卓越GIS工程师能力培养体系探索

艾明耀，胡庆武，潘　励

(武汉大学遥感信息工程学院，湖北 武汉 430079)

Approaches to Talent-cultivation System of Excellent GIS Engineers’ Ability

AI Mingyao,HU Qingwu,PAN Li



卓越GIS工程师能力培养体系探索

艾明耀，胡庆武，潘励

(武汉大学遥感信息工程学院，湖北 武汉 430079)

Approaches to Talent-cultivation System of Excellent GIS Engineers’ Ability

AI Mingyao,HU Qingwu,PAN Li

摘要：目前，本科工程教育的内容主要包括理论教学和工程实践两大部分。本文以武汉大学遥感信息工程学院GIS人才培养体系为例,介绍了理论教学与实践教学并重的“知识—思维—能力”三位一体的培养模式，以及校内培养和企业培训相结合的培养方式，以期对高等学校GIS教育和卓越GIS人才培养产生一定的借鉴作用。

关键词：GIS人才培养；卓越工程师；实践教学；校企联合

中国地理信息产业规模庞大，发展迅速，前景广阔。“十二五”以来，中国地理信息产业服务总值年增长率为30%左右。截至2013年底，中国地理信息行业企业达2万多家，从业人员超过40万人，年产值近2600亿元。社会公众在日常生产生活中对地理信息的应用需求不断增长，为地理信息产业发展开辟了巨大的市场空间。

地理信息行业的迅速发展对人才的培养提出了更高的要求。《国务院办公厅关于促进地理信息产业发展的意见(国办发〔2014〕2号)》要求人才培养“坚持产学研相结合，紧密结合产业发展需求，进一步优化高校专业和课程设置，努力培养国际化、复合型、实用型人才。”《国家地理信息产业发展规划(2014—2020年)》提出“适当调整高等院校的地理信息学科布局和人才培养方向。鼓励有条件的企业联合高等院校对管理人才、科技人才进行系统的再教育和培训。支持企业联合高等院校、科研机构共建大学生实习基地。”2010年6月教育部启动的“卓越工程师教育培养计划”旨在培养造就一大批面向工业界、面向世界、面向未来的、创新能力强、适应经济社会发展需要和高质量的各类型工程技术人才。

目前已有超过170所高校开设GIS专业，每年培养GIS毕业生近万人[1]。在GIS专业迅猛发展的同时，GIS教育培养质量和水平远未达到行业期望和卓越工程师的要求。由于各高校办学背景和学缘结构不尽相同，其GIS专业的培养目标、课程设置、学时分配等培养方案的细节存在较大差异，专业发展和学生能力优势有所偏差[2]。在当前时代和技术高度发展的背景下，学生应具备的GIS能力应为多层次的能力，包括GIS数据获取、处理、分析和应用的基础能力，GIS的综合设计能力、创新设计能力和工程实践能力[3-4]。部分高校存在教学资源投入不足、师资力量不匹配、教材滞后、重理论轻实践、创新能力不够等问题[5-7]，因而对培养体系的改革至关重要。

武汉大学的“测绘工程”“遥感科学与技术”及“地理信息系统”均是国家特色专业，3个专业在卓越GIS人才培养方面形成了独特的培养体系，在人才培养的导向上各具优势。地理信息工程是遥感科学与技术专业的一个方向，在动手实践能力方面备受业内认可[2]。经过多年的建设和改革，实现了多源天空地一体的地理信息获取、管理、处理、分析和应用的专业培养方案，建立了理论教学与实践教学并重的“知识—思维—能力”三位一体的培养模式，校内培养和企业培训相结合的培养方式，形成了面向国家战略和行业发展的工科型的卓越GIS人才培养体系。本文结合武汉大学遥感科学与技术专业(地理信息工程方向)的培养目标和课程设置，依据具体的培养过程介绍对卓越GIS工程师培养体系进行探讨。

一、卓越GIS工程师培养模式概述

武汉大学遥感科学与技术专业“卓越工程师计划”的培养目标是：面向国家空间信息基础设施建设的需要，培养掌握遥感科学基本理论、方法和技术，具备良好的人文素养，具有空间信息获取、处理、分析和应用专业知识，拥有较强的工程实践能力、知识更新与自我完善能力、良好沟通与组织管理能力和国际视野的遥感科学与技术专业高素质工程技术人才。遥感学院培养的卓越GIS工程师则是在此要求之内的工程师，其目标是：面向地理信息产业发展需要，以解决地理空间信息处理、加工、管理、分发、服务和技术应用开发过程中的工程技术问题为目的，培养创新型工程技术人才。

卓越GIS工程师教育培养计划的实施过程分为两个部分，采用校内培养和企业培训相结合的培养模式(简称“3+1”模式)。通过调整培养方案和课程安排，学生除了在校内的系统学习以外，还将参与累计1年的企业实践锻炼。

该实施方案通过合理安排校内的系统性理论学习环节和多层次实践教学环节培养学生的GIS理论知识、GIS思维和GIS能力，并利用与业内知名企事业单位和公司联合建立的地理信息工程实践基地充分培养学生的卓越GIS能力，将学生在校内习得的GIS知识、GIS思维和GIS能力提升为行业所需的GIS能力。

该培养方案充分展现了知识、思维和能力的相互关系。大学阶段的学习是将信息转换知识的过程，同时也是培养思维和习得技能的过程。思维是一个创造过程并能将其转化为知识、技能、态度、价值观、情感、信念和意识的过程。能力是固有的知识、思维和个性特质共同构成的个人素质，是应用知识的实践动手能力，是结合了知识与思维的一个系统运用的能力[8]。因此卓越GIS工程师的培养过程不仅仅是传授GIS方面的专业内容，而且是影响学生的思考和行为方式，即思维方式，更为重要的是培养学生的相应GIS能力。图1的课程设置体系展现了这一模式，图中左侧为地理信息工程方向核心专业理论课程，右侧为核心实践课程，上部为企业实践锻炼平台；左侧的理论课程一般安排了对应的实践课程，如没有则该理论课程本身安排有课程实践，验证或拓展理论课程的内容。从基础到综合再到设计创新，从知识、思维到实践，从理论到实践的多层次课程培养体系极大地丰富了学生的知识，塑造了学生的GIS思维，锻炼了学生卓越的GIS能力，这种能力囊括了GIS数据获取、处理、存储、管理、分发和应用的技能，为学生胜任GIS工程领域的难题夯实了基础。

二、理论课程体系

理论课程是学生习得知识、锻炼思维的途径。GIS理论教学是卓越GIS工程师培养中必不可少的一步。学生在学校系统地进行地理空间信息的基础理论、专业基础和专业课程的学习，习得扎实的数学、物理、地理等自然科学基础知识与理论，并具有良好的人文素养和管理科学基础；掌握GIS专业所必需的工程基础，包括空间科学、地球地理科学和计算机应用的基本知识、思维及素养，初步具备分析GIS工程实际问题的能力，锻炼一定的项目组织、管理与执行能力和语言表达及沟通能力，具有较强的团队合作意识，培养与时俱进的学习能力。

武大遥感专业(GIS方向)的理论课程体系既注重知识获取的自然规律和思维培养的过程，又考虑了知识和思维向能力过渡的要求。多层次的理论课程体系根据地理信息学科理工结合的特点和社会对GIS人才的需求，结合学科的理论和技术发展，顺应卓越GIS工程师的培养模式和方案，从卓越GIS必备的人才的知识结构、能力和思维来设计课程内在的逻辑关系和外在的课程内容及安排，突出培养卓越GIS工程师的GIS基础理论知识和水平，并注重塑造卓越GIS工程师的GIS思维，即将现实世界中遇到的问题抽象为GIS的问题，具备利用GIS的理论和知识去分析问题的思考能力。

图1简略展示了这一理论体系结构：专业基础课程如地理学、地图学、测量学、GPS原理、图像处理、图形学和数据库原理将整个近地空间纳入到学生的知识结构体系内，并初步了解利用知识结构通过计算机来模拟地球空间的各种现象；专业主干课如摄影测量、遥感原理、GIS原理、空间数据库则进一步拓展了学生对于地球空间科学的理论知识结构，了解了更多便捷的地理空间数据获取、处理、存储的方法；专业核心课程如GIS工程技术、GIS程序开发和地理信息服务技术则综合地传授给学生地理信息处理和表现的知识，以及培养学生空间信息系统设计和开发的思维；专业核心课程如GIS空间分析则在前述课程的基础上不仅传授了如何利用GIS将现实世界的问题抽象为GIS问题的知识，并且讲述了如何分析并解决这一问题的理论知识，这些核心课程对于学生的GIS空间思维的锻炼具有极大的促进作用。

三、实践课程体系

实践课程是知识和思维向能力转换的过程和方式。学生在实践中精炼知识和提升思维，并转化为实践动手能力；与此同时，学生在实践过程中能够自主探索新的知识，在摸索的过程中逐步形成创造和创新的思维，并进一步转成个人能力。如此循环往复，构成“知识—思维—能力”三者结合并转化的螺旋式上升的良性循环。

武大遥感专业(GIS方向)的实践课程体系的构建目标是培养学生多层次的卓越GIS能力。其实践性教学环节在基础、综合、创新开拓和实战训练4个层级实践平台上，结合校内集中实验教学课程、校外基地工程实践教学课程和课外自主创新实践项目，培养地理空间数据获取与处理、地理信息工程设计、软件开发、工程项目管理、市场开拓等方面的能力。

基础实践平台培养学生理解工程技术原理的能力，掌握数据获取工具、数据处理软件、地理信息工程开发软件等的使用操作技能；主要实践教学环节包括：测量学课程实习、全球卫星导航定位技术课程实习、空间数据库课程实习、计算机图形学课程实习、遥感影像处理课程实习等。

综合实践平台通过简化的综合性的工程项目，培养学生综合运用所学知识获取处理地理数据、地理信息工程设计开发等方面的能力；主要实践教学环节包括：4D产品生产综合实习、地理信息软件开发技术课程设计、地理信息服务技术实习等。

拓展创新平台通过校内外实习实训基地的专项培训，培养学生灵活运用本专业的基础理论知识，解决地理信息工程设计、软件开发等工程问题的能力；主要实践教学环节包括地理信息工程设计与开发综合实习等。

实战训练平台采用校企联合培养模式，为学生提供真实GIS工程中的项目组织、质量与进度管理、市场营销、软件开发等实际工作，培养学生工程项目组织、管理与实施的能力；主要实践教学环节包括校外实习、毕业设计。

GIS专业具有很强的实践性，大部分能力的习得来自于实践。遥感专业(地理信息工程方向)的课程内容不仅考虑了专业要求和行业需求，而且注重将学生所学的GIS专业范围知识纵向与横向联系起来，建立有机的专业知识结构，构建利用专业知识思考和分析问题的专业思维，全面地培养学生将相关专业之间的内在联系与整体专业知识的应用能力。GIS原理课程设计的实践内容和考核方案将地理信息获取、处理、编辑、建库、地图制图、空间分析和三维可视化等过程通过GIS数据流的方式连成一体。课程设计中，学生的中间成果数据作为考核的数据，考核要求中数据处理过程层层递进，学生在实践中体会到数据流的转化，体验到自身GIS能力的全面展示；将所学习的理论知识和实践操作技能完整地结合起来，将GIS的构成角色全部串联，全面考察了理论课程的内容，给予学生充分发挥自身优势、展示自身能力的空间[8]。此外，学生在GIS原理课程设计中获得的结果数据还可用于GIS设计开发综合实习和WebGIS实习中。GIS设计开发综合属于创新性自主实践类型，鼓励学生自由组队，自主选择选题和实现方法，鼓励学生勇于探索和创新。GIS设计开发综合实习要求学生综合使用以往课程中培养的能力，完成选题需求分析和设计，完成GIS数据获取、处理、制图等数据整理的基础工作，并要求面向选题的编程实现空间分析和及其应用。这些实践课程不仅帮助学生巩固、扩展和融汇专业课程内容，更为重要的是学生在完成一个复杂系统的设计和实现任务的过程中，培养了综合运用多学科知识解决实际问题的综合实践能力，培养学生的创新意识、创新思维和创新能力。

四、企业实践

企业学习阶段是卓越GIS工程师培养过程中最重要的培养环节之一，是对学生能力培养的一次跃升。武汉大学遥感信息工程学院通过调整培养方案及课程安排，让学生拥有近一年的时间参与到企业实践中，充分锻炼和培养自身的GIS能力和专业素质。企业实践为实践教学体系中的实践教学平台提供了实实在在的培养过程，企业实践与校内理论课程体系和实践课程体系的关系如图2所示。

图2　企业实践的作用

学生去企业前已经具备了初步的GIS数据获取、处理、分析和应用的能力，以及GIS开发能力，但没经过真实GIS项目的锻炼。在企业实践阶段，学生通过熟悉所在企业，了解学科应用情况，培养学生爱岗敬业的基本素质；通过全方位参与企业的各种项目的实践活动，将理论学习与实践要求紧密结合，在实践中培养学生利用GIS分析问题和解决GIS工程问题的能力。实际的工作现场的实践与学习让学生能够灵活运用GIS基础理论知识，利用GIS空间思维引导自己思考问题的思维，锻炼和培养学生较强的创新意识，将学生培养为能够解决GIS数据采集、数据处理、信息获取及行业应用等工程实际问题的卓越高级工程技术人才。此外，学生在企业实践中可以深入探察GIS软件、数据及服务产品在市场的切实需求，可以深入参与项目从申请、浅谈、合同订立，再到项目实施及维护的整个GIS工程生命周期，了解GIS项目的全过程。这些完整的锻炼过程对于卓越GIS工程师的培养至关重要。

在企业学习期间，采用“分小组”和“双导师制”，即学生按照项目需求分成小组，每个小组在企业和学校各选一名指导教师。毕业设计(论文)选题依据学生在企业的实践活动和研究兴趣，与两名指导教师协商确定；学生在企业完成毕业设计任务后回学校进行毕业设计论文答辩，答辩小组由校企专家组成。

目前，武汉大学遥感信息工程学院已与业内7家知名企事业单位共同建立了实习实训基地。这些单位或公司在卓越GIS工程师的企业培养环节提供了相应的人力、财力、场地及其他实践条件，保障学生在行业第一线得到全面而扎实的锻炼。

五、结束语

地理信息产业的蓬勃发展和变革及相关产业的技术演进，对GIS人才的需求也在不断变化。国务院、教育部和国家测绘地理信息局分别提出了人才培养的目标和要求。在这一背景下，卓越GIS工程师的培养目的的提出和培养实践的示例对于GIS人才的培养具有借鉴和示范作用。本文介绍了武汉大学遥感信息工程学院的卓越GIS人才培养体系，叙述了理论教学与实践教学并重的“知识—思维—能力”三位一体的教学培养方案，结合理论教学和实践教学的实例说明了这一方案的优势；结合与企事业单位共建卓越工程师教育培养计划实践基地的情况介绍了企业实践在卓越GIS工程师培养过程中的重要作用。本文介绍的能力培养体系对高等学校GIS教育和人才培养具有一定的借鉴作用。

参考文献：

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[8]陈国松. 我国重点大学本科工程教育实践教学改革研究[D]. 武汉：华中科技大学, 2012.

[9]艾明耀, 潘励, 张丰, 等. 卓越工程师能力考核探讨与分析——以《GIS原理课程设计》为例[J]. 测绘通报, 2014(11)：123-126.

引文格式： 艾明耀，胡庆武，潘励. 卓越GIS工程师能力培养体系探索[J].测绘通报，2016(1)：142-145.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0036.

通信作者：胡庆武

作者简介：艾明耀(1988—)，男，硕士，主要工作为实践教学。E-mail: aimingyao@whu.edu.cn

基金项目：国家教育部2012年度“本科教学工程”项目

收稿日期：2014-10-24

中图分类号：G64

文献标识码：B

文章编号：0494-0911(2016)01-0142-04