人工智能技術浪潮下地理信息系統課程教學改革的思考

王得志　肖汶斌　吳佳妮　包長春

[摘 要] 地理信息系統是一門集地理地圖學、遙感測繪技術、計算機技術為一體的綜合性課程。隨著人工智能技術的蓬勃發展和人工智能時代的快速到來，地理信息系統課程在教學理念、教學模式和評價標準等多個方面都需要進行改革，以應對人工智能技術所帶來的機遇和挑戰。面向人工智能技術浪潮下高校人才培養模式的新要求，針對現有地理信息系統課程教學中存在的問題，對課程教學改革所涉及的課程內容設置等環節進行了有益的探索，為提升課程教學效果和學生創新實踐能力提供了新的途徑。

[關鍵詞] 地理信息系統;教學改革;人工智能

[作者簡介] 王得志（1985—），男，河南鄭州人，工學博士，國防科技大學氣象海洋學院助理研究員，主要從事海洋信息智能化處理方面的研究和教學工作。

[中圖分類號] G642? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）25-0004-02? ? [收稿日期] 2020-02-10

一、引言

近年來，以深度學習、大數據分析等為代表的人工智能技術在自動駕駛、智慧醫療、城市管理等國民生活的多個領域發揮了巨大作用，發展前景廣闊。為貫徹落實國務院《關于印發新一代人工智能發展規劃的通知》和全國高校科技工作會議精神，教育部于2018年印發了《高等學校人工智能創新行動計劃》，用以引導高校瞄準世界科技前沿，進一步提升高校人工智能領域科技創新、人才培養和服務國家需求的能力[1]。與此同時，為加強人工智能領域專業建設，教育部還推出了新工科建設計劃[2]，力求形成“人工智能+X”復合專業培養新模式，在院校大數據、信息管理等相關專業中增加人工智能相關內容。

地理信息系統（簡稱GIS）課程是高校地球信息科學專業的核心課程。GIS以地理空間大數據為基礎，包含面向地理顯示、管理、分析、操作和決策服務的計算機支持系統，擁有人工智能技術眾多應用場景，與人工智能技術的發展密不可分。GIS課程的傳統教學內容和教學模式已不能滿足人工智能人才培養的要求，需要及時更新教學模式，充實教學內容，改革教學手段以及建立資源平臺，從而有效提升課程教學成效和學生創新實踐能力。

二、人工智能技術背景下地理信息系統課程教學改革

（一）充實人工智能技術相關的課程教學內容

1.人工智能技術與地理信息數據采集和獲取方面的結合。隨著人工智能技術的飛速發展，地理信息數據的采集和獲取工作，已經逐步擺脫了單純人為控制采集的方法，而發展到依靠人工智能設備來完成的階段，比如，利用智能機器人進行自動化的地理信息數據采集[3]。智能機器人可以行駛在道路上、飛翔在天空中、游弋在大海里，利用所攜帶的傳感器，實時獲取不同空間和維度的地理信息數據[4]。另一方面，人工智能技術在地理信息數據的融合方面發揮了巨大作用，可以將地面測量、衛星遙感、飛機航拍等多種傳統地理信息數據進行有機融合。總之，人工智能技術使得地理信息數據采集和獲取向著智能化、自動化快速發展，極大地提高了數據采集的效率。

2.人工智能技術與地理信息數據處理與分析方面的結合。對于地理信息數據的處理和分析，人工智能技術可以利用海量有標注的地理信息數據進行自主學習，更好的實現空間知識挖掘和遙感反演，實現智能優化、智能預警等應用[5]。已有研究成果表明，人工智能技術可以利用無地理標注的影像等其他數據形態，實現直接地理定位，這將徹底改變傳統的地理定位模式。另外，通過視覺人工智能技術與空間信息相結合，全面提升了地理信息數據的解釋能力，在地理信息的自動化處理基礎上，獲得了不同應用場景的智能化處理策略。

（二）借鑒人工智能技術理念改進課程教學手段

1.充分發揮教師的引導作用。人工智能浪潮下對高素質地理信息系統專業人才的培養要求首先會體現到對專業授課教師的要求上。課程改革尤其需要教師首先能夠清晰把握地理信息系統現有的整體知識架構和人工智能技術與地理信息系統深度結合的應用場景，并能夠對這些知識點進行關聯整合，例如，將人工智能技術中的智能分類識別、大數據管理和應用在空間分析和地理信息應用等章節中進行穿插講解。教師作用的發揮還需要借助于具體的教學手段即優良的教學課件建設。地理信息系統課程涉及大量三維空間表達和可視化編程應用，可嘗試利用計算機智能渲染等技術將教學課件里大量抽象深奧的理論轉變為三維動畫或影像短片，培養學生的學習興趣。另外，人工智能領域開源了大量可在線演示實踐的平臺，教師也可以充分利用這些人工智能平臺演示處理地理信息數據，使學生更快建立起對人工智能技術的認知。

2.創造人工智能創新實踐條件。人工智能背景下地理信息系統課程對學生創新能力的培養離不開多樣化、互動式、參與式的教學實踐環節。在學校經費和場地允許的前提下，可以開展分組智能算法設計、地理信息智能知識專題討論、智能機器人比賽等多樣化的實踐活動[6]。例如，設定利用人工智能算法對遙感圖片進行智能提取和分類優化處理的題目，將學生分成若干小組，引導每個小組設計相應的程序算法，以獲得最好的分類處理效果。也可以設定將大數據、人工智能挖掘技術應用于地理信息專業的GIS應用開發、遙感應用開發等具體實踐來鍛煉地理信息專業學生的創造性思維能力[7]。另外，還可以專題研討的形式，選擇將地理信息空間服務應用與人工智能結合的題目，進行課堂研討。學生通過查閱資料，總結發現的問題，在課堂上闡述自己的見解并接受同學的提問。通過以上實踐活動可充分調動學生的能動性，培養學生解決問題的能力。

（三）以人工智能技術應用助力課程評價方式改進

在人工智能的大背景下，地理信息系統課程教學評價機制可以進行相應的改革創新，從而更好的促進學生自主創新能力的培養，以達成課程的學習目標。人工智能特別是深度學習技術，可以從大量數據中發現和學習其中的規律，從而進行智能預測和評價。在地理信息系統課程的考評機制設計上，可以從課程學習開始即為每一位學生建立一個學習數據檔案，充分記錄每個學生的每次課堂表現、考試表現和實踐表現等，盡可能的量化學生有關課程的每一個細節表現。在課程進行過程中，利用這些數據和已有的人工智能模型，不斷迭代分析這些數據當中所蘊含的教學問題和教學現象，用以指導教學方式改革。另外，在設計考評機制時還需要開展多元化的考評項目設計，平衡課題設計、課堂研討和考勤考試的權重比例，突出學生在人工智能活學活用方面表現的考評比重。

三、結語

人工智能技術已經被列為國民經濟發展重要的戰略性新興技術。人工智能技術的發展推動了相關的計算機技術、信息通信技術、機器人技術等的快速發展。地理信息系統是一門綜合的與計算機技術和信息技術緊密相關的課程，受到人工智能技術發展的大力支撐，必將隨之蓬勃發展。在國家課程教學改革的大背景下，這門課程的改革特別需要緊跟技術發展的趨勢，將人工智能技術以及相關的大數據技術等貫徹到具體的教學實踐當中去，努力適應智能化時代地理信息專業人才培養的需求。本文在地理信息系統課程的內容設置、教學方式和教學評價等方面，對人工智能背景下該課程的教學改革進行了有益的探索和思考，希望對其他人工智能相關課程的教學改革提供借鑒。

參考文獻

[1]李海峰，李蘇旻.大數據與智能時代的地理信息科學教育變革之思考[J].高教學刊，2017，（21）：145-146.

[2]金婕，王春媛，袁天夫等.新工科教育改革中的人工智能課程建設思考[J].現代職業教育，2018，（27）：14-14.

[3][5]姚承寬.人工智能在測繪地理信息行業中的應用[J].河北省科學院學報，2018，35（04）：70-74.

[4]吳信才.地理信息系統的基本技術與發展動態[J].地球科學-中國地質大學學報，1998，（4）：329-333.

[6]齊少群，萬魯河.人工智能教育與地理信息專業學生創新能力的培養[J].繼續教育研究，2017，（12）：29-31.

[7]周璀.人工智能時代下地理信息科學教育改革探索[J].中國新通信，2018，v.20（08）：138-139.

Abstract：Geographic Information System （GIS） is a cross-cutting and comprehensive course that integrates geographic cartography，remote sensing mapping technology，and computer technology.With the rapid development of artificial intelligence technology，the GIS course needs to be reformed in many aspects such as teaching philosophy，teaching model and evaluation standards.This article is geared to the new requirements of college talent training model under the background of artificial intelligence technology.In view of the problems existing in the course teaching，this article conducts a useful exploration of teaching reform in course content setting in order to provide new ways of improving students' innovative ability and the teaching effect.

Key words：Geographic Information System;teaching reform;artificial intelligence