GIS本科多層次技能影響因素及其培養課程體系研究

包世泰，謝剛生，謝健文，吳小芳

（華南農業大學信息學院地理信息系，廣東廣州510642）

一、引 言

地理信息系統(geographic information system，GIS)是地理科學類下屬的本科專業，2012年起更名為地理信息科學，它是研究空間數據采集、存儲、分析和輸出的理論和方法的技術性學科。GIS學科具有工具學科、工程學科和橫斷學科三大特征［1］:① 工具學科特征是指GIS作為一種信息技術為人們提供了解決空間問題的工具與思路;②工程學科特征是GIS信息工程建設過程中需要綜合考慮軟件工程和項目管理等方法手段;③橫斷學科特征是指其融合了計算機科學、數學、地球科學、信息科學、管理學與測繪學等學科知識，形成了多學科交叉的理論基礎、知識結構和技術體系。廣東高校開設GIS本科專業相對較晚，各單位GIS專業人才培養方案一直在摸索中優化完善［2］。本文依托“面向多層次技能培養的GIS專業實驗課程體系改革研究”、“《GIS程序設計》課程的教學改革與實踐”、“地理信息系統專業人才培養方案的優化設計”等系列教學改革研究項目，分析GIS本科人才專業技能培養現狀。

二、GIS本科專業技能培養現狀

近年來，筆者在文獻調研、同行交流、學生訪談、同事研討等基礎上發現，GIS專業人才技能培養與課程體系存在以下問題:

1)GIS技能培養與社會需求不符。GIS人才培養“重理論輕實踐”，高校培養的GIS專業人才與社會要求存在差異，難以滿足綜合性、多層次性的人才需求［3-4］。作為一門技術性學科，目前不少高校GIS專業缺乏技能層次化及多元應用培養目標，導致現實中有不少學生對GIS這門工具性學科專業感到迷茫，對高校 GIS教育不認可，畢業后適應性較差，與實際工作需求差距超過60%［4］。

2)GIS技能培養沒有層次性，課程體系不太合理。每所高校在GIS技能培養方面均各有側重，通過初步調查發現普遍存在3種模式，即GIS工具應用技能培養模式居多，GIS軟件開發技能培養模式較少，GIS應用基礎理論方法研究培養模式最少。這與各單位GIS學科起源有關，目前GIS學科通常起源于地理學、測繪學與計算機科學三大背景，GIS課程體系各有偏頗，培養出的人才知識體系和技能難免帶有原背景的烙印。不少高校GIS專業課程安排不太合理，如地理類課程多、廣、散，并與GIS技能類課程關聯度低;GIS技能培養缺少層次性，缺乏與實際應用問題相結合;GIS開發類課程較少，安排太靠后，導致很多學生已經沒興趣或畏難逃避而選擇開發類課程，缺乏面對專業實際工作的能力與信心。

三、多層次GIS技能及其影響因素

GIS作為一門工具性學科，其技術在眾多行業領域有著廣泛應用。筆者調研分析社會對GIS專業技能的需求，總結出GIS專業技能具有如下4個層次，如圖1所示。

1)入門水平:了解GIS概念方法，會簡單使用GIS及相關工具，掌握地圖瀏覽、查詢、制圖和簡單數據編輯等功能，能解決日常生活與辦公中的空間信息查詢與共享的技能水平。

2)專業水平:熟悉GIS理論方法，熟練掌握數據處理建庫、遙感影像分析、空間分析等技能，能解決復雜辦公業務中的數據更新、信息獲取與綜合分析的技能水平。

圖1 多層次GIS技能

3)擴展水平:精通GIS理論方法，熟練擴展現有GIS工具與方法，以進行地學問題分析、GIS建模與地理過程處理，解決專業問題中的信息提取、智能分析與知識挖掘的技能水平。

4)創新水平:熟悉GIS理念方法，新創GIS理論、方法或工具，解決應用基礎問題或共性技術難題的技能水平，通過創新推動地理信息科學進一步發展。

根據這個標準可以對GIS專業人才技能層次進行初步評判，進一步研究GIS多層次技能培養的影響因素。為此，以筆者所在學校的GIS專業為例，調查統計了2008—2012年5屆200多名畢業生資料，選取了學生性別、文理分科、生源類型、層次化課程必要性及其技能層次評價等影響因素，數據標準化處理后進行相關分析，相關系數矩陣見表1。

表1 相關系數矩陣

由表1可以看出，技能層次與性別、分科及生源類型的相關系數都比較小，且均未通過顯著性檢驗，表明性別、分科、生源類型對技能層次影響不大;技能層次與課程層次化相關系數最大，相關性最強，且通過顯著性檢驗，表明課程層次化對GIS人才技能層次影響很大，有必要對GIS課程體系進行層次化設計。

四、GIS技能層次化培養課程體系設計

針對GIS專業課程體系問題，國內兄弟院校探索了GIS多層次人才素質和應用型人才培養模式，研究了GIS專業課程體系分類，探討了GIS專業核心課程設置，給筆者設計技能層次化培養實驗課程體系提供了很好的借鑒［5-8］。根據GIS專業人才的多層次技能培養目標，結合“厚基礎、寬口徑、強能力、重實踐、高素質”的本科人才培養目標，在文獻調查、與兄弟院校交流、教研室探索等基礎上，筆者設計了與GIS層次化技能培養相適應的課程體系。GIS人才培養課程體系包括通識教育課程、學科基礎課程、專業核心課程與專業拓展課程4類，與理論課相對應的實踐課是一個倒金字塔結構，設計了與GIS層次化技能培養相適應的課程體系框架，如圖2所示。

圖2 GIS專業課程體系

本科總學分以160計，各類課程學分數及其所占比例如圖3所示。通識教育包括思想政治類、大學英語等必修課程，以及自然科學類和人文社科類10個學分選修課程，理論課共40學分。學科基礎課程是相當于文獻［7］中的專業類基礎課［7］，主要是高等數學與計算機類課程，對應有程序設計等課程實驗，理論課共23學分。基礎實踐是通識教育與學科基礎課程對應的實踐課程內容，包括程序設計實驗、數據庫實驗、數據結構實驗、軍訓等，約11學分。

專業核心課程包括地圖學、測量學、GIS概論、GIS應用、GIS設計開發等核心課程，每門課程都有實驗實習，理論課約20學分。專業拓展課分限選與任選兩類，部分理論課對應有實驗實習，理論課約26學分。專業實踐是專業核心課與專業拓展課對應的實驗、實習和其他實踐內容，它是GIS技術層次培養的關鍵，包括入門級、專業級、拓展級和創新級4個層次的實踐課程，共40學分，約占本科總學分的25%，各層次課程學分數及其所占比例如圖4所示。

圖3 GIS專業各類課程學分數及其所占比例

圖4 各層次實踐課程學分數及其所占比例

入門級實踐課程包括GIS概論實驗、遙感導論實驗、測量學實驗實習、地圖學實驗、GIS應用實驗等，共8學分;專業級實踐課程包括網絡GIS實驗實習、遙感圖像處理實驗實習、空間分析實驗、GIS軟件工程實習、土地利用規劃實習、GPS應用實驗實習，共12學分;擴展級實踐課程包括GIS算法實驗、遙感分析實驗、土地調查評價實習、地理信息工程實踐、專業實習，共12學分;創新級實踐課程主要是畢業設計，共8學分。

五、GIS專業課程體系優化實效分析

筆者所在學校于2004年開設的GIS本科專業文理兼招，2005年和2009年進行了人才培養方案的修訂，其中對GIS專業實踐課程體系進行了較大程度的優化，基本形成了如圖2所示的GIS專業技能層次化課程體系。GIS技能培養經歷了從專業開設之初的無明確方向，到GIS應用與開發并重，再到GIS技能層次化培養3個階段。筆者匯總了2008—2012年5屆200多名畢業生的技能層次評價數據，以每年各技能層次人數占年級總人數的比例進行了統計，如圖5所示。

圖5 近年GIS本科畢業生人才技能層次變化

在課程體系優化前，2008屆畢業生的生源數理基礎較差、畏難情緒濃，且對要學什么技能、學到什么程度、怎么學、將從事何種崗位困惑較多，學習沒有方向缺乏動力，其入門級技能層次人數比例高達39.5%，約1/3畢業生放棄專業改行就業。2005年修訂人才培養方案時加大了實踐課程的比重，設置了GIS應用與開發兩大模塊的實踐課程，因此相對于2008屆畢業生，2009屆的入門級人數比例下降了9.2%，專業級人數比例上升了3.1%，擴展級人數比例上升了5%，創新級人數比例上升了1%。2009年人才培養方案修訂時將GIS專業課程模塊界線淡化，強化了技能的層次化培養，促進了2010屆和2011屆畢業生的技能層次結構進一步優化，入門級人數比例逐年下降至26.7%，專業級人數比例穩定在41%左右，擴展級人數比例逐年上升、已與入門級持平，創新級人數比例穩步上升至6.7%。

根據圖5比較各技能層次人數比例發現，技能入門級人數比例不斷下降，專業級人數比例基本穩定，擴展級人數比例穩步上升，創新級人數比例穩中有升。筆者所在學校近年GIS本科畢業生人才技能的層次變化，表明GIS專業課程體系優化的實際效果正逐步凸顯。當然，除了專業課程的優化，還在GIS本科教育中采用了指導GIS專業學生參加大學生創新項目、學科競賽和“紅滿堂”優秀本科生培養等措施，形成了課外實踐與課堂技能培養互相補充、互相促進的良好機制，在學生內部形成了良好的示范帶動作用。如今，大部分學生開始逐步重視GIS技能鍛煉，更多學生主動學習掌握GIS開發等擴展級技能，投身于更具挑戰性的GIS創新實踐。

六、結束語

近年GIS教學實踐表明，學生性別、分科、生源類型等因素對GIS技能層次化影響不大，而專業課程對GIS技能層次化培養影響較大。筆者所在學校近年GIS本科畢業生人才技能的層次變化表明，GIS專業課程體系優化的實際效果正逐步凸顯，入門級人數比例不斷下降，專業級人數比例基本穩定，擴展級人數比例穩步上升，創新級人數比例穩中有升。這對我校GIS專業今后的課程體系改革和教學計劃制定起到了直接的參考作用，對促進GIS本科教學質量具有重要的現實意義，也對兄弟院校進一步優化GIS及相關專業課程體系、提高本科教學質量具有積極的借鑒意義。

［1］ 李滿春，戴崴巍，趙勇.GIS專業人才的素質特征、知識結構與培養方案研究［J］.地理與地理信息科學，2004，20(2):26-29.

［2］ 夏麗華，陳穎彪，馮艷芬，等.地理信息系統專業實習模式探索性研究［J］.地理信息世界，2007(2):81-85.

［3］ 陳優良，劉小生，郝雷.面向多層次需求的GIS專業人才培養模式研究［J］.高教輪壇，2009(12):30-33.

［4］ 王芳，夏麗華，馮艷芬.地理信息系統專業人才分層次培養模式研究［J］.中山大學學報論叢，2007，27(1):42-45.

［5］ 劉美玲，楊莉，劉勇，等.多層次GIS人才素質的培養及GIS課程設置［J］.測繪與空間地理信息，2008，31(5):217-220.

［6］ 魯鳳，吉云松，王英利.高等本科地理信息系統專業課程體系分類研究［J］.測繪與空間地理信息，2007，30(3):21-24.

［7］ 高校GIS專業課程設置研討組.中國高校GIS專業核心課程設置問題的探討［J］.地理信息世界，2003，1(4):1-7.

［8］ 周立，劉付程，費鮮蕓，等.GIS創新應用能力本位教育模式的探索與開發［J］.測繪通報，2011(9):91-94.

［9］ 王衛紅.地理信息系統專業全方位開放型教育體系的構建與實施［J］.測繪通報，2011(4):87-89.