批判思維驅動的GIS專業學生創新能力培養模式探索與實踐

摘 要：在當前地理信息科技日新月異的發展背景下，培養具備批判性思維和創新能力的高素質GIS專業人才已成為我國高等教育的重要任務。該文以中南大學地理信息科學專業為例，從教學方法、課程體系、實踐教學等方面分析當前GIS人才培養存在的問題，并在此基礎上圍繞多課程精細協作、“課程－大創－競賽”貫穿式訓練模式、跨學科網絡訓練和真實問題導向的項目驅動教學等方法，探索一種批判思維驅動的創新能力培養模式。實踐結果表明，該模式取得顯著的成果，可為其他院校相關專業提供一定的參考和借鑒。

關鍵詞：批判思維；創新能力；GIS專業；人才培養模式；實踐能力

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）21-0077-04

Abstract： Under the background of the rapid development of geographic information technology， it has become an important task for China's higher education to cultivate high-quality GIS professionals with critical thinking and innovative ability. Taking the geographic information science major of Central South University as an example， this paper analyzes the problems existing in the current GIS talent training from the aspects of teaching methods， curriculum system and practical teaching. On this basis， a critical thinking driven innovative ability cultivation model was explored around methods such as multi course collaboration， "curriculum innovation competition" through training mode， interdisciplinary network training， and project-based teaching guided by real problems. The practice results show that the model has achieved remarkable results， which can provide some reference for related majors in other universities.

Keywords： critical thinking; innovation ability; GIS Major; talent training mode; practical ability

近年來，習近平總書記多次強調創新人才培養的重要性，他指出：“創新是引領發展的第一動力，是建設現代化經濟體系的戰略支撐?！边@一重要論述為我們深化教育教學改革，培養創新型人才指明了前進方向。地理信息科學（GIS）作為集計算機科學、地理學、空間信息科學等多學科于一體的交叉學科，旨在培養具備空間思維、技術創新、解決實際問題能力的高素質人才，以滿足社會對空間信息技術人才的需求。然而，傳統的GIS教學模式往往注重理論知識的傳授，而忽視了學生創新能力的培養，這在一定程度上限制了GIS專業學生的全面發展。因此，在GIS專業教育中，如何貫徹落實習近平總書記關于創新人才培養的重要講話精神，培養具有全球視野和創新能力的高素質GIS人才，成為高等院校面臨的重要課題。

一 GIS專業學生創新能力培養存在的問題

（一） 教學方法重“知識灌輸”，輕“思維訓練”

在GIS的專業課堂上，傳統的教學方法仍然占據主導地位，即以教師為中心，通過課堂講授、演示、考試等方式向學生傳授知識[1]。雖然這種方法能夠保證學生獲得一定的基礎知識，但卻忽視了對學生創新思維的培養。學生往往只是被動地接受知識，缺乏主動思考和探索的空間，導致他們的創新思維受到限制。同時，現有的考核辦法也過于注重標準答案和應試技巧，學生習慣按照既定的模式或標準去學習思考，難以有自己獨立的見解。

（二） 課程關系松散，難以形成完整的思維框架

目前一些地理信息科學專業課程往往各自為政，每門課程都是相對獨立的封閉單元，課程與課程之間、課程與實踐環節之間、課內與課外之間沒能建立起緊密的系統聯系。這種松散的課程關系使得學生在學習中難以形成完整的知識體系和思維框架，難以將所學知識整合起來解決實際問題。學生可能在某一門課獲得了較為深入的理解和實踐經驗，但無法將這些知識有效地應用到其他課程或實際情境中。對于一些復雜的實際問題，往往是沒有固定的答案，需要學生綜合運用所有知識去進行深入分析并提出解決方案。這種松散的課程關系造成知識的碎片化，難以培養學生的綜合應用能力，也容易導致理論與實踐脫節。

（三） 實踐教學形式單一，與實際應用差距大

地理信息科學與IT 行業關系緊密，知識更新快。但是現有大部分專業課程實踐教學內容陳舊，實踐作業大多源自試題庫或者老師的科研課題。實踐教學形式也主要以課堂實驗與集中課程實踐的形式展開，本質上還是課堂教學內容的簡單延伸，與地理信息行業的實際應用差距大。這造成了學生只會“紙上談兵”，苦學四年也難以應用所學知識去解決實際的應用問題。另外在解決實際的應用問題時，往往需要運用多學科知識與技能?，F有的實踐訓練缺乏跨學科的學習和實踐機會，使得學生難以得到跨學科的創新訓練。創新往往來源于對問題的深入探索和不斷嘗試[2-3]，在缺乏實際問題引導的情況下，學生難以找到值得探索的問題，也無法在實踐中驗證自己的想法和解決方案，導致他們的創新思維和解決問題的能力得不到有效鍛煉。

二 批判思維導向下GIS專業學生創新能力培養措施

（一） 以培養批判思維為核心，開展“批判－邏輯－表達”基本科學素養訓練

1 優化GIS專業課程體系，開設專門的批判思維訓練課程

中南大學地理信息科學專業對課程之間的邏輯關系進行仔細梳理，包括課程內容關系、課程前置關系、知識聚類關系、培養目標和課程關聯度等，構建了以批判思維為核心，“地學思維－計算思維－工程思維”為導向，包含“理論基礎－數據管理－計算技術－分析方法－工程應用”四維一體、五大模塊的地理信息科學專業知識體系[4-6]（圖1），并以創新創業導論課程為批判性思維訓練的主要課程。該課程以培養學生批判思維和創新理念為核心，從語言與思維的關系、論證的分析技巧、論證評判及認證寫作幾個方面組織教學內容，采用“問題導向－思維啟迪”開放式教學方法，激發學生的學習興趣，并結合日常生活、文學作品、政治軍事等案例設置問題，引導學生進行合理的推理、論證、分析和批判，組織學生開展辯論，訓練學生的批判性思維、實證精神、嚴謹的表達。

2 加大寫作和綜合表達能力訓練，提升學生基本科學素養

寫作是未來綜合性人才一個基本的素養，也是批判思維的外在表現和載體。然而寫作能力的嚴格訓練在大學卻一直被長期忽視。筆者所在的地理信息科學專業在第四學期開設了科學思維與論文寫作課程。課程主要內容包括科學思維的基本方法、論文寫作的基本規范、論文選題與文獻綜述和論文寫作與修改等方面。通過這門課程的學習，學生可以了解如何運用科學思維方法進行問題分析和解決，掌握論文寫作的基本技巧和規范，提高自己的寫作能力和批判性思維。

3 引導學生廣泛閱讀，拓寬思維視野

閱讀是獲取知識、提高思維能力、拓展視野的重要途徑。通過為學生制定本科閱讀書目，開展讀書報告會、“讀書月”系列活動引導學生廣泛閱讀各類書籍、文獻及報道，激發他們的學習興趣和好奇心，培養他們的自主學習和終身學習的習慣。同時，通過閱讀，學生可以接觸到不同的觀點和思維方式，拓寬他們的思維視野，提高批判性思維和創新能力。

（二） 以學科競賽、創新創業訓練為第二課堂，探索多課程、多環節、跨學科協作機制

1 梳理課程關系，建立多課程精細協作

經過通識教育訓練后的批判性思維、邏輯思維及寫作，最終應遷移到后續的專業課程中予以應用和鞏固，通過與專業技術知識的融合，進而轉化為面對未知和復雜問題時能正確分析問題和解決問題的能力[7]。在批判性思維的指導下，建立多課程的精細協作，實現思維-方法-應用的統一，使得批判性思維不再是空中樓閣，而是可以在專業中得到應用的必備技能。通過深入研究課程之間的協作關系，將同一模塊下有關聯的課程視為一個整體的教學單元，從教學內容、課程作業、實踐環節等方面實現聯動，不同課程任課老師聯合教研，開展課程之間的相互協作，通過課程之間的相互協作，引導學生通過批判思維的角度出發，在一個基本課題上持續深入研究，通過不斷的知識積累獲得更深入的研究結果，鍛煉學生綜合運用所學知識持續、深入、跨課程的思考和分析問題，最終引導學生完成科技論文。圖2為以博物館文物分析項目建立科學計算與Python語言－機器學習－空間分析－地圖制圖與可視化幾門課程的協作關系。

2 以大創項目、學科競賽為第二課堂，建立貫穿式訓練模式

學科競賽和創新創業訓練是培養大學生創新能力、激發創新思維和創新意識的重要手段[8]。建立學科競賽、創新創業訓練與課程實踐環節的緊密聯系，形成“課程－大創－競賽”逐級深入貫穿式訓練模式。通過課程實習、創新創業訓練、學科競賽等多個環節，引導學生運用批判性思維對一個基本課題進行持續、深入的思考和分析，通過不斷知識積累獲得更深入的研究結果，鍛煉學生綜合運用所學知識分析問題和解決問題的能力。同時，鼓勵學生在參與學科競賽和創新創業訓練時不僅僅追求解決問題的辦法，而是深入思考問題的本質，質疑假設，評估證據，并從多角度審視問題以尋求多樣化解決路徑，進而形成具有前瞻性和原創性的研究想法。

3 以項目為驅動，建立跨學科網絡訓練體系

深度挖掘跨學科、跨院系的聯合教育資源，一方面將地理信息系統原理與應用等專業基礎課在全校范圍內推廣，讓不同專業的學生了解GIS知識，提升知識交叉的能力；另一方面聯合計算機學院、數學與統計學院的專業力量，面向“計算地理學”“大數據”“人工智能”等前沿戰略，從藝術、人文等交叉學科中選題并建立跨學科的項目庫，引導學生從不同的學科角度對一個復雜問題進行研究，培養學生的跨學科思維能力和創新能力。通過大學生創新創業項目、學科競賽等多種平臺，讓學生在實踐中體驗不同學科的知識和方法，促進知識的交叉融合和相互啟發。同時，提供線上和線下的資源和服務，支持學生自主學習和合作學習，推動學生之間的交流和合作，培養他們的團隊協作精神和創新能力。

（三） 搭建產學研一體化協同創新平臺，在真實問題的求解中訓練創新能力

1 搭建產學研一體化協同創新平臺

筆者所在學院與航天宏圖、北京超圖軟件股份有限公司、南方數碼科技有限公司和湖南省基礎地理信息中心等企事業單位建立了以“自然資源大數據管理與應用”為特色的產學研協同創新基地。通過與企事業單位建立緊密的產學研合作關系，為學生提供一個真實的、具有挑戰性的實踐環境。在這個平臺上，學生能夠接觸到實際的項目和問題，學生通過解決這些問題，不僅能夠將理論知識與實際應用結合起來，深化對專業知識的理解，提升解決實際問題的能力。同時，通過產學研平臺，學生能接觸到最新的技術動態和行業發展趨勢，增強他們的前瞻性和創新性思維。

2 實施真實問題導向的項目驅動教學

梳理企業需求，將實際應用設計為具有挑戰性和實際意義的教學項目，通過多課程協作、多實踐環節的系統性設置，引導學生運用所學的理論知識和批判性思維進行細致而全面的分析研究，持續深入地提出解決方案，并進行實證驗證，在真實問題的求解中訓練創新的科學精神。同時，學生也可以將自己的創新想法和解決方案應用到實際項目中，從而提升創新能力。

三 人才培養及專業建設成效

經過幾年的實踐探索，筆者所在的地理信息科學專業在人才培養和專業建設方面取得了顯著的成效。

（一） 學生的科研創新能力明顯提升，本科生發表論文的質量和數量明顯提高

本科生發表SCI論文數從2019年的0篇增至2023年20多篇。同時，具有批判思維能力的學生更符合大數據時代“國家-地方-企業-院所”對人才素質的多層次、全方位需求。我校地理信息科學專業本科畢業生在國內外升學、大型互聯網企業、地理信息龍頭企業等單位高質量就業。畢業生更富有分析問題和解決問題的能力，逐漸成長為企/事業單位的骨干和領軍人才，用人單位對畢業生的總體滿意度達到99.08%（來源為中國青年報）。2019—2023年，畢業生就業及升學率達到93.8%，其中就業（49.8%），境內/外升學（44%）。

（二） 學生參加創新創業、各類學科競賽取得優異成績

多環節、多學科貫穿交叉式訓練模式拓展了學生在課堂外的批判性、系統性和創造性思維素養，激發了學生“學用相長”、“開拓創新”的成長動力。本專業80%本科生參與大學生創新訓練計劃，獲批國家/省級“大學生創新創業訓練項目”40余項；學生在國家、省級學科競賽中獲獎50余項，多次在全國GIS大學生應用技能大賽、全國大學生測繪科技論文競賽、超圖杯高校GIS大賽、全國地球科學大數據挖掘與人工智能挑戰賽等比賽中榮獲最高獎。

（三） 專業建設方面成果豐碩

以批判性思維驅動的GIS專業學生原始創新能力培養模式改變了傳統的“教師為主”“知識灌輸”的教學模式，構建了以學生為中心的“開放式精品課堂”教學方式，促進了教師在教學研究、教材專著、個人榮譽等方面的成果。2019年中南大學地理信息科學專業獲湖南省一流本科專業，2021年獲批國家級一流本科專業建設點；核心專業課空間分析獲批國家一流本科課程，地理信息系統原理與應用獲批湖南省一流本科課程；獲得省部級教學成果獎2項；獲得10余項教師個人榮譽，包括高校GIS創新人特獎、高校GIS新銳獎等。利用批判性思維的原理，結合專業核心課程教學內容革新與教材建設出版了《空間分析》《GIS工程與應用》《空間分析建模與應用》和《遙感數據圖像處理》等一批專業核心課程教材，在各大高校得到廣泛應用。

四 結束語

在當前的教育背景下，培養學生的批判性思維和創新能力已成為高等教育的重要任務。中南大學地理信息科學專業通過開設批判思維課程、建立多課程精細協作、“課程－大創－競賽”貫穿式訓練模式、跨學科網絡訓練機制和真實問題導向的項目驅動教學等方式有效地促進了學生批判性思維和創新能力的發展。這些舉措不僅提升了學生的科研創新能力和學科競賽成績，還促進了專業建設的發展。同時，我們也清醒地認識到，培養學生的批判性思維和創新能力是一項長期而艱巨的任務，需要不斷地探索和實踐。未來，我們將繼續深化教育教學改革，完善人才培養體系，加強產學研一體化協同創新平臺的建設，為學生提供更多實踐機會和創新空間，培養更多具有批判性思維和創新能力的高素質人才。

參考文獻：

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