新工科背景下地理信息科學專業(yè)實驗教學體系改革研究

吳浩　李暢　劉鵬程　涂振發(fā)　宋旦霞　周洋

摘 ?要 瞄準教育部提出的新工科戰(zhàn)略，分析當前地理信息科學專業(yè)實驗教學體系存在的問題，指出社會對新工科專業(yè)人才的迫切需求。圍繞學校在國土、環(huán)保、旅游和應急等特色行業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)勢學科，突出地理信息科學專業(yè)文、理、工的交叉融合，探索地理信息科學專業(yè)實驗教學體系改革的整體思路，建立起四個特色實驗教學平臺。通過三年的教學實踐應用，效果顯著，可在國內(nèi)開設(shè)地理信息科學專業(yè)的高校發(fā)揮示范作用。

關(guān)鍵詞 新工科;地理信息科學專業(yè);實驗教學體系;創(chuàng)新實踐平臺

中圖分類號：G652 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）06-0112-03

Reform Research of Experimental Teaching System for Geogra-phical Information Science under Emerging Engineering Educa-

tion//WU Hao， LI Chang， LIU Pengcheng， TU Zhenfa， SONG Danxia，

ZHOU Yang

Abstract Aiming at the Emerging Engineering Education strategy proposed by the Ministry of Education， this paper analyzed the pro-

blems existing in the current experimental teaching system of geo-graphic information science （GIS）， and pointed out the urgent need of society for professionals with Emerging Engineering background. Focusing on special industry fields and advantageous disciplines such as land， environmental protection， tourism， and emergency in

our school， we emphasized the intersection of art， science， and engi-neering of GIS major， explored the overall idea of the reform of the GIS experimental teaching system， and developed four innovative practice teaching platforms. After three years of teaching practice application， the effect is significant， and it can be used as a model for

universities that have GIS major in China.

Key words emerging engineering education; geographical informa-tion science major; experimental teaching system; innovative prac-tice platform

1 前言

為了促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和應對新經(jīng)濟發(fā)展的挑戰(zhàn)，教育部在“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的基礎(chǔ)上提出新工科戰(zhàn)略，這是我國當前高等教育改革的持續(xù)深化工程和重大行動計劃[1]。自2017年以來，我國高等教育先后形成“復旦共識”“天大行動”“北京指南”等一系列重大決議，教育部發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》等重要文件，并啟動了首批612個國家級新工科研究與實踐項目，其中地理信息科學專業(yè)屬于專業(yè)改革類的范疇[2- 3]。地理信息科學專業(yè)作為一門集地理學、計算機、測繪等為一體的新型交叉學科，具有較強的文、理、工的融合特色，已經(jīng)廣泛應用于國土管理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、礦產(chǎn)開發(fā)和土木建筑等多個行業(yè)領(lǐng)域[4]。特別是在2018年1月，教育部頒布《普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》，對地理信息科學專業(yè)的發(fā)展提出更高的要求，這與新工科建設(shè)中新結(jié)構(gòu)、新理念、新質(zhì)量、新體系、新模式的建設(shè)理念不謀而合。

2 現(xiàn)有實驗教學體系及問題

地理信息科學專業(yè)的人才培養(yǎng)要能夠適應地理信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求，要求學校在夯實學生地理信息科學的基本理論與方法的同時，更加重視相應的專業(yè)實驗教學環(huán)節(jié)，提高學生利用地理信息科學理論與方法解決當前我國新經(jīng)濟發(fā)展過程中相關(guān)行業(yè)實際問題的能力[5]，以達到新工科建設(shè)的人才培養(yǎng)要求。教育部新工科戰(zhàn)略對在新工科人才培養(yǎng)過程，一方面要求專業(yè)基本理論與方法的教學體系要做到對學科知識的全覆蓋，注重學科自身發(fā)展的特色需求;另一方面要求專業(yè)實踐能力要能在教學體系中得到提升，注重學科理論的應用實踐性和學科研究的創(chuàng)新性[6]。因此，圍繞新工科建設(shè)要求，開展實驗教學體系改革，創(chuàng)新地理信息科學實踐平臺建設(shè)，是培養(yǎng)地理信息科學專業(yè)高素質(zhì)人才的必由之路。

華中師范大學是中國地理學會華中地區(qū)代表處和湖北省地理學會掛靠單位，擁有地理學一級學科博士授權(quán)點和湖北省一級重點學科，已建成湖北省地理科學實驗教學示范中心、地理過程分析與模擬湖北省重點實驗室等多個省部級教學科研平臺，在全國地理學領(lǐng)域具有鮮明的辦學特色和高水平的社會聲譽。華中師范大學地理信息科學專業(yè)現(xiàn)有的實驗教學體系對GIS軟件設(shè)計與系統(tǒng)開發(fā)、數(shù)據(jù)處理與分析等內(nèi)容較為重視，學生在時空數(shù)據(jù)建模與分析、空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計和地理信息系統(tǒng)等方面能力得到極大提升，多次在國內(nèi)地理信息科學專業(yè)競賽中獲獎，為地理信息科學專業(yè)的新工科建設(shè)奠定堅實基礎(chǔ)。

但是，由于目前的實驗教學體系依舊是以學校原有的地理學大背景為主，同人文地理和自然地理這些較為傳統(tǒng)的地理專業(yè)方向結(jié)合較為緊密，而忽略了地理信息科學專業(yè)同新工科所倡導的大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能和虛擬現(xiàn)實等相結(jié)合的要求。無論是實驗內(nèi)容安排，還是實驗層次的設(shè)計，同新工科要求都有一定的距離，專業(yè)人才的培養(yǎng)難以適應新工科建設(shè)的要求。

3 實驗教學體系改革基本思路

實驗教學體系改革的基本思路是要能夠突出地理信息科學專業(yè)文、理、工交叉的特色，以創(chuàng)新實踐平臺為主要突破口，以科學先進的實驗方法為手段，結(jié)合新工科建設(shè)的人才培養(yǎng)需求，充分考慮地理信息科學發(fā)展的前進方向，通過教學內(nèi)容、教學方法、教學手段和實驗體系的創(chuàng)新，同國土、環(huán)保、旅游、應急四個行業(yè)熱點交叉融合，形成適應新工科建設(shè)要求的實驗教學體系[7]。此外，針對當前教學體系中存在的忽略教學內(nèi)容與傳統(tǒng)理工科相結(jié)合的現(xiàn)象，要充分發(fā)揮地理信息科學專業(yè)的工科特性，開發(fā)國土一張圖、生態(tài)環(huán)境保護、智慧旅游、安全應急管理等四個平臺，重點研究這四個實驗平臺建設(shè)的基本思路、核心內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)等。

4 實驗教學平臺的構(gòu)建方案

按照上述實驗教學體系改革基本思路，以現(xiàn)有的空間數(shù)據(jù)采集、管理、處理、分析、建模和顯示等實驗平臺為基礎(chǔ)，以國土、環(huán)保、旅游、應急四個行業(yè)領(lǐng)域地理信息專業(yè)化應用平臺搭建為核心內(nèi)容，以突出地理信息科學專業(yè)文理工交叉的學科特色為指導理念，建成滿足新工科建設(shè)要求的地理信息科學專業(yè)實驗教學平臺，具體方案如圖1所示[8]。

國土一張圖平臺 ?國土一張圖平臺是綜合利用GPS、GIS和移動互聯(lián)網(wǎng)絡等技術(shù)，通過對國土信息的遠程數(shù)據(jù)交換和統(tǒng)一標準的制定，實現(xiàn)對國土資源的實時全程監(jiān)管和集群化信息服務[9]。該平臺依托華中師范大學土地科學研究中心建成，同地理信息科學專業(yè)遙感地學分析、國土資源信息系統(tǒng)、專題地圖制作見習等相關(guān)課程與實踐實習對接，重點開展國土資源時空數(shù)據(jù)的采集、更新、處理、分析和可視化服務等方向的研究，以學生在不同學習階段接觸的不同專業(yè)主干課程為理論基礎(chǔ)，以大數(shù)據(jù)和云計算等技術(shù)為手段，有針對性地為學生提供理論應用于實踐的機會，提高學生在數(shù)據(jù)管理和分析上的能力，為學生進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)分析和土地管理相關(guān)的實習實踐創(chuàng)造條件。

生態(tài)環(huán)境保護平臺 ?生態(tài)環(huán)境保護平臺綜合利用遙感監(jiān)測、固定地面臺站監(jiān)測和固定樣地樣方監(jiān)測等手段形成生態(tài)環(huán)境監(jiān)管大數(shù)據(jù)[10]，通過ArcGIS軟件對采集的數(shù)據(jù)進行專業(yè)處理，達到生態(tài)保護的主動發(fā)現(xiàn)的監(jiān)管需求。該平臺依托華中師范大學可持續(xù)發(fā)展研究中心建立，主要與地圖學、遙感地學分析、生態(tài)規(guī)劃設(shè)計課程的教學實驗實習任務相銜接，通過地理信息科學專業(yè)與大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實等新工科學科的結(jié)合，訓練學生在數(shù)據(jù)處理與分析、專題地圖制作與分析和生態(tài)規(guī)劃設(shè)計等方面的相關(guān)能力，同時也提高學生利用GIS來解決生態(tài)保護紅線劃定、生態(tài)環(huán)境功能區(qū)劃、要素空間管控、環(huán)境風險防控等生態(tài)環(huán)境保護有關(guān)問題的能力。

智慧旅游平臺 ?智慧旅游平臺的構(gòu)建以地理空間信息技術(shù)和景觀虛擬仿真技術(shù)為出發(fā)點，將全區(qū)景點、交通、相關(guān)服務單位等資源通過網(wǎng)絡系統(tǒng)整合起來，形成一個信息資源數(shù)據(jù)庫，然后利用智能傳感設(shè)備將旅游景點、服務信息、商業(yè)單位物聯(lián)在一起，從而對旅游產(chǎn)業(yè)鏈運轉(zhuǎn)情況進行全流程的動態(tài)監(jiān)測。該平臺依托華中師范大學中國旅游研究院武漢分院建設(shè)，能夠增強地理信息科學專業(yè)學生對旅游管理的深度認知，提高其利用GIS技術(shù)解決景區(qū)運營分析、交通狀況監(jiān)測和應急緊急救援等行業(yè)重點問題。華中師范大學通過在本科人才培養(yǎng)計劃中開設(shè)的地理信息系統(tǒng)開發(fā)、地理空間分析與建模、移動GIS設(shè)計與開發(fā)等課程，都可以與智慧旅游平臺的構(gòu)建相融合，提高學生旅游管理數(shù)據(jù)庫設(shè)計、大數(shù)據(jù)分析與地理建模等相關(guān)能力。

安全應急管理平臺 ?安全應急管理平臺綜合運用衛(wèi)星遙感、低空無人機和地面監(jiān)測等手段感知城市公共安全相關(guān)數(shù)據(jù)，借助數(shù)據(jù)挖掘、三維可視化、地理時空模擬等方法，實現(xiàn)對城市突發(fā)事件的預防和處理。該平臺依托華中師范大學大數(shù)據(jù)傳播與應急管理研究中心建成，培養(yǎng)地理信息科學專業(yè)學生在城市安全應急管理中進行情景分析、方案設(shè)計和系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力。該平臺與地理信息科學專業(yè)開設(shè)的衛(wèi)星導航定位原理與應用、地理空間分析與建模等課程相結(jié)合，借助衛(wèi)星導航技術(shù)對受災區(qū)域進行精準定位，通過地理空間分析與建模技術(shù)模擬災情緊急援助的場景，將安全應急和大數(shù)據(jù)分析、信息化等技術(shù)結(jié)合在一起，能夠訓練學生空間數(shù)據(jù)采集、分析和應用的能力，支撐學生完成突發(fā)事件及應急、災害防治與事故分析等實踐內(nèi)容。

5 結(jié)語

為了保證地理信息科學專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須結(jié)合新工科的建設(shè)背景進行深入研究，在華中師范大學已有地理學教學優(yōu)勢的基礎(chǔ)上進行實驗教學方法改革。在實驗教學體系改革中，要充分考慮地理信息科學專業(yè)文理工交叉的特點，依托學校已有的土地科學研究中心、可持續(xù)發(fā)展研究中心、中國旅游研究院武漢分院、大數(shù)據(jù)傳播與應急管理研究中心等優(yōu)勢平臺，打造符合新工科建設(shè)要求的實驗教學平臺。在實驗教學平臺構(gòu)建中，依托學校承擔的國家重點研究課題以及與學校合作的相關(guān)企事業(yè)項目，讓學生直接參與項目實施，從而進一步加強產(chǎn)學研合作，縮短學生從理論到生產(chǎn)實踐應用的適應期。通過積極開展地理信息科學專業(yè)的創(chuàng)新性實驗教學體系改革實驗教學平臺構(gòu)建，深度挖掘?qū)I(yè)本身的工科特性，培養(yǎng)更符合時代和行業(yè)要求的高素質(zhì)人才，提升地理信息科學專業(yè)的建設(shè)水平。

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