智能化时代地理空间信息软件人才培养模式研究与实践

吴 亮，宋振振，陈占龙，周 琪，郭明强，刘 郑

（1.中国地质大学（武汉）计算机学院；2.中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院；3.中国地质大学（武汉）国家地理信息系统工程技术研究中心，湖北 武汉 430074）

0 引言

地理空间信息软件是一类专门用于处理、分析与可视化地理空间数据的计算机软件，可处理地图数据、遥感影像、地形数据等地理空间数据，并将其转换成有价值的地理信息［1］。地理空间信息软件在国家发展过程中发挥着重要作用，为国家决策、资源管理、灾害管理、城市规划等诸多领域提供了科学的数据支持和决策工具，是实现国家可持续发展的重要支撑工具［2-3］。

近年来，社会对地理空间信息软件人才的需求逐年上升。中国人才网和智联招聘等人才招聘网站的数据显示，2023 年第一季度，中国国内对地理空间信息软件人才的需求量达到了约15 000 人，这一数字同比上年增长了约23%。从地区分布上看，北京、上海、广州等一线城市的需求量最大，其需求量占比达到总需求量的42%，其次是杭州、成都、武汉等二线城市，约占总需求量的30%。从企业性质来看，高新技术企业和互联网企业的需求量最大，其次是地理信息服务公司和政府部门。总体来看，中国国内对地理空间信息软件人才的需求量较大，且增速较快，未来发展前景广阔。

人才培养是推动地理空间信息软件研发和技术创新的关键，而地理空间信息工程专业是培养地理空间信息软件人才的重要专业之一，用于培养具备专业知识和技能、软件开发能力、团队合作和交叉学科应用能力的地理空间信息软件开发人才，可以推动地理信息技术的不断发展和创新，为社会发展提供更加先进、高效的软件工具和解决方案［4-5］。国家目前对素质高、能力强、视野开阔的地理空间信息人才的需求愈发迫切，因此对人才培养模式和培养质量提出了更高要求［6］。

近年来，智能化时代的到来给地理空间信息软件人才培养带来了诸多挑战，如教学科研一体化推进、与人工智能专业课程的融合、多种教学模型相结合以及跨专业人才培养模式的探索等［7-8］。本文针对智能化时代背景下地理空间信息软件人才培养模式改革的需求，结合地理空间信息软件人才培养实践，从培养理念、课程设置、教学模式以及产学研等方面，对智能化时代地理空间信息软件人才培养的方法体系和模式进行研究与实践。

1 地理空间信息软件人才培养需求

在智能化时代，地理空间信息软件人才培养面临诸多机遇和挑战。地理空间信息软件人才不仅需掌握该学科的基础理论和前沿技术，而且必须具备人文社会学科的基础知识和思维方式，使思维更富想象力，更具发散性，更有创意，才能满足现代工程对人才能力和素质的要求［9］。地理空间信息软件人才培养需要平台作为支撑，而现有的地理空间信息软件人才培养体系还存在一些不足之处需要完善，主要体现在课程结构、学科平台、培养目标以及思政教育方面。

（1）课程结构方面。在智能化时代下，随着机器学习和深度学习在计算机视觉、计算机图形学等方面深入而广泛的应用，掌握这些前沿技术可以让学生在就业市场上获得较大优势，人工智能的相关理论、方法、应用也更容易激发学生的求知欲［10］。因此，在传统的GIS 空间分析、遥感导论等基础课程体系中引入以人工智能方法为代表的新方法，可满足智能化时代对地理空间信息工程专业课程结构的要求，从而增强学生的市场竞争力［11］。

（2）学科平台方面。目前地理信息产业中面临诸多现实的工程问题需要解决，如城市规划、科学管理、智能决策、地理空间信息智能预测等，从而对地理空间信息工程专业的人才培养质量提出了更高要求，特别是需要培养学生的实践动手能力、科研能力，以及将人工智能技术应用到地理空间信息处理中的能力［12-13］。为了满足上述要求，需要建设一个集人工智能与地理空间信息工程技术为一体的跨学科平台，该平台用于解决传统教学模式中重教学、轻实践的不足，避免地理空间信息工程专业人才培养陷入“闭门造车”的境地，从而进一步弥补人才培养与人才需求之间的差距，实现教学与科研之间的良性互动。

（3）培养目标方面。地理空间信息工程是一门将地理空间信息技术与现代软件工程技术相结合的专业，不仅要求学生掌握完备的地理空间信息处理相关知识体系，而且要求掌握地理空间信息处理的必备技能，如地理空间数据处理、空间分析、地图制图、编程、数据库操作等技术［14］。智能化时代的到来对这一培养目标提出了更高要求，还要求学生掌握地理空间数据的智能处理与分析、知识图谱挖掘、智能决策支持等相关技术，能够将课程、实习、科研三者有机结合起来。通过将学生参与的实习、科研、学科竞赛、创新创业等活动进行学分量化，以期提高学生的动手能力和专业素质，从而满足地理信息产业所需的专业素质和技能要求，为国家培养出创新能力强、可适应智能化时代发展的地理空间信息软件人才［15］。

（4）思政教育方面。智能化时代下的地理空间信息工程专业需要对专业体系中所蕴含的思想价值和精神内涵进行深度挖掘，在课程体系中强化思政教育。一方面，该专业属于工科专业，在学生培养过程中不免着重强调自然科学和技术价值，而忽略了对科学文化内容及技术伦理的思考等，导致学生缺少对人工智能、地理信息等技术的价值判断标准和能力［16］；另一方面，课程缺少涉及中国特色的地理空间信息理论和教学案例，使学生对中国地理空间信息产业的发展状况了解不足，缺乏对中国地理空间信息技术的文化自信。

因此，在智能化时代下，如何确立人才培养模式的指导思想、如何结合高校优势和学科特点开展创新工作等成为当下亟待深入探索的问题。

2 地理空间信息软件人才培养模式实践

智能化时代下的地理空间信息软件专业人才培养模式实际是一项具有创新性的工作，通过将智能测绘时代下的教育新理念、新机构、新模式进行深度融合（见图1），从而贯彻落实学校的人才培养理念，完善“宽口径、厚基础”的本科教育模式，构建多元化、个性化的地理空间信息专业人才培养体系。为此，通过梳理地理空间信息工程专业建设思路、优化地理空间信息工程本科教学课程体系、改革教学模式、创建实践教学基地，从而打造地理空间信息拔尖创新人才基地，探索智能化时代下地理空间信息人才的培养模式。

Fig.1 Talent cultivation mode for geospatial information software in the era of intelligence图1 智能时代地理空间信息软件人才培养模式

2.1 教研一体化跨学科教学平台建设

基于纵向的跨学科教学体系对低年级学生进行基础与通识教育，对高年级学生进行跨学科主修与辅修教育，并适量提升学业挑战度，合理增加课程难度，拓展课程深度，扩大课程的可选择性，进一步完善课程教学基本规范。依托国家地理信息系统工程技术工程研究中心开展实验教学，以科研项目为基础支撑，以理论教学中的问题和任务为导向，安排理论、方法应用的实验内容，开展原理、方法拓展的自主实验，有导向性地培养跨学科人才。

通过建立智能化框架下理论学习与技术实践相结合的教学模式，加强学校和企业之间的沟通与合作，真实打通学校与企业之间的壁垒，最终将学习、设计、研究与成果结合起来，在研究中学习，在实践中收获，实现良性教学研究互动。基于跨学科的人才培养理念构建测绘科学与技术、信息技术、计算机科学技术等相关领域之间的知识桥梁，提升学生的综合能力以应对智能化时代下日益复杂的现实问题。

2.2 “AI+GIS”专业课程新结构构建

通过对培养方案进行精细化调整，例如增设人工智能课程模块以及增加实习、实践或学科竞赛等环节，最终形成以地理空间信息为基础、以地理大数据应用为研究对象、以人工智能为核心的教学课程结构，有针对性地为学生建立人工智能技术相关知识体系，如表1所示。

Table 1 AI+GIS course structure表1 AI+GIS课程结构

同时，瞄准科技前沿，构建“AI+GIS”课程新体系，紧密围绕地理空间信息工程的应用需求，深入了解地理信息相关行业发展现状，明确当前环境下对创新型人才的具体需求。对紧密相关的人工智能、物联网、云计算等专业课程体系进行调研分析，深入梳理地理空间信息工程专业与相关专业课程的逻辑联系，建立专业课程的新框架。

2.3 智能化教学新模式构建

增加了线上与线下、校内与校外、虚拟与现实相结合的教学模式，通过云平台进行授课、作业批改等线上教学方式提升教学效率；通过指导学生参与科研项目、学科领域的创新性竞赛，带领学生对地理空间信息相关领域的关键科学问题进行探索，从而培养学生的综合创新与实际应用能力，提升教学质量。

在充分研究国内外项目教学法的基础上，结合地理空间信息工程专业的教学和产学研经验，打破年级限制，构建一套跨年级、多层次、多目标的综合人才培养体系。在人才培养模式构建过程中，以公共基础课程、通识教育课程为基础，以专业课程、人工智能课程为核心，以跨学科课程为应用方向构建教研课程框架，全面提高人才培养能力。学习与借鉴国内外成功的智能化教学模式和改革案例，探索跨专业、跨学校、跨国界、跨学位的长链贯通培养模式。增加线上与线下结合、校内与校外结合、虚拟与现实结合的教学模式，提升教学质量。同时建立软件人才培养的科学评价机制，不仅要评价学生的理论知识掌控情况，而且要评价其实践能力和创新能力，以此引导学生的学习方向。

学科的“三融合”是指将地理空间信息软件人才培养与科研平台、人工智能课程体系以及多种教学模式进行深度融合，并落实到师资培养、机制建设、课程体系设计3 个方面。通过设计并制定一系列管理制度，促进跨学科专业人才培养，提升学生的实践综合能力，从而培养出能够服务于国家重大战略需求的全面人才。通过组织青年教师座谈会、教师讲课比赛以及评选优秀指导教师等方式不断加强师德师风建设，以科研项目充实教师的教学内容，促进教研良性循环。结合学科背景与学校特色，依托国家地理信息系统工程技术研究中心，引导教师把国际前沿学术发展、最新研究成果和实践经验融入教学，促进师生“寓教于研、教研相长”，最大程度地提高学生的自主学习、自主探究、自主创造能力，并提供创新创业、研究成果转化机会。

3 方案实施及成效

3.1 人才培养方案实施

构建教研一体化跨学科教学平台、专业课程新结构以及智能化教学新模式是培养地理空间信息软件人才的基础条件。地理空间信息软件人才不仅要掌握地理空间信息工程专业的基础理论知识，而且需要强化实践能力。软件开发是一门实践性很强的工程技术，需要通过项目实践来培养学生的软件开发能力，因此学校开展了较多的软件工程实践课程，加强与软件企业的合作，邀请企业工程师参与教学，鼓励学生积极参与开源项目或企业项目实习。学科竞赛也是检验与提高人才培养质量的重要手段，学校积极组织学生参加地理空间信息软件开发竞赛、应用创新大赛等活动，激发学生对专业的学习兴趣，以提升人才的培养效果。

智能化时代的软件技术更新速度更快，因此需要及时关注新技术的发展趋势。学校要加大对教师的培训力度，鼓励教师学习新技术与新方法，提高教学水平，并将新技术融入教学中。同时要培养学生的自主学习能力，以适应技术的快速发展。

3.2 人才培养成效

自中国地质大学（武汉）地理空间信息工程专业获批以来，通过协同国家地理信息系统工程技术研究中心、地质探测与评估教育部重点实验室等多个国家省部级平台，建立了跨学科交叉融合的科研与教学团队。在开展智能化时代地理空间信息软件人才培养模式实践的过程中，为进一步了解学生的学习效果并量化教师的教学成效，笔者针对中国地质大学（武汉）地理空间信息工程专业2021 届（首届）毕业生成果和教师教学成果进行统计汇总。

团队从理念改革、信息化改革以及考试改革3 个方面进行教学改革，以充分提升学生的学习动力、动手能力与自主学习的积极性，拓展学生的思维空间。在课堂上，以项目工程问题（如选址分析问题、交通预测问题等）为导向，鼓励学生使用AI+GIS 的方法提出解决思路，并使用MapGIS、ArcGIS 等GIS 平台结合主流深度学习框架来解决问题。同时积极鼓励学生在大二、大三期间参加学科竞赛，如全国大学生高校GIS 开发大赛、大学生数学建模大赛等。学生在比赛中遇到问题时需要利用多种途径来寻求解决问题的方法，因而使学生在课上、课下带着问题去学习专业知识，思考问题的本质，培养自己独立分析与解决问题的能力。在求知欲氛围浓厚的环境下，近3 年无学生考试违纪，学生毕业论文紧密结合专业方向，符合培养目标，选题规范、合理。学院严格执行毕业设计选题、开题评审、毕设答辩流程，教师指导效果好，学生论文完成质量高，涌现出一批优秀毕业论文。

在项目开展以来，团队也取得了丰硕的教学成果，其中相关成果“地理信息类专业3332 教学体系创建与实践”荣获2018 年高等教育国家级教学成果奖二等奖，并获省级高等学校教学成果奖1 项、全国高校地理信息科学教学成果奖1 项，详见表2。地理空间信息工程专业自2017 年招生以来，2021 届（首届）毕业生总人数62 人，其中升学人数26 人，升学率为41.94%，肄业人数为0，毕业生合格率为100%，详见图2。其中，4 名本科生在国际知名SCI 期刊发表多篇论文，实现了基础扎实、知识面宽、能力强、素质高的具有创新精神和实践能力的高级专门人才培养目标。

Table 2 Teaching achievements attained by the team表2 团队取得的教学成果

Fig.2 Career destinations of the graduates from the class of 2021 in geographic spatial information engineering图2 2021届地理空间信息工程专业毕业生毕业去向

团队在创新实践方面采用产学研和“3+1”培养模式。在专业教师的指导下，学生成功申报大学生创新创业训练计划项目，包括国家级2 项、省部级4 项，同时积极参与各类科技文化竞赛活动，获得全国大学生GIS 开发大赛特等奖1 项、一等奖4 项、二等奖5 项、三等奖1 项，详见表3。其中，2020年竞赛获奖54人次。

Table 3 Summary of student awards表3 学生获奖情况汇总

在智能化时代地理空间信息软件人才培养模式的驱动下，鼓励学生紧跟时代前沿，以解决实际问题为驱使，通过主动学习、积极探索、知识共享，融合掌握各科、多领域知识，有助于其开拓视野、调动学习热情并培养创新思维。通过与多家单位签订产学研基地、实习基地，加强对学生动手实践能力的培养，为地理空间信息领域的卓越工程师培养创造了良好环境。

4 结语

智能化时代下的地理空间信息软件一流人才不仅要掌握地理学领域的前沿技术应用知识，而且应该具备国际化的视野和思辨能力，因此需要地理空间信息工程及其相关专业对人才培养模式、教学创新模式进行探索和创新。中国地质大学（武汉）地理空间信息工程专业在本科教学课程体系构建、教学模式改革、实践教学基地建设等方面进行了积极探索，经过多年的持续发展，已初步搭建了国内一流的教学科研平台，具有专业课程结构合理、教学资源丰富、实践教学成果突出、人才培养特点显著等优势，对于智能化背景下的地理空间信息软件人才培养模式的研究与实践具有重要的指导意义。

然而，智能化时代下的地理空间信息软件人才培养还面临着一定挑战，如人才培养与产业发展的匹配度问题、新技术应用的跟进速度问题、实践条件的限制问题等。为此，高校应加强产学研合作，密切跟踪行业技术发展动态，及时调整人才培养方案；加大实践平台投入力度，为学生创新创业提供更广阔的舞台；加强教师队伍建设，提高教师的专业水平和教学能力。总之，智能化时代下的地理空间信息软件人才培养模式研究与实践是一个长期过程，高校应不断总结经验，在实践中不断改进与优化人才培养方案，为我国地理空间信息产业发展提供强有力的人才支撑。未来，高校还应加强与国内外相关高校和科研机构的交流合作，共同探索地理空间信息软件人才培养的新范式。