)研基地、實習(xí)基地，加強對學(xué)生動手實踐能力的培養(yǎng)，為地理空間信息領(lǐng)域的卓越工程師培養(yǎng)創(chuàng)造了良好環(huán)境。

4 結(jié)語

智能化時代下的地理空間信息軟件一流人才不僅要掌握地理學(xué)領(lǐng)域的前沿技術(shù)應(yīng)用知識，而且應(yīng)該具備國際化的視野和思辨能力，因此需要地理空間信息工程及其相關(guān)專業(yè)對人才培養(yǎng)模式、教學(xué)創(chuàng)新模式進行探索和創(chuàng)新。中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地理空間信息工程專業(yè)在本科教學(xué)課程體系構(gòu)建、教學(xué)模式改革、實踐教學(xué)基地建設(shè)等方面進行了積極探索，經(jīng)過多年的持續(xù)發(fā)展，已初步搭建了國內(nèi)一流的教學(xué)科研平臺，具有專業(yè)課程結(jié)構(gòu)合理、教學(xué)資源豐富、實踐教學(xué)成果突出、人才培養(yǎng)特點顯著等優(yōu)勢，對于智能化背景下的地理空間信息軟件人才培養(yǎng)模式的研究與實踐具有重要的指導(dǎo)意義。

然而，智能化時代下的地理空間信息軟件人才培養(yǎng)還面臨著一定挑戰(zhàn)，如人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的匹配度問題、新技術(shù)應(yīng)用的跟進速度問題、實踐條件的限制問題等。為此，高校應(yīng)加強產(chǎn)學(xué)研合作，密切跟蹤行業(yè)技術(shù)發(fā)展動態(tài)，及時調(diào)整人才培養(yǎng)方案；加大實踐平臺投入力度，為學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供更廣闊的舞臺；加強教師隊伍建設(shè)，提高教師的專業(yè)水平和教學(xué)能力?？傊?，智能化時代下的地理空間信息軟件人才培養(yǎng)模式研究與實踐是一個長期過程，高校應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗，在實踐中不斷改進與優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，為我國地理空間信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強有力的人才支撐。未來，高校還應(yīng)加強與國內(nèi)外相關(guān)高校和科研機構(gòu)的交流合作，共同探索地理空間信息軟件人才培養(yǎng)的新范式。