陳 杰,鄧 敏,劉啟亮,石 巖,劉慧敏

(中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410083)

地理信息科學(xué)專業(yè)已成為廣泛涵蓋測(cè)繪、地理、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科跨領(lǐng)域知識(shí)的綜合性、創(chuàng)新性、實(shí)踐性的新型專業(yè)[1]。相關(guān)高校均致力于將地理信息科學(xué)專業(yè)打造成本校的特色專業(yè)。如武漢大學(xué)提出“綜合交叉,理工并舉”的培養(yǎng)特色[2];南京大學(xué)強(qiáng)調(diào)不斷探索拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式[3]。

近年來(lái),對(duì)地觀測(cè)、傳感器、物聯(lián)感知等技術(shù)的發(fā)展,使獲取對(duì)地-對(duì)人觀測(cè)的海量時(shí)空數(shù)據(jù)變得越來(lái)越便捷[4]。地理信息科學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)應(yīng)該主動(dòng)適應(yīng)新時(shí)代技術(shù)與產(chǎn)業(yè)變革的需求[5-6]。在大數(shù)據(jù)人工智能的時(shí)代背景下[7],有針對(duì)性地提升人才培養(yǎng)方案的質(zhì)量,是有關(guān)地理信息科學(xué)專業(yè)給國(guó)家與行業(yè)培養(yǎng)和輸送高層次人才的重要議題。

近年來(lái),筆者所在學(xué)校地理信息科學(xué)在學(xué)校理工融合、厚理強(qiáng)工指導(dǎo)思想下不斷發(fā)展,面向服務(wù)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)、地學(xué)應(yīng)用、智慧城市建設(shè)等國(guó)家重大需求,以地理大數(shù)據(jù)、空間智能前沿研究支撐高水平教學(xué),逐漸形成具有特色的人才培養(yǎng)模式。本文主要探討地理信息科學(xué)在大數(shù)據(jù)智能時(shí)代如何提高人才培養(yǎng)方案質(zhì)量,并分享實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 高質(zhì)量人才培養(yǎng)方案制訂的主要原則

我國(guó)地理信息行業(yè)已經(jīng)由勞動(dòng)密集型向知識(shí)密集型與技術(shù)密集型轉(zhuǎn)化。高質(zhì)量的人才培養(yǎng)方案需要直接瞄準(zhǔn)國(guó)家的重大需求、行業(yè)的技術(shù)發(fā)展、學(xué)科的基礎(chǔ)前沿,從而使得培養(yǎng)的專業(yè)人才滿足現(xiàn)代化社會(huì)的發(fā)展需要。

(1)對(duì)接國(guó)家重大需求。地理信息數(shù)據(jù)在推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展中具有基礎(chǔ)性和先行性作用。筆者所在學(xué)校地理信息科學(xué)專業(yè)始終堅(jiān)持人才培養(yǎng)緊密對(duì)接國(guó)家戰(zhàn)略,廣泛調(diào)研智慧城市、應(yīng)急管理、可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)等國(guó)家重大需求中的地理信息科學(xué)問(wèn)題與關(guān)鍵技術(shù)。如對(duì)地理信息賦能國(guó)家重大需求涉及的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)方法進(jìn)行梳理,開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市課程,讓學(xué)生掌握智慧城市建設(shè)的主要內(nèi)涵、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用場(chǎng)景[8]。

(2)面向行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。地理信息科學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)密切關(guān)注行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。筆者所在學(xué)校地理信息科學(xué)專業(yè)針對(duì)人才培養(yǎng)方案,多次深入企事業(yè)單位調(diào)研,了解用人單位的業(yè)務(wù)性質(zhì)與人才需求動(dòng)向,并邀請(qǐng)企業(yè)校外導(dǎo)師參與人才培養(yǎng)方案編制。如在人才培養(yǎng)過(guò)程中主動(dòng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐環(huán)節(jié),讓學(xué)生及時(shí)了解地理信息關(guān)聯(lián)行業(yè)的時(shí)空大數(shù)據(jù)采集、管理、分析,以及知識(shí)圖譜構(gòu)建、服務(wù)等相關(guān)技術(shù)[9]。

(3)緊跟學(xué)科發(fā)展前沿?；诤Ａ?、多源、異構(gòu)的地理大數(shù)據(jù),分析與預(yù)測(cè)現(xiàn)實(shí)規(guī)律的問(wèn)題已變得愈來(lái)愈綜合[10]。筆者所在學(xué)校一直堅(jiān)持將最新學(xué)科前沿理論、技術(shù)與方法引入地理信息科學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中。如相繼開(kāi)設(shè)地理智能與機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能數(shù)學(xué)基礎(chǔ)等課程,讓學(xué)生了解人工智能的基本概念、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、理論方法、前沿技術(shù)及其應(yīng)用。

(4)體現(xiàn)地方發(fā)展特色。筆者所在學(xué)校地理信息科學(xué)專業(yè)在人才培養(yǎng)過(guò)程中,緊扣湖南省戰(zhàn)略性新興技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,在將先進(jìn)信息技術(shù)手段與創(chuàng)新人才培養(yǎng)深度融合的同時(shí),以當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)特色為支撐推進(jìn)專業(yè)建設(shè)與改革,不斷優(yōu)化課程及教學(xué)內(nèi)容。如地理信息服務(wù)、GIS工程等課程,結(jié)合湖南自然資源智慧平臺(tái)建設(shè)應(yīng)用實(shí)例,向?qū)W生介紹地理信息技術(shù)在全省自然資源治理體系和治理能力中的作用,使學(xué)生理解如何利用地理信息服務(wù)湖南省“三高四新”戰(zhàn)略[11]。

(5)發(fā)揮學(xué)校專業(yè)優(yōu)勢(shì)。高校在開(kāi)辦地理信息科學(xué)專業(yè)時(shí)應(yīng)繼承其歷史沿革并考慮專業(yè)結(jié)構(gòu)。筆者所在學(xué)校地理信息科學(xué)專業(yè)結(jié)合學(xué)校在測(cè)繪、地質(zhì)、環(huán)境、交通等理工學(xué)科的優(yōu)勢(shì),在人才培養(yǎng)過(guò)程中注重不同學(xué)科領(lǐng)域的基本理論、技術(shù)方法的有機(jī)融合。如向?qū)W生傳授地學(xué)三維建模、空氣污染物濃度預(yù)測(cè)模擬、交通流時(shí)空分析等多學(xué)科交叉理論及技術(shù)應(yīng)用知識(shí),指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展深部資源三維可視化預(yù)測(cè)、重金屬污染動(dòng)力學(xué)模擬與三維預(yù)測(cè)等綜合實(shí)踐。

2 GIS人才培養(yǎng)方案提質(zhì)的思路

筆者所在學(xué)校地理信息科學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)始終朝著國(guó)家-行業(yè)-學(xué)科發(fā)展需求與趨勢(shì)的方向優(yōu)化,保障學(xué)生具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和先進(jìn)的專業(yè)技能。

(1)構(gòu)建“基礎(chǔ)理論-數(shù)據(jù)管理-計(jì)算技術(shù)-分析方法-工程應(yīng)用”的課程分塊管理體系,優(yōu)化課程內(nèi)容和銜接關(guān)系。為系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生的地理思維、計(jì)算思維、工程思維,優(yōu)化構(gòu)建“基礎(chǔ)理論-數(shù)據(jù)管理-計(jì)算技術(shù)-分析方法-工程應(yīng)用”五大專業(yè)課程模塊,如圖1所示。

a. 在基礎(chǔ)理論模塊,依照《地理科學(xué)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》中的地理信息科學(xué)專業(yè)核心課程建議,開(kāi)設(shè)了地球科學(xué)概論、地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用、地圖學(xué)概論、遙感原理與應(yīng)用、自然地理、人文地理、空間統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)、人工智能數(shù)學(xué)基礎(chǔ)等課程,讓學(xué)生掌握地理、測(cè)繪、遙感、數(shù)學(xué)、人工智能等學(xué)科的基本知識(shí)和基本方法。

b. 在數(shù)據(jù)管理模塊,由測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)為引導(dǎo),開(kāi)設(shè)了衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)應(yīng)用、空間數(shù)據(jù)采集與管理、攝影測(cè)量學(xué)、泛在地理信息感知及應(yīng)用、激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理概論、地圖制圖與可視化、空間數(shù)據(jù)庫(kù)原理與技術(shù)等課程,系統(tǒng)性培養(yǎng)學(xué)生獲取、管理、處理、可視化地理空間大數(shù)據(jù)的能力。

c. 在計(jì)算技術(shù)模塊,以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程為基礎(chǔ),圍繞地理與遙感數(shù)據(jù)的處理與計(jì)算開(kāi)設(shè)了科學(xué)計(jì)算與Python語(yǔ)言、遙感數(shù)字圖像處理、GIS圖形算法基礎(chǔ)、GIS算法設(shè)計(jì)、地理智能與機(jī)器學(xué)習(xí)等課程,強(qiáng)化學(xué)生掌握科學(xué)計(jì)算、智能分析等大數(shù)據(jù)計(jì)算的有力工具。

d. 在分析方法模塊,開(kāi)設(shè)了空間分析、時(shí)空大數(shù)據(jù)概論、遙感地學(xué)分析、區(qū)域分析方法、數(shù)字高程模型、三維空間信息建模等課程,培養(yǎng)學(xué)生具備分析地理時(shí)空大數(shù)據(jù)的能力,利用遙感影像進(jìn)行地理空間信息分析的能力和進(jìn)行地表與地下三維空間信息建模的能力。

e. 在工程應(yīng)用模塊,開(kāi)設(shè)了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、地理信息服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)、GIS工程、GIS應(yīng)用開(kāi)發(fā)、移動(dòng)GIS設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市等課程,要求學(xué)生能夠熟練掌握地理信息工程設(shè)計(jì)與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、空間信息技術(shù)應(yīng)用等方面的技能,具備良好的地理信息系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、軟件開(kāi)發(fā)、服務(wù)應(yīng)用及項(xiàng)目管理能力。

課程體系在經(jīng)過(guò)優(yōu)化構(gòu)建之后,學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)、就業(yè)或升學(xué)方面都取得了更為廣泛的成效。如2022屆本科畢業(yè)論文選題就包含人類活動(dòng)視角下的城市設(shè)施關(guān)聯(lián)模式挖掘及可視化分析、面向城市土地利用推斷的自適應(yīng)加權(quán)多視角子空間聚類方法、場(chǎng)景相似度量下的城市污染建模遷移研究等涉及地理時(shí)空大數(shù)據(jù)、人工智能、三維地學(xué)建模等諸多領(lǐng)域的前沿主題。此外,學(xué)生的就業(yè)與升學(xué)也涵蓋了自然資源、交通水利、國(guó)土規(guī)劃、測(cè)繪遙感、IT、互聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)行業(yè)方向。

(2)緊跟大數(shù)據(jù)智能時(shí)代的學(xué)科專業(yè)發(fā)展要求,修訂完善專業(yè)課程體系。人工智能技術(shù)快速進(jìn)步給地理空間問(wèn)題研究與應(yīng)用的智能化發(fā)展和融合創(chuàng)新帶來(lái)了新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)[12]。地理信息科學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)應(yīng)該要求學(xué)生掌握時(shí)空大數(shù)據(jù)的處理與分析能力,支撐自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)、國(guó)土空間規(guī)劃、智慧城市建設(shè)與運(yùn)行、突發(fā)事件監(jiān)測(cè)預(yù)警及災(zāi)后恢復(fù)輔助決策等應(yīng)用。為此,筆者所在學(xué)校地理信息科學(xué)專業(yè)緊跟大數(shù)據(jù)智能時(shí)代的學(xué)科專業(yè)建設(shè)要求,針對(duì)性地進(jìn)行課程修訂,如圖2所示。

如新增人工智能數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程,提升學(xué)生在大數(shù)據(jù)分析與地理空間智能方面的知識(shí)水平與實(shí)踐技能;面向當(dāng)前泛在測(cè)繪、群智感知等地理信息獲取技術(shù)與制圖模式的新發(fā)展,增設(shè)泛在地理信息智能感知及應(yīng)用課程;新增空間數(shù)據(jù)采集與管理課程,向?qū)W生介紹空間數(shù)據(jù)采集與管理的基本原理、處理方法和過(guò)程;為讓學(xué)生具備時(shí)空大數(shù)據(jù)分析的計(jì)算基礎(chǔ),并增強(qiáng)為地理信息各行業(yè)領(lǐng)域提供支撐與服務(wù)的能力,分別增設(shè)GIS算法設(shè)計(jì)、地理智能與機(jī)器學(xué)習(xí)、GIS應(yīng)用開(kāi)發(fā)、地理信息服務(wù)等課程,根據(jù)當(dāng)前智慧城市建設(shè)的技術(shù)要求,將原來(lái)的智慧城市導(dǎo)論改為物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市。

(3)融合跨多學(xué)科的領(lǐng)域知識(shí),實(shí)現(xiàn)“理論基礎(chǔ)-計(jì)算分析-工程開(kāi)發(fā)”多層次綜合交叉。筆者所在學(xué)校地理信息科學(xué)專業(yè)在發(fā)展過(guò)程中與測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)、地質(zhì)工程與地質(zhì)資源學(xué)科關(guān)聯(lián)密切[13],在人才培養(yǎng)上兼顧工科與理科的特點(diǎn)來(lái)培養(yǎng)高水平地理信息技術(shù)人才的綜合素養(yǎng)與能力?？紤]到國(guó)家需求與行業(yè)趨勢(shì)對(duì)信息技術(shù)有較高要求的特點(diǎn)[14-15],開(kāi)設(shè)了跨地理、遙感、測(cè)繪、地質(zhì)、計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)、人工智能等學(xué)科的課程(如圖3所示),有助于學(xué)生具備系統(tǒng)性的專業(yè)知識(shí)及跨學(xué)科背景的批判思維和綜合思維,并學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)工具解決地理信息領(lǐng)域中的問(wèn)題。如該專業(yè)的師生在第一屆中國(guó)地球科學(xué)大數(shù)據(jù)挖掘與人工智能挑戰(zhàn)賽中,綜合運(yùn)用地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、數(shù)學(xué)、大數(shù)據(jù)、人工智能等多學(xué)科領(lǐng)域交叉知識(shí),從150個(gè)參賽隊(duì)伍中脫穎而出,榮獲全國(guó)一等獎(jiǎng)。近5年,該專業(yè)的學(xué)生在老師指導(dǎo)下開(kāi)展了近70余項(xiàng)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目,充分體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)不同領(lǐng)域知識(shí)的掌握能力。

圖3 “跨領(lǐng)域知識(shí)融合”與“多層次綜合交叉”相銜接

3 結(jié)論與展望

專業(yè)人才培養(yǎng)工作是高校的根本任務(wù),體現(xiàn)了專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)人才培養(yǎng)的要求,是高質(zhì)量人才培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)。筆者所在學(xué)校地理信息科學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)堅(jiān)持以國(guó)家-行業(yè)-學(xué)科發(fā)展需求為導(dǎo)向,以適應(yīng)大數(shù)據(jù)與人工智能時(shí)代對(duì)人才的能力需求為驅(qū)動(dòng)力,積極探索人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升舉措,并在課程設(shè)置、課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、實(shí)踐教學(xué)等方面不斷探索積累高質(zhì)量人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn),取得了一系列成效。目前,已將空間分析建成為國(guó)家一流課程,地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用建成為湖南省一流本科課程,地圖學(xué)概論、空間統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)、遙感原理與應(yīng)用等建成為筆者所在學(xué)校金課,先后編寫(xiě)《空間分析》《空間數(shù)據(jù)可視化》《GIS工程與應(yīng)用》《遙感原理與應(yīng)用》等專業(yè)核心課程教材12部。此外,還鼓勵(lì)學(xué)生積極參與相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽,檢驗(yàn)學(xué)生的解決問(wèn)題的能力及教學(xué)過(guò)程的效果與質(zhì)量。近年來(lái),筆者所在學(xué)校連續(xù)獲得全國(guó)大學(xué)生GIS應(yīng)用技能大賽、全國(guó)高等學(xué)校大學(xué)生測(cè)繪科技論文大賽、全國(guó)地球科學(xué)大數(shù)據(jù)挖掘與人工智能挑戰(zhàn)賽最高獎(jiǎng)。今后學(xué)校將繼續(xù)思考互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、人工智能等對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)重點(diǎn)的新要求,進(jìn)一步完善培養(yǎng)方案、優(yōu)化資源配置、改革教學(xué)方式、提升實(shí)踐平臺(tái),多層次全方位創(chuàng)造條件為國(guó)家和社會(huì)培養(yǎng)有知識(shí)、會(huì)思考、懂交叉、能創(chuàng)新的新型地理信息科技人才。