“无人机”对地理信息科学专业建设的影响——以新疆师范大学为例

杨雪峰，李新国，古明珉

（1.新疆师范大学 地理科学与旅游学院，新疆 乌鲁木齐 830054；2.中山福昆航空科技有限公司，广东 中山 528400）

引言

地理信息科学（Geographic Information Science，简称GIS）是地理科学、计算机科学与技术、测绘科学与技术、遥感科学与技术等多学科交叉融合的产物，是一门融合理工科特性、实践性强的学科。近年来，随着大数据、人工智能、无人机等新技术和方法的涌现，GIS学科得以推动并快速发展，也使得GIS专业人才的培养面临多重挑战。将GIS教学转变为更全面的知识领域、更前沿的方法技术、更多样的实践方式的专业人才培养模式已成为重要目标［1］。

GIS人才培养需要相应的专业定位，教学与实践需要有针对性。根据就业反馈情况来看，GIS专业学生毕业后，相当一部分学生进入了测绘及相关领域的企业，普遍采用无人机、倾斜摄影测量、机载LiDAR（Light Detection and Ranging）等技术手段进行工作。市场亟须应用型的测绘工程专业和无人机领域人才，而新疆师范大学（以下简称“我校”）GIS人才培养模式无法适应新形势下社会对专业人才的要求。

我校地理科学与旅游学院GIS专业成立于2000年，经过20多年的发展，已培养本、硕毕业生2 000余名，目前在校本科生研究生共300余名。该专业于2021年成为自治区一流本科专业，目前正在积极申报国家级一流本科专业。在学科快速发展的同时，我校GIS专业在课程设计、专业能力培养方面还存在较大的不足。

进入21世纪，GIS领域出现“三多”（多平台、多传感器、多角度）和“三高”（高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率）发展趋势，伴随而来的大数据时代，也极大地推动了GIS的发展［2］。无人机技术不仅是先进的空间数据获取技术，还涉及导航、测绘、人工智能等技术，具有很高的社会应用价值和应用潜力，更是当前创新创业的增长点。无人机技术在2010年之后被很多高校、职业院校吸收进测绘工程、GIS等专业的教学体系中［3-6］。

目前我校GIS 专业尚未开设“无人机技术”“人工智能”“大数据”等代表性的主流信息技术课程，导致学生对前沿技术发展了解不足、专业能力落后、社会就业范围较窄。长期以来，我校GIS专业的实践教学一直侧重于使用自然地理野外实习的传统方法，与GIS专业的实际需求融合度较低。例如，“3S野外综合实习”主要通过地面观测和传统测量手段进行，过于强调地理学理论实践，未能充分考虑GIS领域的专业性、技术性和信息性等特点，导致教学内容与实际应用之间脱节，实践的针对性不够明确。此外，我校GIS专业的实验设施和实践基地相对匮乏，在很大程度上影响了专业实习活动的展开。从同一领域的人才竞争角度来讲，学科建设也需要积极跟上当前科技发展的潮流。

在现有的GIS人才培养方案体系下，创新体系存在明显缺口。无人机技术的应用需要涉及地理信息科学、航空航天、电子工程等多个学科知识的综合运用。学生在学习无人机技术的过程中，需要学习和理解多个学科的基本原理，培养了解和整合跨学科知识的能力。无人机技术的应用领域非常广泛，学生可以通过创新应用无人机技术解决现实问题，培养学生的创新思维和能力。

一、无人机与GIS教学改革

（一）无人机教学的意义

由于GIS专业融合理工的特色，教学模式需注重地理素养与信息技术能力培养相融合，目前在学生空间思维和创新能力培养机制等方面面临着许多挑战。在当代地理学领域，无人机应用推动了自然地理过程的空间视角拓展、高清对地遥感数据的应用、农林植保辅助作业、旅游资源的利用与开发，以及低空空域资源开发等领域的突出发展［7］。无人机教学对于GIS专业教学改革具有重要意义。

在“本科为本”的教育理念指导下，面对不断发展的技术和市场需求，高校应当紧随科技发展潮流，让学科发展适应社会发展需求。作为以应用为导向的学科，实践教学基地在地理信息科学学科建设中的作用尤为重要。无人机实践教学基地作为现代本科专业教学的有机组成部分，成为打通专业学习、训练、科研和社会就业的渠道，在本科教育中具有无可替代的重要作用。

（二）无人机实践基地建设原则

2015年5月，国务院办公厅发布了《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》，全面部署了深化高校创新创业教育改革的任务。在当前形势下，创新创业教育理念教育成为加强学生创新意识、创业精神和创业能力培养的重要途径，也是缓解高等教育毕业生就业难题的迫切需求［8］。

基于“双创”的理念，应当根据GIS专业人才培养目标，明确学生需要掌握的能力。形成以“空间数据获取能力、空间数据分析能力、GIS软件开发能力”为核心的培养模式，该模式以课内实验为引领，以无人机实践教学为基础，为学生提供全面的实践培养体验。

有数据显示，到2023年，中国无人机市场规模将达到968亿元，其中军用无人机规模约350亿元，民用无人机规模将达620亿元，占比将突破六成［9］。2022年全国民航工作会议报告中提到，截至2021年，全国共有无人机相关企业1.27万家。随着无人机市场规模的惊人增长，无人机相关行业就业热度持续飙升。

新疆师范大学“无人机产学合作实践基地建设项目”是新疆师范大学与中山福昆航空科技有限公司合作申请的教育部产学合作协同育人项目，将目前公司先进的无人机技术及应用教学资源补充到我校GIS本科的教学框架中来，通过产教深度融合、校企全面合作，共研人才培养方案，让学生深入了解产业界的工作环境和实践应用。

2019年，教育部启动了一流本科专业建设的“双万计划”，引领和推动高校优化专业结构，提升专业建设质量，构建高水平人才培养体系。将高等教育的关注重点回归到专业本科教育［10］。在改革过程中，实践教学扮演着至关重要的角色。引入无人机、人工智能等前沿新技术，增强他们的实践动手能力及问题解决能力，有效地提升学生的学习效果和满意度，从根本上保障教学的质量。

二、无人机教学体系设计

（一）逻辑体系

无人机产学合作实践基地的建设需充分考虑GIS及相关专业学科的建设和发展需求，为本科和研究生教学及科研活动提供必要的实验空间和无人机相关软硬件环境。学生依托无人机产学合作实践基地能够参与无人机相关竞赛、开展科研活动，实践基地可以很好地嵌入现有的人才培养体系，成为推动GIS专业建设水平的“发动机”（如图1）。

图1 无人机与GIS教学体系的关系

（二）落实措施

根据我校地理信息科学专业培养计划，分别从理论教学、实践教学和创新教学三大育人模块分析“无人机”理论和技术教学内容与现有课程体系的结合点。

实践基地建立有无人机教学资源库，提供无人机组成、传感器技术、无人机地理信息采集、地图制图、地形测量、资源调查等方面的文字、视频材料及相关的采集数据及处理软件。利用实践基地提供的软硬件条件，对地信专业的任课教师进行理论和实践能力培训；重新梳理、组织理论教学体系涉及的课程内容，在相应的教学章节和知识点上增加介绍无人机的内容，建立无人机教学知识框架。引入国家虚拟仿真实验教学课程共享实验教学内容，将优质的VR实验教学内容进行整合和共享。面向全校各专业学生开设“无人机理论与应用”公开课，推动无人机知识普及，促进其他学科领域的交流与合作，实现效益最大化。

依托无人机实践基地，积极申报其他教学改革项目和学科建设项目，进一步推进学科发展和相关科研项目的研发，以推动学校的科研实力和教学水平的不断提升。在基础理论课内容改革的同时，利用实践基地的实验室资源，增加无人机实践的相应课时；建成室内模拟器练习和室外场地飞行相结合的实操环境，让学生掌握操作无人机设备的方式，为未来获取无人机飞行驾驶认证提供条件。

通过对大一至大三的专业实习大纲进行调整，修改以往的地面仪器测量为使用无人机测绘、在卫星遥感研究中结合无人机遥感为多源遥感方式。通过组织学生参与无人机飞行实践操作，让学生亲身体验无人机的飞行控制和数据采集过程，学习如何利用无人机采集的数据进行地图制作、地形模型构建、资源监测等，加深学生对地理信息学科的理解和运用能力。

依托我校的本科生“卓越拔尖”项目计划，安排入选学生参与科研项目，为学生提供创新科研平台，鼓励学生利用无人机技术解决特定地理问题，拓展无人机在地理信息科学中的应用领域。优先支持、组织学生以无人机开发、应用等主题参加相关行业的竞赛，锻炼、培养学生的综合素质和团队合作能力。以上各模块的教学内容与现有课程的关系如下（见表1）。

表1 无人机与GIS教学体系的结合点

结语

“无人机”产学合作实践基地建设项目启动一年多时间，积极鼓励学生以无人机相关内容参加各类创新创业比赛、学科竞赛，让学生在比赛中锻炼创新能力和实践能力。依托该基地，GIS专业本科生已获得大学生创新创业训练计划项目国家级立项、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛科技发明类校级一等奖，以及“互联网+”大学生创新创业大赛校级选拔赛二等奖等奖项；成功申报自治区高校教学研究和改革项目一项。

在未来，GIS将有效支撑国家数字经济、智慧城市和新型基础设施建设等关键任务。培养新一代GIS优秀人才需要学生不仅掌握领域的前沿高新技术，还要深度融合理论应用与实际操作，这是高等院校教学体系不可或缺的一环。作为新疆师范大学GIS专业教学和科研的关键支持，无人机产学合作实践基地肩负着为教学、科研和竞赛提供坚实保障的使命。该基地不仅有助于提升教师队伍的教学素养，同时在学生培养、激发创新思维和实际能力方面也具备不可替代的作用。此外，该基地也是学校综合实力的象征，是教学水平、科研水平及管理水平的重要体现。