新工科背景下地理信息科學專業實驗教學體系改革研究

吳浩　李暢　劉鵬程　涂振發　宋旦霞　周洋

摘 ?要 瞄準教育部提出的新工科戰略，分析當前地理信息科學專業實驗教學體系存在的問題，指出社會對新工科專業人才的迫切需求。圍繞學校在國土、環保、旅游和應急等特色行業領域的優勢學科，突出地理信息科學專業文、理、工的交叉融合，探索地理信息科學專業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，可在國內開設地理信息科學專業的高校發揮示范作用。

關鍵詞 新工科;地理信息科學專業;實驗教學體系;創新實踐平臺

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

為了促進產業結構的調整和應對新經濟發展的挑戰，教育部在“卓越工程師教育培養計劃”的基礎上提出新工科戰略，這是我國當前高等教育改革的持續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，教育部發布了《關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屬于專業改革類的范疇[2- 3]。地理信息科學專業作為一門集地理學、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，已經廣泛應用于國土管理、城鄉規劃、環境監測、交通運輸、礦產開發和土木建筑等多個行業領域[4]。特別是在2018年1月，教育部頒布《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》，對地理信息科學專業的發展提出更高的要求，這與新工科建設中新結構、新理念、新質量、新體系、新模式的建設理念不謀而合。

2 現有實驗教學體系及問題

地理信息科學專業的人才培養要能夠適應地理信息產業快速發展的需求，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實驗教學環節，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濟發展過程中相關行業實際問題的能力[5]，以達到新工科建設的人才培養要求。教育部新工科戰略對在新工科人才培養過程，一方面要求專業基本理論與方法的教學體系要做到對學科知識的全覆蓋，注重學科自身發展的特色需求;另一方面要求專業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新性[6]。因此，圍繞新工科建設要求，開展實驗教學體系改革，創新地理信息科學實踐平臺建設，是培養地理信息科學專業高素質人才的必由之路。

華中師范大學是中國地理學會華中地區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現有的實驗教學體系對GIS軟件設計與系統開發、數據處理與分析等內容較為重視，學生在時空數據建模與分析、空間數據庫設計和地理信息系統等方面能力得到極大提升，多次在國內地理信息科學專業競賽中獲獎，為地理信息科學專業的新工科建設奠定堅實基礎。

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的地理專業方向結合較為緊密，而忽略了地理信息科學專業同新工科所倡導的大數據、云計算、人工智能和虛擬現實等相結合的要求。無論是實驗內容安排，還是實驗層次的設計，同新工科要求都有一定的距離，專業人才的培養難以適應新工科建設的要求。

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文、理、工交叉的特色，以創新實踐平臺為主要突破口，以科學先進的實驗方法為手段，結合新工科建設的人才培養需求，充分考慮地理信息科學發展的前進方向，通過教學內容、教學方法、教學手段和實驗體系的創新，同國土、環保、旅游、應急四個行業熱點交叉融合，形成適應新工科建設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容與傳統理工科相結合的現象，要充分發揮地理信息科學專業的工科特性，開發國土一張圖、生態環境保護、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的基本思路、核心內容和關鍵技術等。

4 實驗教學平臺的構建方案

按照上述實驗教學體系改革基本思路，以現有的空間數據采集、管理、處理、分析、建模和顯示等實驗平臺為基礎，以國土、環保、旅游、應急四個行業領域地理信息專業化應用平臺搭建為核心內容，以突出地理信息科學專業文理工交叉的學科特色為指導理念，建成滿足新工科建設要求的地理信息科學專業實驗教學平臺，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和移動互聯網絡等技術，通過對國土信息的遠程數據交換和統一標準的制定，實現對國土資源的實時全程監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遙感地學分析、國土資源信息系統、專題地圖制作見習等相關課程與實踐實習對接，重點開展國土資源時空數據的采集、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主干課程為理論基礎，以大數據和云計算等技術為手段，有針對性地為學生提供理論應用于實踐的機會，提高學生在數據管理和分析上的能力，為學生進行數據庫設計、數據分析和土地管理相關的實習實踐創造條件。

生態環境保護平臺 ?生態環境保護平臺綜合利用遙感監測、固定地面臺站監測和固定樣地樣方監測等手段形成生態環境監管大數據[10]，通過ArcGIS軟件對采集的數據進行專業處理，達到生態保護的主動發現的監管需求。該平臺依托華中師范大學可持續發展研究中心建立，主要與地圖學、遙感地學分析、生態規劃設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與大數據、虛擬現實等新工科學科的結合，訓練學生在數據處理與分析、專題地圖制作與分析和生態規劃設計等方面的相關能力，同時也提高學生利用GIS來解決生態保護紅線劃定、生態環境功能區劃、要素空間管控、環境風險防控等生態環境保護有關問題的能力。

智慧旅游平臺 ?智慧旅游平臺的構建以地理空間信息技術和景觀虛擬仿真技術為出發點，將全區景點、交通、相關服務單位等資源通過網絡系統整合起來，形成一個信息資源數據庫，然后利用智能傳感設備將旅游景點、服務信息、商業單位物聯在一起，從而對旅游產業鏈運轉情況進行全流程的動態監測。該平臺依托華中師范大學中國旅游研究院武漢分院建設，能夠增強地理信息科學專業學生對旅游管理的深度認知，提高其利用GIS技術解決景區運營分析、交通狀況監測和應急緊急救援等行業重點問題。華中師范大學通過在本科人才培養計劃中開設的地理信息系統開發、地理空間分析與建模、移動GIS設計與開發等課程，都可以與智慧旅游平臺的構建相融合，提高學生旅游管理數據庫設計、大數據分析與地理建模等相關能力。

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

5 結語

為了保證地理信息科學專業的可持續發展，必須結合新工科的建設背景進行深入研究，在華中師范大學已有地理學教學優勢的基礎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、可持續發展研究中心、中國旅游研究院武漢分院、大數據傳播與應急管理研究中心等優勢平臺，打造符合新工科建設要求的實驗教學平臺。在實驗教學平臺構建中，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企事業項目，讓學生直接參與項目實施，從而進一步加強產學研合作，縮短學生從理論到生產實踐應用的適應期。通過積極開展地理信息科學專業的創新性實驗教學體系改革實驗教學平臺構建，深度挖掘專業本身的工科特性，培養更符合時代和行業要求的高素質人才，提升地理信息科學專業的建設水平。

參考文獻

[1]劉后廣，程志紅，楊建華，等.新工科下碩士研究生跨校跨學科協同創新培養模式探討[J].中國教育技術裝備，2018（20）：48-50.

[2]趙瑞，張欣，宗曉萍.新工科愿景下地方綜合性大學校企協同人才培養探索與實踐：以河北大學自動化專業為例[J].中國教育技術裝備，2019（4）：66-68，73.

[3]張奔.中國制造2025背景下應用型工科人才培養模式探索[J].中國教育技術裝備，2018（4）：132-133，136.

[4]陸妍玲，姜建武，殷敏等.基于1中心2主線3模塊的地理信息科學專業創新創業人才培養模式研究[J].中國教育技術裝備，2018（14）：65-67，72.

[5]靖娟利，王永鋒.GIS專業多位一體實踐教學模式改革探討[J].中國教育技術裝備，2018（6）：126-128.

[6]向夏楠.面向新工科的土建類專業實踐教學改革與實踐：以湖南城市學院建環專業為例[J].中國教育技術裝備，2019（22）：129-131.

[7]吳浩，池秀文，陳先鋒，等.安全科學卓越工程師實驗教學體系改革[J].實驗室研究與探索，2014，33（8）：193-197.

[8]李暾，黃柳云，陳榮明，等.基于工程一線的土木工程專業實驗教學模塊研究與實踐[J].中國教育技術裝備，2018（10）：121-123.

[9]屈曉波，趙根.關于國土資源“一張圖”建設的思考[J].國土資源信息化，2013（4）：12-15.

[10]趙苗苗，趙師成，張麗云.大數據在生態環境領域的應用進展與展望[J].應用生態學報，2017（5）：1727-1734.