新工科背景下地理信息科学专业实验教学体系改革研究

    吴浩　李畅　刘鹏程　涂振发　宋旦霞　周洋

    

    摘 ?要 瞄准教育部提出的新工科战略，分析當前地理信息科学专业实验教学体系存在的问题，指出社会对新工科专业人才的迫切需求。围绕学校在国土、环保、旅游和应急等特色行业领域的优势学科，突出地理信息科学专业文、理、工的交叉融合，探索地理信息科学专业实验教学体系改革的整体思路，建立起四个特色实验教学平台。通过三年的教学实践应用，效果显著，可在国内开设地理信息科学专业的高校发挥示范作用。

    关键词 新工科;地理信息科学专业;实验教学体系;创新实践平台

    中图分类号：G652 ? ?文献标识码：B

    文章编号：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

    为了促进产业结构的调整和应对新经济发展的挑战，教育部在“卓越工程师教育培养计划”的基础上提出新工科战略，这是我国当前高等教育改革的持续深化工程和重大行动计划[1]。自2017年以来，我国高等教育先后形成“复旦共识”“天大行动”“北京指南”等一系列重大决议，教育部发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》等重要文件，并启动了首批612个国家级新工科研究与实践项目，其中地理信息科学专业属于专业改革类的范畴[2- 3]。地理信息科学专业作为一门集地理学、计算机、测绘等为一体的新型交叉学科，具有较强的文、理、工的融合特色，已经广泛应用于国土管理、城乡规划、环境监测、交通运输、矿产开发和土木建筑等多个行业领域[4]。特别是在2018年1月，教育部颁布《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》，对地理信息科学专业的发展提出更高的要求，这与新工科建设中新结构、新理念、新质量、新体系、新模式的建设理念不谋而合。

    2 现有实验教学体系及问题

    地理信息科学专业的人才培养要能够适应地理信息产业快速发展的需求，要求学校在夯实学生地理信息科学的基本理论与方法的同时，更加重视相应的专业实验教学环节，提高学生利用地理信息科学理论与方法解决当前我国新经济发展过程中相关行业实际问题的能力[5]，以达到新工科建设的人才培养要求。教育部新工科战略对在新工科人才培养过程，一方面要求专业基本理论与方法的教学体系要做到对学科知识的全覆盖，注重学科自身发展的特色需求;另一方面要求专业实践能力要能在教学体系中得到提升，注重学科理论的应用实践性和学科研究的创新性[6]。因此，围绕新工科建设要求，开展实验教学体系改革，创新地理信息科学实践平台建设，是培养地理信息科学专业高素质人才的必由之路。

    华中师范大学是中国地理学会华中地区代表处和湖北省地理学会挂靠单位，拥有地理学一级学科博士授权点和湖北省一级重点学科，已建成湖北省地理科学实验教学示范中心、地理过程分析与模拟湖北省重点实验室等多个省部级教学科研平台，在全国地理学领域具有鲜明的办学特色和高水平的社会声誉。华中师范大学地理信息科学专业现有的实验教学体系对GIS软件设计与系统开发、数据处理与分析等内容较为重视，学生在时空数据建模与分析、空间数据库设计和地理信息系统等方面能力得到极大提升，多次在国内地理信息科学专业竞赛中获奖，为地理信息科学专业的新工科建设奠定坚实基础。

    但是，由于目前的实验教学体系依旧是以学校原有的地理学大背景为主，同人文地理和自然地理这些较为传统的地理专业方向结合较为紧密，而忽略了地理信息科学专业同新工科所倡导的大数据、云计算、人工智能和虚拟现实等相结合的要求。无论是实验内容安排，还是实验层次的设计，同新工科要求都有一定的距离，专业人才的培养难以适应新工科建设的要求。

    3 实验教学体系改革基本思路

    实验教学体系改革的基本思路是要能够突出地理信息科学专业文、理、工交叉的特色，以创新实践平台为主要突破口，以科学先进的实验方法为手段，结合新工科建设的人才培养需求，充分考虑地理信息科学发展的前进方向，通过教学内容、教学方法、教学手段和实验体系的创新，同国土、环保、旅游、应急四个行业热点交叉融合，形成适应新工科建设要求的实验教学体系[7]。此外，针对当前教学体系中存在的忽略教学内容与传统理工科相结合的现象，要充分发挥地理信息科学专业的工科特性，开发国土一张图、生态环境保护、智慧旅游、安全应急管理等四个平台，重点研究这四个实验平台建设的基本思路、核心内容和关键技术等。

    4 实验教学平台的构建方案

    按照上述实验教学体系改革基本思路，以现有的空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示等实验平台为基础，以国土、环保、旅游、应急四个行业领域地理信息专业化应用平台搭建为核心内容，以突出地理信息科学专业文理工交叉的学科特色为指导理念，建成满足新工科建设要求的地理信息科学专业实验教学平台，具体方案如图1所示[8]。

    国土一张图平台 ?国土一张图平台是综合利用GPS、GIS和移动互联网络等技术，通过对国土信息的远程数据交换和统一标准的制定，实现对国土资源的实时全程监管和集群化信息服务[9]。该平台依托华中师范大学土地科学研究中心建成，同地理信息科学专业遥感地学分析、国土资源信息系统、专题地图制作见习等相关课程与实践实习对接，重点开展国土资源时空数据的采集、更新、处理、分析和可视化服务等方向的研究，以学生在不同学习阶段接触的不同专业主干课程为理论基础，以大数据和云计算等技术为手段，有针对性地为学生提供理论应用于实践的机会，提高学生在数据管理和分析上的能力，为学生进行数据库设计、数据分析和土地管理相关的实习实践创造条件。

    生态环境保护平台 ?生态环境保护平台综合利用遥感监测、固定地面台站监测和固定样地样方监测等手段形成生态环境监管大数据[10]，通过ArcGIS软件对采集的数据进行专业处理，达到生态保护的主动发现的监管需求。该平台依托华中师范大学可持续发展研究中心建立，主要与地图学、遥感地学分析、生态规划设计课程的教学实验实习任务相衔接，通过地理信息科学专业与大数据、虚拟现实等新工科学科的结合，训练学生在数据处理与分析、专题地图制作与分析和生态规划设计等方面的相关能力，同时也提高学生利用GIS来解决生态保护红线划定、生态环境功能区划、要素空间管控、环境风险防控等生态环境保护有关问题的能力。

    智慧旅游平台 ?智慧旅游平台的构建以地理空间信息技术和景观虚拟仿真技术为出发点，将全区景点、交通、相关服务单位等资源通过网络系统整合起来，形成一个信息资源数据库，然后利用智能传感设备将旅游景点、服务信息、商业单位物联在一起，从而对旅游产业链运转情况进行全流程的动态监测。该平台依托华中师范大学中国旅游研究院武汉分院建设，能够增强地理信息科学专业学生对旅游管理的深度认知，提高其利用GIS技术解决景区运营分析、交通状况监测和应急紧急救援等行业重点问题。华中师范大学通过在本科人才培养计划中开设的地理信息系统开发、地理空间分析与建模、移动GIS设计与开发等课程，都可以与智慧旅游平台的构建相融合，提高学生旅游管理数据库设计、大数据分析与地理建模等相关能力。

    安全应急管理平台 ?安全应急管理平台综合运用卫星遥感、低空无人机和地面监测等手段感知城市公共安全相关数据，借助数据挖掘、三维可视化、地理时空模拟等方法，实现对城市突发事件的预防和处理。该平台依托华中师范大学大数据传播与应急管理研究中心建成，培养地理信息科学专业学生在城市安全应急管理中进行情景分析、方案设计和系统开发的综合能力。该平台与地理信息科学专业开设的卫星导航定位原理与应用、地理空间分析与建模等课程相结合，借助卫星导航技术对受灾区域进行精准定位，通过地理空间分析与建模技术模拟灾情紧急援助的场景，将安全应急和大数据分析、信息化等技术结合在一起，能够训练学生空间数据采集、分析和应用的能力，支撑学生完成突发事件及应急、灾害防治与事故分析等实践内容。

    5 结语

    为了保证地理信息科学专业的可持续发展，必须结合新工科的建设背景进行深入研究，在华中师范大学已有地理学教学优势的基础上进行实验教学方法改革。在实验教学体系改革中，要充分考虑地理信息科学专业文理工交叉的特点，依托学校已有的土地科学研究中心、可持续发展研究中心、中国旅游研究院武汉分院、大数据传播与应急管理研究中心等优势平台，打造符合新工科建设要求的实验教学平台。在实验教学平台构建中，依托学校承担的国家重点研究课题以及与学校合作的相关企事业项目，让学生直接参与项目实施，从而进一步加强产学研合作，缩短学生从理论到生产实践应用的适应期。通过积极开展地理信息科学专业的创新性实验教学体系改革实验教学平台构建，深度挖掘专业本身的工科特性，培养更符合时代和行业要求的高素质人才，提升地理信息科学专业的建设水平。

    参考文献

    [1]刘后广，程志红，杨建华，等.新工科下硕士研究生跨校跨学科协同创新培养模式探讨[J].中国教育技术装备，2018（20）：48-50.

    [2]赵瑞，张欣，宗晓萍.新工科愿景下地方综合性大学校企协同人才培养探索与实践：以河北大学自动化专业为例[J].中国教育技术装备，2019（4）：66-68，73.

    [3]张奔.中国制造2025背景下应用型工科人才培养模式探索[J].中国教育技术装备，2018（4）：132-133，136.

    [4]陆妍玲，姜建武，殷敏等.基于1中心2主线3模块的地理信息科学专业创新创业人才培養模式研究[J].中国教育技术装备，2018（14）：65-67，72.

    [5]靖娟利，王永锋.GIS专业多位一体实践教学模式改革探讨[J].中国教育技术装备，2018（6）：126-128.

    [6]向夏楠.面向新工科的土建类专业实践教学改革与实践：以湖南城市学院建环专业为例[J].中国教育技术装备，2019（22）：129-131.

    [7]吴浩，池秀文，陈先锋，等.安全科学卓越工程师实验教学体系改革[J].实验室研究与探索，2014，33（8）：193-197.

    [8]李暾，黄柳云，陈荣明，等.基于工程一线的土木工程专业实验教学模块研究与实践[J].中国教育技术装备，2018（10）：121-123.

    [9]屈晓波，赵根.关于国土资源“一张图”建设的思考[J].国土资源信息化，2013（4）：12-15.

    [10]赵苗苗，赵师成，张丽云.大数据在生态环境领域的应用进展与展望[J].应用生态学报，2017（5）：1727-1734.