大數(shù)據(jù)與智能時(shí)代的地理信息科學(xué)教育變革之思考

李海峰，李蘇旻

摘 要：大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代將帶來一場高等教育領(lǐng)域的重大變革，這次變革不僅會(huì)深遠(yuǎn)的影響大學(xué)生的學(xué)習(xí)模式，而且會(huì)給教師帶來前所未有的挑戰(zhàn)。文章將首先分析大數(shù)據(jù)與智能時(shí)代的地理信息科學(xué)教育特點(diǎn)與問題，并從教師、學(xué)生兩方面出發(fā)，來闡述大數(shù)據(jù)與人工智能時(shí)代下的新機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；人工智能；教育變革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）21-0145-03

Abstract： Big data and artificial intelligence era will bring a revolution in the field of higher education. This revolution will not only deeply impact on the learning model of college students， but also bring unprecedented challenges to teachers. This paper will first analyze the characteristics and problems of geographic information science education in big data and artificial intelligence era. Then， from the aspects of teachers and students respectively， we discuss the new opportunities and challenges in the new era.

Keywords： Big data； Artificial intelligence； Education reform

引言

大數(shù)據(jù)已經(jīng)儼然成為了這個(gè)時(shí)代特征的代名詞，通過大數(shù)據(jù)的方式重新認(rèn)知和變革我們的社會(huì)正在成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。大數(shù)據(jù)方興未艾，人工智能的崛起，為大數(shù)據(jù)提供了強(qiáng)大的動(dòng)力和引擎。2017年7月20日，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，將人工智能定義為國家發(fā)展戰(zhàn)略。在這個(gè)規(guī)劃中，要求推動(dòng)人工智能領(lǐng)域一級(jí)學(xué)科建設(shè)，并且提出了在中小學(xué)階段開始設(shè)置人工智能課程。人工智能時(shí)代正在開啟，但是從中國教育的整體制度來看，還難以滿足大數(shù)據(jù)與人工智能時(shí)代提出的越來越高的要求，因此如何針對(duì)性對(duì)現(xiàn)行教育體系作整體的改革，才有可能從根本上應(yīng)對(duì)人工智能對(duì)我國教育形成的巨大沖擊[1-3]。本文首先分析大數(shù)據(jù)與智能時(shí)代的地理信息科學(xué)教育特點(diǎn)與挑戰(zhàn)，然后從教師和學(xué)生的角度，提出一些關(guān)于地理信息科學(xué)領(lǐng)域教育出現(xiàn)的一些新的挑戰(zhàn)。

一、大數(shù)據(jù)與智能時(shí)代的地理信息科學(xué)教育特點(diǎn)與挑戰(zhàn)

（一）地理信息科學(xué)教育特點(diǎn)

大數(shù)據(jù)與智能時(shí)代正在開啟，對(duì)人才的需求提出了更高的需求。總體來說，對(duì)人才的計(jì)算機(jī)能力、數(shù)學(xué)能力和英語能力要求越來越高。這些知識(shí)的跨度和難度對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言還是有相當(dāng)難度的。從數(shù)據(jù)庫時(shí)代，到大數(shù)據(jù)時(shí)代，再到人工智能時(shí)代，社會(huì)對(duì)學(xué)生能力的要求也變得完全不同和更加苛刻，其比較如表 1所示。

（二）地理信息科學(xué)教育存在的問題與挑戰(zhàn)

大數(shù)據(jù)與智能時(shí)代對(duì)人才的需求是對(duì)地理信息科學(xué)教育提出了新的挑戰(zhàn)。從中國的地理信息科學(xué)的發(fā)展歷來看，其研究內(nèi)容主要來源于兩個(gè)學(xué)科：測繪技術(shù)與科學(xué)和地理學(xué)。前者主要從數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)分析和決策的角度來發(fā)展地理信息科學(xué)，后者更多的注重和地理學(xué)本身結(jié)合起來。因此導(dǎo)致本科學(xué)生在學(xué)校期間需要上大量的關(guān)于測繪、和地理相關(guān)的課程，同時(shí)要接受計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)教育。這樣的后果是，看起來學(xué)生學(xué)了大量的課程，但是實(shí)際上每門課都沒有精通。因此筆者認(rèn)為新時(shí)代地理信息科學(xué)教育應(yīng)該通識(shí)化，也即鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)興趣選擇更廣闊的專業(yè)課；同時(shí)應(yīng)該“專業(yè)化”，這里的專業(yè)化指的是更嚴(yán)格的專業(yè)訓(xùn)練，而不是堆砌大量專業(yè)質(zhì)量低下的專業(yè)課程。

二、地理信息科學(xué)教育變革思考與對(duì)策

人工智能為我們社會(huì)的諸多領(lǐng)域帶來革命性的變化，例如，在金融領(lǐng)域，銀行交易員正在被計(jì)算機(jī)程序所取代，例如高盛所需要的交易員正在顯著降低；在醫(yī)療領(lǐng)域，IBM沃森機(jī)器人正在利用醫(yī)療大數(shù)據(jù)，幫助醫(yī)生進(jìn)行疾病診斷；在駕駛領(lǐng)域，汽車巨頭和互聯(lián)網(wǎng)巨頭正在投入巨資進(jìn)行無人車的研究，例如谷歌公司的無人車行駛里程已經(jīng)超過了300萬公里。在這個(gè)背景下，筆者將從教師和學(xué)生的角度分別討論兩者面臨的挑戰(zhàn)。

（一）高校教師的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

隨著開放教育的興起，課程免費(fèi)和開放程度越來越高。例如MIT，斯坦福，哈佛等名校的教學(xué)視頻在網(wǎng)絡(luò)可以越來越容易獲取[5][6]。傳統(tǒng)大學(xué)由于信息不對(duì)稱造成的壁壘正在被打破。學(xué)生接受最先進(jìn)的教育已經(jīng)越來越不受地域的約束和限制。這種教育資源的自由化和教育壟斷，正在隨著MOOC的普及而被打破[7][8]。隨著學(xué)生獲取高質(zhì)量知識(shí)的途徑越來越多，對(duì)教師的素質(zhì)和能力的要求也在不斷提高。在這種背景下，每個(gè)教師都會(huì)被放在全世界的舞臺(tái)上被比較和競技，因此高校教師面臨著更大的壓力和挑戰(zhàn)[9]。

面對(duì)這種大數(shù)據(jù)帶來的新的變革，“下一代教師”的概念呼之欲出。下一代教師承載的任務(wù)將面臨巨變。下一代教師不再是簡單的“知識(shí)灌輸者”，而是“靈魂的啟發(fā)者”。要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)角色的轉(zhuǎn)換，筆者認(rèn)為下一代教師的核心素養(yǎng)是研究能力。如前節(jié)所述，大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代對(duì)學(xué)生的要求的提高必然會(huì)體現(xiàn)到教師的要求上。因此，為了適應(yīng)這個(gè)要求，只有成為一個(gè)高水準(zhǔn)的研究者，才能真正的理解自己的領(lǐng)域，并且將領(lǐng)域的核心知識(shí)傳遞給學(xué)生，同時(shí)啟發(fā)學(xué)生分析、思考，提高分析問題和解決問題。這些能力是學(xué)生能夠終生學(xué)習(xí)的核心所在。全球視野、高水準(zhǔn)的研究素養(yǎng)、快速學(xué)習(xí)能力將構(gòu)成下一代教師最核心素質(zhì)。未來想以十年不變的教學(xué)內(nèi)容在高校立足將成為過去。

（二）大學(xué)生的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

第46屆達(dá)沃斯世界經(jīng)濟(jì)論壇發(fā)表了題為《工作的未來》（The Future of Jobs）的報(bào)告。該報(bào)告指出，現(xiàn)在65%小學(xué)生在未來將從事前所未見的、未知的、全新的職業(yè)。這就意味著由大數(shù)據(jù)和人工智能驅(qū)動(dòng)的社會(huì)變革將從現(xiàn)在開始深遠(yuǎn)的影響每個(gè)學(xué)生，那么，我們的教育究竟應(yīng)該如何培養(yǎng)孩子，應(yīng)該塑造學(xué)生什么方面的能力，并讓他們?yōu)槲磥碜龊脺?zhǔn)備，是一個(gè)非常重要的話題。筆者認(rèn)為學(xué)生應(yīng)該塑造如下三個(gè)方面的能力：

1. 批判性思維的能力

在未來，數(shù)據(jù)、知識(shí)將變得越來越容易獲取，大數(shù)據(jù)背后隱藏著無窮無盡的信息和資源。大數(shù)據(jù)時(shí)代，科學(xué)發(fā)現(xiàn)由絕對(duì)的因果驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向了關(guān)聯(lián)驅(qū)動(dòng)，即通過發(fā)現(xiàn)相關(guān)性的可能性來做出決策。絕對(duì)的因果決策更大可能性由不確定的概率決策所代替。由于這些不確定關(guān)聯(lián)關(guān)系，在不同的環(huán)境或者上下文下可能呈現(xiàn)完全不同的知識(shí)或者解釋，因此，具有批判性思考的能力，不被數(shù)據(jù)的表象和各種知識(shí)所迷惑，能夠獨(dú)立的分析問題，形成合乎邏輯，有依據(jù)的獨(dú)立判斷就顯得尤為重要。因此，學(xué)生不僅僅全盤接受知識(shí)，更重要的是形成批判性的洞見，這樣才能在大數(shù)據(jù)和智能時(shí)代利于不敗之地。

2. 專業(yè)通識(shí)與獲取信息的能力

大數(shù)據(jù)時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)上的知識(shí)已經(jīng)超過任何一個(gè)人一生可閱讀的范疇。同時(shí)互聯(lián)網(wǎng)的資源良莠不齊，因此如何通過互聯(lián)網(wǎng)獲取最優(yōu)質(zhì)的資源為己所用，變得非常關(guān)鍵[10]。由于知識(shí)的更新過快，很多學(xué)生發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)里面獲得的GIS技術(shù)，畢業(yè)就已經(jīng)過時(shí)了。在這種條件下，學(xué)生需要更強(qiáng)的信息獲取能力，或者說更好的學(xué)習(xí)能力，以便可以終生學(xué)習(xí)。

同時(shí)由于學(xué)科的交叉融合正在興起，因此，在學(xué)生需要更有意識(shí)的獲取來自其他領(lǐng)域的知識(shí)，作為學(xué)生視野的擴(kuò)充。例如，地理信息的很多學(xué)生比較抵觸其他學(xué)科的課程，比如，做GIS的不太去關(guān)注遙感，更不用提其他學(xué)科，如機(jī)器學(xué)習(xí)，人工智能，認(rèn)知科學(xué)。而這些學(xué)科可以大大的擴(kuò)展學(xué)生的視野，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)問題的認(rèn)識(shí)，提供學(xué)生對(duì)于本專業(yè)的理解。因此這種專業(yè)通識(shí)的能力也是學(xué)生未來非常重要的知識(shí)底蘊(yùn)和學(xué)術(shù)內(nèi)功。

然而目前我國在這方面還非常不夠，相反，現(xiàn)行的制度還制約了學(xué)生這方面能力的發(fā)展。例如很多學(xué)校設(shè)置了專業(yè)壁壘，規(guī)定學(xué)生只能選擇本專業(yè)的課程，不能選外專業(yè)的課程。這就導(dǎo)致了有能力的學(xué)生專業(yè)通識(shí)能力非常不夠，視野狹隘。因此筆者認(rèn)為在地理信息科學(xué)專業(yè)之外，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)通識(shí)知識(shí)顯得尤為重要。

3. 終生學(xué)習(xí)與分析能力

現(xiàn)階段地理信息科學(xué)教育存在的一個(gè)非常突出的問題是，計(jì)算機(jī)科學(xué)的理論基礎(chǔ)薄弱，動(dòng)手能力差，對(duì)知識(shí)的理解不夠。從筆者任課經(jīng)歷來看，地理信息科學(xué)的學(xué)生在應(yīng)用工具方面，比如ArcGIS，ENVI等專業(yè)軟件方面能力不錯(cuò)，但是在實(shí)際中需要擴(kuò)展功能，自己實(shí)現(xiàn)一些新功能，學(xué)生往往就束手無策。其根本原因在于學(xué)生對(duì)知識(shí)背后的原理理解不夠深刻，導(dǎo)致只知計(jì)算，不知分析。本質(zhì)上是分析問題和解決問題的能力不夠。正如張子和在《儒門事親》論述道：“不讀本草，焉知藥性？專泥藥性，決不識(shí)病；假饒識(shí)病，未必得法，識(shí)病得法，工中之甲”。例如，我們的數(shù)學(xué)教學(xué)，主要強(qiáng)調(diào)計(jì)算、解題和公式背誦，缺乏必要的邏輯訓(xùn)練，批判性思維訓(xùn)練，推理訓(xùn)練等，沒有交代概念背后的原理和知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯聯(lián)系以及其發(fā)展的來龍去脈。學(xué)生缺少邏輯推理訓(xùn)練、原理背景介紹、知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，就必然導(dǎo)致學(xué)生不能真正的理解知識(shí)點(diǎn)。對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解的匱乏，就必然不能舉一反三和靈活應(yīng)用。

如斯塔夫里阿諾斯的《全球通史》：“人類歷史中的許多災(zāi)難都源于這樣一個(gè)事實(shí)，即社會(huì)的變化總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于技術(shù)的變化。人類的惰性思維決定了總是習(xí)慣于滿足現(xiàn)有制度和技術(shù)帶來的生活狀態(tài)，因?yàn)椴杉{新思想、新制度和新做法總是令人不快的。”正是因?yàn)榇髷?shù)據(jù)和人工智能時(shí)代的到來，他們帶來的沖擊是前所未有的，而社會(huì)在這種猛烈的技術(shù)變革面前顯得無所適從。新的知識(shí)爆炸式的增長，讓知識(shí)的更新?lián)Q代變得前所未有的迅猛。在這種背景下，地理信息科學(xué)的學(xué)生更需要保持能夠終生學(xué)習(xí)的能力，這種能力才是學(xué)生在大學(xué)真正應(yīng)該學(xué)習(xí)和具備的。

三、結(jié)束語

大數(shù)據(jù)與人工智能時(shí)代正在到來已經(jīng)是不爭的事實(shí)，這波變革必然會(huì)對(duì)教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)的變革，地理信息科學(xué)這個(gè)學(xué)科如何在這種浪潮下，獲得新生和更好的發(fā)展，是一個(gè)值得各個(gè)方面都深入思考的問題。因筆者學(xué)識(shí)所限，本文無法真正觸及全面的教育改革創(chuàng)新這個(gè)極其宏大的話題。筆者認(rèn)為在新時(shí)代的背景下，作為教育的雙方面：教師和學(xué)生，都面臨前所未有的挑戰(zhàn)。教師需要具備更高的研究素質(zhì)為成為下一代教師奠定基礎(chǔ)，學(xué)生則應(yīng)該從批判性思維的能力、專業(yè)通識(shí)與獲取信息的能力和終生學(xué)習(xí)與分析能力等方面去提高自我。理解大數(shù)據(jù)和人工智能的基本特點(diǎn)，充分利用當(dāng)前大數(shù)據(jù)給教育行業(yè)帶來的改革，并站在浪潮之巔，是我們每個(gè)教育工作者應(yīng)該深思的問題。

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