大数据与智能时代的地理信息科学教育变革之思考

李海峰，李苏旻

摘 要：大数据和人工智能时代将带来一场高等教育领域的重大变革，这次变革不仅会深远的影响大学生的学习模式，而且会给教师带来前所未有的挑战。文章将首先分析大数据与智能时代的地理信息科学教育特点与问题，并从教师、学生两方面出发，来阐述大数据与人工智能时代下的新机遇与挑战。

关键词：大数据；人工智能；教育变革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）21-0145-03

Abstract： Big data and artificial intelligence era will bring a revolution in the field of higher education. This revolution will not only deeply impact on the learning model of college students， but also bring unprecedented challenges to teachers. This paper will first analyze the characteristics and problems of geographic information science education in big data and artificial intelligence era. Then， from the aspects of teachers and students respectively， we discuss the new opportunities and challenges in the new era.

Keywords： Big data； Artificial intelligence； Education reform

引言

大数据已经俨然成为了这个时代特征的代名词，通过大数据的方式重新认知和变革我们的社会正在成为不可逆转的趋势。大数据方兴未艾，人工智能的崛起，为大数据提供了强大的动力和引擎。2017年7月20日，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，将人工智能定义为国家发展战略。在这个规划中，要求推动人工智能领域一级学科建设，并且提出了在中小学阶段开始设置人工智能课程。人工智能时代正在开启，但是从中国教育的整体制度来看，还难以满足大数据与人工智能时代提出的越来越高的要求，因此如何针对性对现行教育体系作整体的改革，才有可能从根本上应对人工智能对我国教育形成的巨大冲击[1-3]。本文首先分析大数据与智能时代的地理信息科学教育特点与挑战，然后从教师和学生的角度，提出一些关于地理信息科学领域教育出现的一些新的挑战。

一、大数据与智能时代的地理信息科学教育特点与挑战

（一）地理信息科学教育特点

大数据与智能时代正在开启，对人才的需求提出了更高的需求。总体来说，对人才的计算机能力、数学能力和英语能力要求越来越高。这些知识的跨度和难度对于非计算机专业的学生而言还是有相当难度的。从数据库时代，到大数据时代，再到人工智能时代，社会对学生能力的要求也变得完全不同和更加苛刻，其比较如表 1所示。

（二）地理信息科学教育存在的问题与挑战

大数据与智能时代对人才的需求是对地理信息科学教育提出了新的挑战。从中国的地理信息科学的发展历来看，其研究内容主要来源于两个学科：测绘技术与科学和地理学。前者主要从数据采集，数据存储，数据分析和决策的角度来发展地理信息科学，后者更多的注重和地理学本身结合起来。因此导致本科学生在学校期间需要上大量的关于测绘、和地理相关的课程，同时要接受计算机的基础教育。这样的后果是，看起来学生学了大量的课程，但是实际上每门课都没有精通。因此笔者认为新时代地理信息科学教育应该通识化，也即鼓励学生根据兴趣选择更广阔的专业课；同时应该“专业化”，这里的专业化指的是更严格的专业训练，而不是堆砌大量专业质量低下的专业课程。

二、地理信息科学教育变革思考与对策

人工智能为我们社会的诸多领域带来革命性的变化，例如，在金融领域，银行交易员正在被计算机程序所取代，例如高盛所需要的交易员正在显著降低；在医疗领域，IBM沃森机器人正在利用医疗大数据，帮助医生进行疾病诊断；在驾驶领域，汽车巨头和互联网巨头正在投入巨资进行无人车的研究，例如谷歌公司的无人车行驶里程已经超过了300万公里。在这个背景下，笔者将从教师和学生的角度分别讨论两者面临的挑战。

（一）高校教师的机遇与挑战

随着开放教育的兴起，课程免费和开放程度越来越高。例如MIT，斯坦福，哈佛等名校的教学视频在网络可以越来越容易获取[5][6]。传統大学由于信息不对称造成的壁垒正在被打破。学生接受最先进的教育已经越来越不受地域的约束和限制。这种教育资源的自由化和教育垄断，正在随着MOOC的普及而被打破[7][8]。随着学生获取高质量知识的途径越来越多，对教师的素质和能力的要求也在不断提高。在这种背景下，每个教师都会被放在全世界的舞台上被比较和竞技，因此高校教师面临着更大的压力和挑战[9]。

面对这种大数据带来的新的变革，“下一代教师”的概念呼之欲出。下一代教师承载的任务将面临巨变。下一代教师不再是简单的“知识灌输者”，而是“灵魂的启发者”。要想实现这个角色的转换，笔者认为下一代教师的核心素养是研究能力。如前节所述，大数据和人工智能时代对学生的要求的提高必然会体现到教师的要求上。因此，为了适应这个要求，只有成为一个高水准的研究者，才能真正的理解自己的领域，并且将领域的核心知识传递给学生，同时启发学生分析、思考，提高分析问题和解决问题。这些能力是学生能够终生学习的核心所在。全球视野、高水准的研究素养、快速学习能力将构成下一代教师最核心素质。未来想以十年不变的教学内容在高校立足将成为过去。

（二）大学生的机遇与挑战

第46届达沃斯世界经济论坛发表了题为《工作的未来》（The Future of Jobs）的报告。该报告指出，现在65%小学生在未来将从事前所未见的、未知的、全新的职业。这就意味着由大数据和人工智能驱动的社会变革将从现在开始深远的影响每个学生，那么，我们的教育究竟应该如何培养孩子，应该塑造学生什么方面的能力，并让他们为未来做好准备，是一个非常重要的话题。笔者认为学生应该塑造如下三个方面的能力：

1. 批判性思维的能力

在未来，数据、知识将变得越来越容易获取，大数据背后隐藏着无穷无尽的信息和资源。大数据时代，科学发现由绝对的因果驱动转向了关联驱动，即通过发现相关性的可能性来做出决策。绝对的因果决策更大可能性由不确定的概率决策所代替。由于这些不确定关联关系，在不同的环境或者上下文下可能呈现完全不同的知识或者解释，因此，具有批判性思考的能力，不被数据的表象和各种知识所迷惑，能够独立的分析问题，形成合乎逻辑，有依据的独立判断就显得尤为重要。因此，学生不仅仅全盘接受知识，更重要的是形成批判性的洞见，这样才能在大数据和智能时代利于不败之地。

2. 专业通识与获取信息的能力

大数据时代，网络上的知识已经超过任何一个人一生可阅读的范畴。同时互联网的资源良莠不齐，因此如何通过互联网获取最优质的资源为己所用，变得非常关键[10]。由于知识的更新过快，很多学生发现在学习里面获得的GIS技术，毕业就已经过时了。在这种条件下，学生需要更强的信息获取能力，或者说更好的学习能力，以便可以终生学习。

同时由于学科的交叉融合正在兴起，因此，在学生需要更有意识的获取来自其他领域的知识，作为学生视野的扩充。例如，地理信息的很多学生比较抵触其他学科的课程，比如，做GIS的不太去关注遥感，更不用提其他学科，如机器学习，人工智能，认知科学。而这些学科可以大大的扩展学生的视野，增强学生对问题的认识，提供学生对于本专业的理解。因此这种专业通识的能力也是学生未来非常重要的知识底蕴和学术内功。

然而目前我国在这方面还非常不够，相反，现行的制度还制约了学生这方面能力的发展。例如很多学校设置了专业壁垒，规定学生只能选择本专业的课程，不能选外专业的课程。这就导致了有能力的学生专业通识能力非常不够，视野狭隘。因此笔者认为在地理信息科学专业之外，培养学生的专业通识知识显得尤为重要。

3. 终生学习与分析能力

现阶段地理信息科学教育存在的一个非常突出的问题是，计算机科学的理论基础薄弱，动手能力差，对知识的理解不够。从笔者任课经历来看，地理信息科学的学生在应用工具方面，比如ArcGIS，ENVI等专业软件方面能力不错，但是在实际中需要扩展功能，自己实现一些新功能，学生往往就束手无策。其根本原因在于学生对知识背后的原理理解不够深刻，导致只知计算，不知分析。本质上是分析问题和解决问题的能力不够。正如张子和在《儒门事亲》论述道：“不读本草，焉知药性？专泥药性，决不识病；假饶识病，未必得法，识病得法，工中之甲”。例如，我们的数学教学，主要强调计算、解题和公式背诵，缺乏必要的逻辑训练，批判性思维训练，推理训练等，没有交代概念背后的原理和知识点之间的逻辑联系以及其发展的来龙去脉。学生缺少逻辑推理训练、原理背景介绍、知识点之间的逻辑关系，就必然导致学生不能真正的理解知识点。对知识点理解的匮乏，就必然不能举一反三和灵活应用。

如斯塔夫里阿诺斯的《全球通史》：“人类历史中的许多灾难都源于这样一个事实，即社会的变化总是远远落后于技术的变化。人类的惰性思维决定了总是习惯于满足现有制度和技术带来的生活状态，因为采纳新思想、新制度和新做法总是令人不快的。”正是因为大数据和人工智能时代的到来，他们带来的冲击是前所未有的，而社会在这种猛烈的技术变革面前显得无所适从。新的知识爆炸式的增长，让知识的更新换代变得前所未有的迅猛。在这种背景下，地理信息科学的学生更需要保持能够终生学习的能力，这种能力才是学生在大学真正应该学习和具备的。

三、结束语

大数据与人工智能时代正在到来已经是不争的事实，这波变革必然会对教育产生深远的变革，地理信息科学这个学科如何在这种浪潮下，获得新生和更好的发展，是一个值得各个方面都深入思考的问题。因笔者学识所限，本文无法真正触及全面的教育改革创新这个极其宏大的话题。笔者认为在新时代的背景下，作为教育的双方面：教师和学生，都面临前所未有的挑战。教师需要具备更高的研究素质为成为下一代教师奠定基础，学生则应该从批判性思维的能力、专业通识与获取信息的能力和终生学习与分析能力等方面去提高自我。理解大数据和人工智能的基本特点，充分利用当前大数据给教育行业带来的改革，并站在浪潮之巅，是我们每个教育工作者应该深思的问题。

参考文献：

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[3]胡弼成，王祖霖.“大数据”对教育的作用、挑战及教育变革趋势——大数据时代教育变革的最新研究进展综述[J].现代大学教育，2015，04：98-104.

[4]刘清堂，王洋雷，诗捷，等.教育大数据视角下的学习分析应用研究与思考[J].远程教育杂志，2017，3：71-77.

[5]王雪宇，鄒刚，李骁，等.中美MOOC学习者学习行为分析——基于edX公开数据集和国防科技大学梦课数据集[J].计算机教育，2016，06：116-120.

[6]郑燕林，李卢一.MOOC有效教学的实施路径选择——基于国外MOOC教师的视角[J].现代远程教育研究，2015（3）：43-52.

[7]Harvard X-MITx Person-Course Academic Year 2013 De-Identified dataset， version 2.0[EB/OL].（2014-01-21）[2015-02-15].http：//dataverse.harvard.edu/dataset.xhtml？persistent Id=doi：10.7910/DVN/26147.

[8]李红美，陆国栋，张剑平.后MOOC时期高等学校教学新模式探索[J].高等工程教育研究，2014（6）：58-67.

[9]李未，任清华.兼职教授的几点感想[J].计算机教育，2017，06：7.

[10]奚春雁.互联网+一体化人才培养模式驱动职业教育改革创新——大连东软信息学院温涛校长专访[J].计算机教育，2017，06：1-6.