批判思维驱动的GIS专业学生创新能力培养模式探索与实践

摘 要：在当前地理信息科技日新月异的发展背景下，培养具备批判性思维和创新能力的高素质GIS专业人才已成为我国高等教育的重要任务。该文以中南大学地理信息科学专业为例，从教学方法、课程体系、实践教学等方面分析当前GIS人才培养存在的问题，并在此基础上围绕多课程精细协作、“课程－大创－竞赛”贯穿式训练模式、跨学科网络训练和真实问题导向的项目驱动教学等方法，探索一种批判思维驱动的创新能力培养模式。实践结果表明，该模式取得显著的成果，可为其他院校相关专业提供一定的参考和借鉴。

关键词：批判思维；创新能力；GIS专业；人才培养模式；实践能力

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）21-0077-04

Abstract： Under the background of the rapid development of geographic information technology， it has become an important task for China's higher education to cultivate high-quality GIS professionals with critical thinking and innovative ability. Taking the geographic information science major of Central South University as an example， this paper analyzes the problems existing in the current GIS talent training from the aspects of teaching methods， curriculum system and practical teaching. On this basis， a critical thinking driven innovative ability cultivation model was explored around methods such as multi course collaboration， "curriculum innovation competition" through training mode， interdisciplinary network training， and project-based teaching guided by real problems. The practice results show that the model has achieved remarkable results， which can provide some reference for related majors in other universities.

Keywords： critical thinking; innovation ability; GIS Major; talent training mode; practical ability

近年来，习近平总书记多次强调创新人才培养的重要性，他指出：“创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑。”这一重要论述为我们深化教育教学改革，培养创新型人才指明了前进方向。地理信息科学（GIS）作为集计算机科学、地理学、空间信息科学等多学科于一体的交叉学科，旨在培养具备空间思维、技术创新、解决实际问题能力的高素质人才，以满足社会对空间信息技术人才的需求。然而，传统的GIS教学模式往往注重理论知识的传授，而忽视了学生创新能力的培养，这在一定程度上限制了GIS专业学生的全面发展。因此，在GIS专业教育中，如何贯彻落实习近平总书记关于创新人才培养的重要讲话精神，培养具有全球视野和创新能力的高素质GIS人才，成为高等院校面临的重要课题。

一 GIS专业学生创新能力培养存在的问题

（一） 教学方法重“知识灌输”，轻“思维训练”

在GIS的专业课堂上，传统的教学方法仍然占据主导地位，即以教师为中心，通过课堂讲授、演示、考试等方式向学生传授知识[1]。虽然这种方法能够保证学生获得一定的基础知识，但却忽视了对学生创新思维的培养。学生往往只是被动地接受知识，缺乏主动思考和探索的空间，导致他们的创新思维受到限制。同时，现有的考核办法也过于注重标准答案和应试技巧，学生习惯按照既定的模式或标准去学习思考，难以有自己独立的见解。

（二） 课程关系松散，难以形成完整的思维框架

目前一些地理信息科学专业课程往往各自为政，每门课程都是相对独立的封闭单元，课程与课程之间、课程与实践环节之间、课内与课外之间没能建立起紧密的系统联系。这种松散的课程关系使得学生在学习中难以形成完整的知识体系和思维框架，难以将所学知识整合起来解决实际问题。学生可能在某一门课获得了较为深入的理解和实践经验，但无法将这些知识有效地应用到其他课程或实际情境中。对于一些复杂的实际问题，往往是没有固定的答案，需要学生综合运用所有知识去进行深入分析并提出解决方案。这种松散的课程关系造成知识的碎片化，难以培养学生的综合应用能力，也容易导致理论与实践脱节。

（三） 实践教学形式单一，与实际应用差距大

地理信息科学与IT 行业关系紧密，知识更新快。但是现有大部分专业课程实践教学内容陈旧，实践作业大多源自试题库或者老师的科研课题。实践教学形式也主要以课堂实验与集中课程实践的形式展开，本质上还是课堂教学内容的简单延伸，与地理信息行业的实际应用差距大。这造成了学生只会“纸上谈兵”，苦学四年也难以应用所学知识去解决实际的应用问题。另外在解决实际的应用问题时，往往需要运用多学科知识与技能。现有的实践训练缺乏跨学科的学习和实践机会，使得学生难以得到跨学科的创新训练。创新往往来源于对问题的深入探索和不断尝试[2-3]，在缺乏实际问题引导的情况下，学生难以找到值得探索的问题，也无法在实践中验证自己的想法和解决方案，导致他们的创新思维和解决问题的能力得不到有效锻炼。

二 批判思维导向下GIS专业学生创新能力培养措施

（一） 以培养批判思维为核心，开展“批判－逻辑－表达”基本科学素养训练

1 优化GIS专业课程体系，开设专门的批判思维训练课程

中南大学地理信息科学专业对课程之间的逻辑关系进行仔细梳理，包括课程内容关系、课程前置关系、知识聚类关系、培养目标和课程关联度等，构建了以批判思维为核心，“地学思维－计算思维－工程思维”为导向，包含“理论基础－数据管理－计算技术－分析方法－工程应用”四维一体、五大模块的地理信息科学专业知识体系[4-6]（图1），并以创新创业导论课程为批判性思维训练的主要课程。该课程以培养学生批判思维和创新理念为核心，从语言与思维的关系、论证的分析技巧、论证评判及认证写作几个方面组织教学内容，采用“问题导向－思维启迪”开放式教学方法，激发学生的学习兴趣，并结合日常生活、文学作品、政治军事等案例设置问题，引导学生进行合理的推理、论证、分析和批判，组织学生开展辩论，训练学生的批判性思维、实证精神、严谨的表达。

2 加大写作和综合表达能力训练，提升学生基本科学素养

写作是未来综合性人才一个基本的素养，也是批判思维的外在表现和载体。然而写作能力的严格训练在大学却一直被长期忽视。笔者所在的地理信息科学专业在第四学期开设了科学思维与论文写作课程。课程主要内容包括科学思维的基本方法、论文写作的基本规范、论文选题与文献综述和论文写作与修改等方面。通过这门课程的学习，学生可以了解如何运用科学思维方法进行问题分析和解决，掌握论文写作的基本技巧和规范，提高自己的写作能力和批判性思维。

3 引导学生广泛阅读，拓宽思维视野

阅读是获取知识、提高思维能力、拓展视野的重要途径。通过为学生制定本科阅读书目，开展读书报告会、“读书月”系列活动引导学生广泛阅读各类书籍、文献及报道，激发他们的学习兴趣和好奇心，培养他们的自主学习和终身学习的习惯。同时，通过阅读，学生可以接触到不同的观点和思维方式，拓宽他们的思维视野，提高批判性思维和创新能力。

（二） 以学科竞赛、创新创业训练为第二课堂，探索多课程、多环节、跨学科协作机制

1 梳理课程关系，建立多课程精细协作

经过通识教育训练后的批判性思维、逻辑思维及写作，最终应迁移到后续的专业课程中予以应用和巩固，通过与专业技术知识的融合，进而转化为面对未知和复杂问题时能正确分析问题和解决问题的能力[7]。在批判性思维的指导下，建立多课程的精细协作，实现思维-方法-应用的统一，使得批判性思维不再是空中楼阁，而是可以在专业中得到应用的必备技能。通过深入研究课程之间的协作关系，将同一模块下有关联的课程视为一个整体的教学单元，从教学内容、课程作业、实践环节等方面实现联动，不同课程任课老师联合教研，开展课程之间的相互协作，通过课程之间的相互协作，引导学生通过批判思维的角度出发，在一个基本课题上持续深入研究，通过不断的知识积累获得更深入的研究结果，锻炼学生综合运用所学知识持续、深入、跨课程的思考和分析问题，最终引导学生完成科技论文。图2为以博物馆文物分析项目建立科学计算与Python语言－机器学习－空间分析－地图制图与可视化几门课程的协作关系。

2 以大创项目、学科竞赛为第二课堂，建立贯穿式训练模式

学科竞赛和创新创业训练是培养大学生创新能力、激发创新思维和创新意识的重要手段[8]。建立学科竞赛、创新创业训练与课程实践环节的紧密联系，形成“课程－大创－竞赛”逐级深入贯穿式训练模式。通过课程实习、创新创业训练、学科竞赛等多个环节，引导学生运用批判性思维对一个基本课题进行持续、深入的思考和分析，通过不断知识积累获得更深入的研究结果，锻炼学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。同时，鼓励学生在参与学科竞赛和创新创业训练时不仅仅追求解决问题的办法，而是深入思考问题的本质，质疑假设，评估证据，并从多角度审视问题以寻求多样化解决路径，进而形成具有前瞻性和原创性的研究想法。

3 以项目为驱动，建立跨学科网络训练体系

深度挖掘跨学科、跨院系的联合教育资源，一方面将地理信息系统原理与应用等专业基础课在全校范围内推广，让不同专业的学生了解GIS知识，提升知识交叉的能力；另一方面联合计算机学院、数学与统计学院的专业力量，面向“计算地理学”“大数据”“人工智能”等前沿战略，从艺术、人文等交叉学科中选题并建立跨学科的项目库，引导学生从不同的学科角度对一个复杂问题进行研究，培养学生的跨学科思维能力和创新能力。通过大学生创新创业项目、学科竞赛等多种平台，让学生在实践中体验不同学科的知识和方法，促进知识的交叉融合和相互启发。同时，提供线上和线下的资源和服务，支持学生自主学习和合作学习，推动学生之间的交流和合作，培养他们的团队协作精神和创新能力。

（三） 搭建产学研一体化协同创新平台，在真实问题的求解中训练创新能力

1 搭建产学研一体化协同创新平台

笔者所在学院与航天宏图、北京超图软件股份有限公司、南方数码科技有限公司和湖南省基础地理信息中心等企事业单位建立了以“自然资源大数据管理与应用”为特色的产学研协同创新基地。通过与企事业单位建立紧密的产学研合作关系，为学生提供一个真实的、具有挑战性的实践环境。在这个平台上，学生能够接触到实际的项目和问题，学生通过解决这些问题，不仅能够将理论知识与实际应用结合起来，深化对专业知识的理解，提升解决实际问题的能力。同时，通过产学研平台，学生能接触到最新的技术动态和行业发展趋势，增强他们的前瞻性和创新性思维。

2 实施真实问题导向的项目驱动教学

梳理企业需求，将实际应用设计为具有挑战性和实际意义的教学项目，通过多课程协作、多实践环节的系统性设置，引导学生运用所学的理论知识和批判性思维进行细致而全面的分析研究，持续深入地提出解决方案，并进行实证验证，在真实问题的求解中训练创新的科学精神。同时，学生也可以将自己的创新想法和解决方案应用到实际项目中，从而提升创新能力。

三 人才培养及专业建设成效

经过几年的实践探索，笔者所在的地理信息科学专业在人才培养和专业建设方面取得了显著的成效。

（一） 学生的科研创新能力明显提升，本科生发表论文的质量和数量明显提高

本科生发表SCI论文数从2019年的0篇增至2023年20多篇。同时，具有批判思维能力的学生更符合大数据时代“国家-地方-企业-院所”对人才素质的多层次、全方位需求。我校地理信息科学专业本科毕业生在国内外升学、大型互联网企业、地理信息龙头企业等单位高质量就业。毕业生更富有分析问题和解决问题的能力，逐渐成长为企/事业单位的骨干和领军人才，用人单位对毕业生的总体满意度达到99.08%（来源为中国青年报）。2019—2023年，毕业生就业及升学率达到93.8%，其中就业（49.8%），境内/外升学（44%）。

（二） 学生参加创新创业、各类学科竞赛取得优异成绩

多环节、多学科贯穿交叉式训练模式拓展了学生在课堂外的批判性、系统性和创造性思维素养，激发了学生“学用相长”、“开拓创新”的成长动力。本专业80%本科生参与大学生创新训练计划，获批国家/省级“大学生创新创业训练项目”40余项；学生在国家、省级学科竞赛中获奖50余项，多次在全国GIS大学生应用技能大赛、全国大学生测绘科技论文竞赛、超图杯高校GIS大赛、全国地球科学大数据挖掘与人工智能挑战赛等比赛中荣获最高奖。

（三） 专业建设方面成果丰硕

以批判性思维驱动的GIS专业学生原始创新能力培养模式改变了传统的“教师为主”“知识灌输”的教学模式，构建了以学生为中心的“开放式精品课堂”教学方式，促进了教师在教学研究、教材专著、个人荣誉等方面的成果。2019年中南大学地理信息科学专业获湖南省一流本科专业，2021年获批国家级一流本科专业建设点；核心专业课空间分析获批国家一流本科课程，地理信息系统原理与应用获批湖南省一流本科课程；获得省部级教学成果奖2项；获得10余项教师个人荣誉，包括高校GIS创新人特奖、高校GIS新锐奖等。利用批判性思维的原理，结合专业核心课程教学内容革新与教材建设出版了《空间分析》《GIS工程与应用》《空间分析建模与应用》和《遥感数据图像处理》等一批专业核心课程教材，在各大高校得到广泛应用。

四 结束语

在当前的教育背景下，培养学生的批判性思维和创新能力已成为高等教育的重要任务。中南大学地理信息科学专业通过开设批判思维课程、建立多课程精细协作、“课程－大创－竞赛”贯穿式训练模式、跨学科网络训练机制和真实问题导向的项目驱动教学等方式有效地促进了学生批判性思维和创新能力的发展。这些举措不仅提升了学生的科研创新能力和学科竞赛成绩，还促进了专业建设的发展。同时，我们也清醒地认识到，培养学生的批判性思维和创新能力是一项长期而艰巨的任务，需要不断地探索和实践。未来，我们将继续深化教育教学改革，完善人才培养体系，加强产学研一体化协同创新平台的建设，为学生提供更多实践机会和创新空间，培养更多具有批判性思维和创新能力的高素质人才。

参考文献：

[1] 蔡忠亮，翁敏，苏世亮，等.“地理素养与测绘技能”双驱动的GIS专业大学生创新能力培养模式的探索[J]．测绘通报，2020（8）：148-152．

[2] 钱颖一.批判性思维与创造性思维教育：理念与实践[J].清华大学教育研究，2018，39（4）：1-16.

[3] 杨慧.大学生创新能力培养的“3+2”范式——以南京理工大学为例[J].高教学刊，2024，10（4）：54-57.

[4] 陈杰，邓敏，刘启亮，等.大数据智能时代地理信息科学专业人才培养方案的提质与实践[J].测绘通报，2023（11）：163-167.

[5] 赵玲，邓敏，谢树春.大数据时代地理信息科学专业培养方案改革探讨——以中南大学地理信息科学专业为例[J].测绘与空间地理信息，2018，10（41）：20-23.

[6] 邓敏，刘启亮.“大知识”时代地理信息科学专业本科人才培养探索与实践[J].测绘通报，2023（8）：178-181.

[7] 曾洪云，刘蕊，孙正宝，等. GIS专业创新创业教育与专业教育融合策略探析[J].地理空间信息，2022，20（9）：166-168.

[8] 谢亮，王泽根，张荞，等. 以学科竞赛为导向的GIS创新型人才培养模式探讨[J].测绘，2023，46（1）：46-48.