中美高水平大學地理信息科學專業課程設置異同與啟示

賀添 周書貴 彭晶晶

摘? 要：地理信息科學是一門交叉學科，需要學生掌握地理科學，遙感科學與計算機科學的基礎理論和基本知識。在全球變化的當下，信息科技高速發展，只有專業課程適應了科學研究與產業發展的需求，高校才能培養出高素質復合型優秀人才。文章使用對比分析法，選擇了中國和美國GIS教學與科研水平突出的四所大學，分析專業課程設置的異同，希望能對普通院校的GIS課程設置提供啟示。結果表明，中美高水平大學GIS專業在主干課程設置上差異不大，美國大學在地理科學類課程的豐富程度和研究深度上更有優勢，也更注重科研素養的培養。中國大學課程更偏向于應用，設計和開發，適合我國現階段國情。建議開設有GIS專業的院校借鑒中美高水平院校專業課程設置上的優點，修訂培養方案，以更好地滿足新時期GIS人才的培養要求。

關鍵詞：地理信息科學；高水平大學；課程設置；本科教學

中圖分類號：G642.3? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）35-0128-04

地理信息科學（Geographic Information Science，GIS）是在計算機軟硬件支持下，對地球表層的地理空間數據采集、存儲、分析、查詢和顯示的科學^［1］。在全球變化背景下，GIS無論在自然資源管理（自然災害、土地規劃、生態變化）還是人類社會活動（公共衛生、交通物流、金融服務）都發揮了重要作用。自20世紀90年代開設GIS專業后，高等院校和科研院所的諸多教育工作者和科學家都在探索和優化GIS專業的人才培養方案，取得了優秀成果。GIS專業的畢業生，已經在測繪、電力、國土、城規、水利、交通、環保等領域發揮了重要作用，為我國的現代化建設貢獻了力量。

GIS是一門交叉科學，主干學科是地理學、遙感科學與技術以及計算機科學。地理學是研究空間變化的學科，信息科學的發展開辟了地理學研究的新時代。信息技術日新月異新，讓GIS的研究與應用充滿機遇和挑戰。遙感衛星觀測的精度越來越高，超級計算機的計算能力越來越強，因此GIS也隨之發展。國內開設GIS專業的高校已經有190所左右^［2］，需要隨時關注國內外學科發展的變化，并適應這種變化，讓GIS專業的學生能夠得到最新的知識結構，以更快地適應社會需求。美國是現代GIS的發源地，也是GIS產業化比較成熟的國家。美國高等教育發達，在GIS課程設置和人才培養方面有許多可以借鑒的經驗。國內也有很多GIS學科實力較強的院校，在多年的發展中探索出符合中國特色的GIS教育模式。所以，學習和借鑒中美高水平大學的GIS專業課程設置，有利于提高普通院校GIS專業的教學水平。

當前已有針對中美高校GIS專業的通識課程、學分模式和課程設置方面的對比研究^［3-4］，但大多以綜合分析為主，對于專業課程設置差異以及這些差異如何反映社會需求的研究不夠深入。文章通過詳細對比和分析專業課程設置，結合實際情況，提出針對普通院校GIS專業本科課程設置的建議。

一、數據來源

本研究選取了中美共4所在GIS教學和科研享有盛譽的高水平大學進行研究。其中國內2所，分別是武漢大學和南京師范大學。武漢大學和南京師范大學是國家首批GIS本科一流專業獲批單位，是我國GIS教學水平最高的院校中的兩所。美國2所大學分別是馬里蘭大學（University of Maryland）和加州大學圣芭芭拉分校（UC Santa Barbara）。馬里蘭大學與美國國家航空航天局（NASA）開展深度合作，官網介紹遙感方向全球排名第2。加州大學圣芭芭拉分校是美國國家地理信息分析中心的成員學校，地理學研究被公認為是世界最好的院校之一，該校地理學的教學和學術研究多項指標名列全美前列。

本研究使用的課程設置或本科培養方案都選取于學院官方網站。研究對這些數據進行了統計分析。本研究不再分析通識課程，主要聚焦專業課程設置，為院校的專業培養方案修訂提供參考和建議。

二、專業課程設置對比

（一）地理科學類課程

“自然地理學”和“人文地理學”是地理科學類本科生必學的課程，中美大學的GIS專業都開設置了這兩類課程（見表1）。但是關于部門自然地理的內容，包括地貌學、氣候學、水文學等課程每所學校開設的深度不同。南京師范大學單獨開設了“普通地質學”“地貌學”“氣象與氣候學”“水文與水資源學”等主干課，基本涵蓋了部門地理的大多數相關課程。武漢大學開設了“地質與地貌學”“自然資源與區域發展”等課程。相對國內大學的地理科學類課程的數量，國外的兩所大學提供了海量課程供選擇，顯示了雄厚的研究實力。不過這些課程只要求學生根據導師建議選擇其中1—2門即可。圣芭芭拉分校開設了21門自然地理學和12門人文地理學相關課程。馬里蘭大學也開設了數門自然地理學和人文地理學的高級課程。雖然GIS專業與地理科學專業有差異，前者更側重信息科學，但是地理科學類課程對于培養學生的地學思維，建立科學素養非常有幫助。因此，國內大學可以結合研究或地域特色擴展1—2門地理科學類課程。

（二）地理信息系統類課程

地理信息系統是在計算機系統支持下對地理數據進行采集，存儲和分析的技術系統，是使用信息科學進行地理科學研究^［5］。中美四所高校都開設了“地理信息系統導論”“計算機地圖學”“地理信息系統算法基礎”“空間分析”以及“地圖設計和地理可視化”等地理信息系統主干課程。體現了最新信息技術發展的“時空大數據分析”“空間人工智能”等課程也已經出現在國內外的培養方案上（見表1）。在地理信息系統類核心主干課程設置上，國內外差異較小，從根本上保證了GIS專業的培養質量。

（三）遙感科學類課程

遙感科學與技術是GIS的主要研究手段。中美高校都開設了遙感類課程，課時都非常充足。遙感主干課程的名稱不同，比如馬里蘭大學叫“對地觀測科學導論”，圣芭芭拉分校叫“環境遙感”。國內高校一般叫作“遙感概論”，都講述遙感科學相關的基本概念和原理，涵蓋了多光譜和高光譜遙感、熱紅外遙感，微波與激光雷達遙感等相關知識。圣芭芭拉分校的GIS專業專門開設了航空攝影與遙感的方向，3門遙感課程分別是環境遙感1、2、3。其中環境遙感1主要講述遙感科學的基本概念和應用；環境遙感2主要講述傳統的遙感圖像處理的原理和方法；環境遙感 3主要講述先進的遙感應用技術等。國內的南京師范大學院除了“遙感導論”以外，同樣也開設“遙感地學分析”等課程。中美高校遙感科學類課程的設置差異不大，保證了學生今后從事GIS研究的基本能力。

（四）計算機科學類課程

計算機科學類課程的開設數量和質量對于GIS專業學生的實踐能力培養非常重要，是學生畢業以后能否勝任信息技術（IT）行業工作的關鍵。除了公共基礎課“計算機基礎”外，中美院校都開設了計算機應用和軟件開發兩類計算機科學課程。比如“面向對象程序設計”“Python空間數據處理”“空間數據庫”“網絡地理信息系統”“移動地理信息系統”等課程。體現了信息科學的特色。此外，也有諸如“地理信息系統設計與應用”“地理信息系統工程與管理”等偏重軟件工程與軟件管理類課程，可以直接為產業界培養人才。由于計算機、軟件、互聯網技術飛速發展，各院校近年來已開設了“人工智能”“機器學習”等相關課程，可以說在計算機類課程方面，國內外大學的理念是同樣先進的。為了可以直接對接產業，國內兩所院校的計算機類細分課程甚至多于美國的兩所大學（見表1），在本科階段加強鍛煉學生的實踐能力，滿足國家的建設需求。

三、對地理信息科學課程設置的啟示與建議

（一）分方向培養是趨勢

GIS是交叉前沿學科，學生畢業可以從事科學研究，區域規劃或者直接進入IT行業進行軟件開發和項目管理。不同領域對學生能力和素養的要求不一樣。比如IT行業需要較強的軟件開發技能。GIS專業對學生進行分方向培養，可以有針對性引導學生根據自身興趣去專注學習。圣芭芭拉分校三個方向分別是“航空攝影和遙感類（方向1）”“地理信息系統和制圖學類（方向2）”和“定量技術和理論方法類（方向3）”。方向1和方向2是大多數院校開設的常規方向，方向3側重地理科學里面的計量地理學和區位理論。武漢大學分2個方向，分別是“地理信息科學（方向1）”和“地理信息科學：數字地圖與空間信息工程（方向2）”，其中方向1是以地理信息應用和空間分析為主，方向2則以軟件開發為主，開設了較多程序設計課程。南京師范大學分3個方向，其中“GIS理論與方法（方向1）”偏重應用分析，而“GIS技術與開發（方向2）”和“GIS工程與應用（方向3）”都是面向IT產業的教學內容。國內高校開設較多應用開發類課程可以幫助學生盡快適應行業需求，對就業很有幫助。當然，高水平大學因為招生規模和師資的優勢，分方向培養不存在難度。對于國內還不具備分方向培養的高校，可以從課程設置上軟性區分，通過教師引導和開設選修課的方式明晰方向，讓不同類型的學生都可以找到適合自我發展的專業課程。

（二）加強人文地理類課程

美國大學GIS專業對人文地理類的課程非常重視。圣芭芭拉分校除了“人文地理學導論”以外，還提供了多達12門人文地理類課程供學生選修，比如“健康地理”“城市地理”“人口與發展”“交通規劃與建模”等，涵蓋了城市、交通、人口、健康、經濟等各個方面。馬里蘭大學開設了人文地理學類的高級課程，深入討論社會、經濟、文化、政治中的重大問題。比如討論全球問題的“當今世界：全球視角”，討論發展中國家問題的“發展地理學：環境與社會正義”。國內大學開設的地理科學類課程主要還是以自然地理類課程為主，針對人文地理學類的課程擴展不多。人文地理學研究各種社會經濟活動，對國家建設、經濟規劃以及解決社會問題起到重要作用^［6］。未來GIS專業的培養方案中應增加人文地理學類課程，讓學生建立宏觀視野。

（三）加強區域地理類課程

美國大學比較重視使用GIS進行區域地理問題的研究，開設了多門區域地理課程。比如圣芭芭拉分校開設有“加州地理”“美國地理”“歐洲地理”等區域地理類課程。馬里蘭大學開設了“撒哈拉以南非洲地理”“拉丁美洲和美國的移民”等課程，令人驚訝地還開設了一門“中國地理”課程。這些區域地理課程集中反映了學校的研究興趣，聚焦的地區大多是美國周邊國家或者世界的熱點區域。雖然區域地理仍是傳統地理科學類課程，但是使用信息科學的手段進行分析和研究，會發現很多有意思的新結論。我國正在開展“一帶一路”建設，構建中國和阿拉伯國家命運共同體等一系列的建設。國內高校可以開設一些與中亞地區和中東地區相關的區域地理課程，讓學生及早對當地的自然和人文特征有所了解。

（四）加強學術寫作課程

在科研活動中，論文或專著是將研究結果與同行交流是最重要的途徑之一，所以學術寫作能力也是大學生應該培養的基本素養。國內院校較少在本科階段開設規范的學術寫作課程，英文學術寫作課程就更為少見，公共基礎課開設的英文寫作和學術寫作差別非常大，不能適應科學研究的需要。相比之下，美國大學很重視學術寫作，馬里蘭大學在第一學期就開設了學術寫作課程，而圣芭芭拉分校的通識教育課程要求針對特定專業進行寫作訓練。國內的兩所高水平院校都是以選修課的方式開設科技論文寫作，比如武漢大學開設了“地理信息專業英語閱讀與寫作”，南京師范大學開設了“科技論文寫作”。但相當多的普通院校一般只開設科技文獻閱讀，針對科技論文寫作的相關課程較少，這是應該加強的。現在很多學生畢業后考研，會在研究生階段開展科學研究，高校應及早開設相關課程，可以使學生盡快適應科研節奏，收獲更多的研究成果。

四、結語

文章通過對比研究，系統地分析中美四所高水平大學在GIS專業課程設置中的異同。結果表明，中美高水平大學在地理信息系統類，遙感科學類和計算機科學類等主干課程設置差別不大。國內院校更重視應用和開發類的課程，與我國當前正在以信息技術為主進行高科技產業建設關系密切，實踐動手能力強學生更容易就業。而美國院校比較重視地理問題的研究，設置了更多的人文地理類課程，區域地理類課程以及科學研究類課程。國內開設GIS專業的院校，可以借鑒這些高水平大學課程設置的優點，結合自身實際，優化修改培養方案，使學生既能得到技術能力的訓練，又能夠以更宏觀和開闊的視野去看待經濟社會面臨的問題和挑戰。

參考文獻：

［1］ 張康聰. 地理信息系統導論：原著第九版［M］. 北京：科學出版社，2019.

［2］ 陽光高考咨詢平臺［EB/OL］. （2023-01-31）. https：//gaokao.chsi.com.cn/zyk/zybk/ksyxPage？specId=73383932.

［3］ 卿鳳，張紅，徐柱. 美國GIS專業名校課程設置比較研究［J］. 地理信息世界，2018，25（05）：7.

［4］ 黃秋燕，鄧樹林，鄧興禮，等. 中美地理信息科學專業本科課程設置比較分析［J］. 南寧師范大學學報（自然科學版），2019，36（04）：120-129.

［5］ 湯國安. 地理信息系統教程［M］. 北京：高等教育出版社，2007.

［6］ 趙榮，王恩涌，張小林，等. 人文地理學：第二版［M］. 北京：高等教育出版社，2006.

（薦稿人：王金鑫，鄭州大學地球科學與技術學院教授）

（責任編輯：莫唯然）

基金項目：鄭州大學教學改革研究與實踐項目“中美高水平大學地理信息科學本科專業課程設置差異與啟示”（項目編號：20 21ZZUJGLX173）。

作者簡介：賀添（1977—），男，博士，鄭州大學地球科學與技術學院講師，研究方向為地圖學與地理信息系統；周書貴（1990—），男，博士，鄭州大學地球科學與技術學院講師，研究方向為地圖學與地理信息系統；彭晶晶（1988—），女，碩士，鄭州大學地球科學與技術學院助理工程師，研究方向為地圖學與地理信息系統。