卓越GIS工程師能力培養體系探索

艾明耀，胡慶武，潘　勵

(武漢大學遙感信息工程學院，湖北 武漢 430079)

Approaches to Talent-cultivation System of Excellent GIS Engineers’ Ability

AI Mingyao,HU Qingwu,PAN Li

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卓越GIS工程師能力培養體系探索

艾明耀，胡慶武，潘勵

(武漢大學遙感信息工程學院，湖北 武漢 430079)

Approaches to Talent-cultivation System of Excellent GIS Engineers’ Ability

AI Mingyao,HU Qingwu,PAN Li

摘要：目前，本科工程教育的內容主要包括理論教學和工程實踐兩大部分。本文以武漢大學遙感信息工程學院GIS人才培養體系為例,介紹了理論教學與實踐教學并重的“知識—思維—能力”三位一體的培養模式，以及校內培養和企業培訓相結合的培養方式，以期對高等學校GIS教育和卓越GIS人才培養產生一定的借鑒作用。

關鍵詞：GIS人才培養；卓越工程師；實踐教學；校企聯合

中國地理信息產業規模龐大，發展迅速，前景廣闊。“十二五”以來，中國地理信息產業服務總值年增長率為30%左右。截至2013年底，中國地理信息行業企業達2萬多家，從業人員超過40萬人，年產值近2600億元。社會公眾在日常生產生活中對地理信息的應用需求不斷增長，為地理信息產業發展開辟了巨大的市場空間。

地理信息行業的迅速發展對人才的培養提出了更高的要求。《國務院辦公廳關于促進地理信息產業發展的意見(國辦發〔2014〕2號)》要求人才培養“堅持產學研相結合，緊密結合產業發展需求，進一步優化高校專業和課程設置，努力培養國際化、復合型、實用型人才。”《國家地理信息產業發展規劃(2014—2020年)》提出“適當調整高等院校的地理信息學科布局和人才培養方向。鼓勵有條件的企業聯合高等院校對管理人才、科技人才進行系統的再教育和培訓。支持企業聯合高等院校、科研機構共建大學生實習基地。”2010年6月教育部啟動的“卓越工程師教育培養計劃”旨在培養造就一大批面向工業界、面向世界、面向未來的、創新能力強、適應經濟社會發展需要和高質量的各類型工程技術人才。

目前已有超過170所高校開設GIS專業，每年培養GIS畢業生近萬人[1]。在GIS專業迅猛發展的同時，GIS教育培養質量和水平遠未達到行業期望和卓越工程師的要求。由于各高校辦學背景和學緣結構不盡相同，其GIS專業的培養目標、課程設置、學時分配等培養方案的細節存在較大差異，專業發展和學生能力優勢有所偏差[2]。在當前時代和技術高度發展的背景下，學生應具備的GIS能力應為多層次的能力，包括GIS數據獲取、處理、分析和應用的基礎能力，GIS的綜合設計能力、創新設計能力和工程實踐能力[3-4]。部分高校存在教學資源投入不足、師資力量不匹配、教材滯后、重理論輕實踐、創新能力不夠等問題[5-7]，因而對培養體系的改革至關重要。

武漢大學的“測繪工程”“遙感科學與技術”及“地理信息系統”均是國家特色專業，3個專業在卓越GIS人才培養方面形成了獨特的培養體系，在人才培養的導向上各具優勢。地理信息工程是遙感科學與技術專業的一個方向，在動手實踐能力方面備受業內認可[2]。經過多年的建設和改革，實現了多源天空地一體的地理信息獲取、管理、處理、分析和應用的專業培養方案，建立了理論教學與實踐教學并重的“知識—思維—能力”三位一體的培養模式，校內培養和企業培訓相結合的培養方式，形成了面向國家戰略和行業發展的工科型的卓越GIS人才培養體系。本文結合武漢大學遙感科學與技術專業(地理信息工程方向)的培養目標和課程設置，依據具體的培養過程介紹對卓越GIS工程師培養體系進行探討。

一、卓越GIS工程師培養模式概述

武漢大學遙感科學與技術專業“卓越工程師計劃”的培養目標是：面向國家空間信息基礎設施建設的需要，培養掌握遙感科學基本理論、方法和技術，具備良好的人文素養，具有空間信息獲取、處理、分析和應用專業知識，擁有較強的工程實踐能力、知識更新與自我完善能力、良好溝通與組織管理能力和國際視野的遙感科學與技術專業高素質工程技術人才。遙感學院培養的卓越GIS工程師則是在此要求之內的工程師，其目標是：面向地理信息產業發展需要，以解決地理空間信息處理、加工、管理、分發、服務和技術應用開發過程中的工程技術問題為目的，培養創新型工程技術人才。

卓越GIS工程師教育培養計劃的實施過程分為兩個部分，采用校內培養和企業培訓相結合的培養模式(簡稱“3+1”模式)。通過調整培養方案和課程安排，學生除了在校內的系統學習以外，還將參與累計1年的企業實踐鍛煉。

該實施方案通過合理安排校內的系統性理論學習環節和多層次實踐教學環節培養學生的GIS理論知識、GIS思維和GIS能力，并利用與業內知名企事業單位和公司聯合建立的地理信息工程實踐基地充分培養學生的卓越GIS能力，將學生在校內習得的GIS知識、GIS思維和GIS能力提升為行業所需的GIS能力。

該培養方案充分展現了知識、思維和能力的相互關系。大學階段的學習是將信息轉換知識的過程，同時也是培養思維和習得技能的過程。思維是一個創造過程并能將其轉化為知識、技能、態度、價值觀、情感、信念和意識的過程。能力是固有的知識、思維和個性特質共同構成的個人素質，是應用知識的實踐動手能力，是結合了知識與思維的一個系統運用的能力[8]。因此卓越GIS工程師的培養過程不僅僅是傳授GIS方面的專業內容，而且是影響學生的思考和行為方式，即思維方式，更為重要的是培養學生的相應GIS能力。圖1的課程設置體系展現了這一模式，圖中左側為地理信息工程方向核心專業理論課程，右側為核心實踐課程，上部為企業實踐鍛煉平臺；左側的理論課程一般安排了對應的實踐課程，如沒有則該理論課程本身安排有課程實踐，驗證或拓展理論課程的內容。從基礎到綜合再到設計創新，從知識、思維到實踐，從理論到實踐的多層次課程培養體系極大地豐富了學生的知識，塑造了學生的GIS思維，鍛煉了學生卓越的GIS能力，這種能力囊括了GIS數據獲取、處理、存儲、管理、分發和應用的技能，為學生勝任GIS工程領域的難題夯實了基礎。

二、理論課程體系

理論課程是學生習得知識、鍛煉思維的途徑。GIS理論教學是卓越GIS工程師培養中必不可少的一步。學生在學校系統地進行地理空間信息的基礎理論、專業基礎和專業課程的學習，習得扎實的數學、物理、地理等自然科學基礎知識與理論，并具有良好的人文素養和管理科學基礎；掌握GIS專業所必需的工程基礎，包括空間科學、地球地理科學和計算機應用的基本知識、思維及素養，初步具備分析GIS工程實際問題的能力，鍛煉一定的項目組織、管理與執行能力和語言表達及溝通能力，具有較強的團隊合作意識，培養與時俱進的學習能力。

武大遙感專業(GIS方向)的理論課程體系既注重知識獲取的自然規律和思維培養的過程，又考慮了知識和思維向能力過渡的要求。多層次的理論課程體系根據地理信息學科理工結合的特點和社會對GIS人才的需求，結合學科的理論和技術發展，順應卓越GIS工程師的培養模式和方案，從卓越GIS必備的人才的知識結構、能力和思維來設計課程內在的邏輯關系和外在的課程內容及安排，突出培養卓越GIS工程師的GIS基礎理論知識和水平，并注重塑造卓越GIS工程師的GIS思維，即將現實世界中遇到的問題抽象為GIS的問題，具備利用GIS的理論和知識去分析問題的思考能力。

圖1簡略展示了這一理論體系結構：專業基礎課程如地理學、地圖學、測量學、GPS原理、圖像處理、圖形學和數據庫原理將整個近地空間納入到學生的知識結構體系內，并初步了解利用知識結構通過計算機來模擬地球空間的各種現象；專業主干課如攝影測量、遙感原理、GIS原理、空間數據庫則進一步拓展了學生對于地球空間科學的理論知識結構，了解了更多便捷的地理空間數據獲取、處理、存儲的方法；專業核心課程如GIS工程技術、GIS程序開發和地理信息服務技術則綜合地傳授給學生地理信息處理和表現的知識，以及培養學生空間信息系統設計和開發的思維；專業核心課程如GIS空間分析則在前述課程的基礎上不僅傳授了如何利用GIS將現實世界的問題抽象為GIS問題的知識，并且講述了如何分析并解決這一問題的理論知識，這些核心課程對于學生的GIS空間思維的鍛煉具有極大的促進作用。

三、實踐課程體系

實踐課程是知識和思維向能力轉換的過程和方式。學生在實踐中精煉知識和提升思維，并轉化為實踐動手能力；與此同時，學生在實踐過程中能夠自主探索新的知識，在摸索的過程中逐步形成創造和創新的思維，并進一步轉成個人能力。如此循環往復，構成“知識—思維—能力”三者結合并轉化的螺旋式上升的良性循環。

武大遙感專業(GIS方向)的實踐課程體系的構建目標是培養學生多層次的卓越GIS能力。其實踐性教學環節在基礎、綜合、創新開拓和實戰訓練4個層級實踐平臺上，結合校內集中實驗教學課程、校外基地工程實踐教學課程和課外自主創新實踐項目，培養地理空間數據獲取與處理、地理信息工程設計、軟件開發、工程項目管理、市場開拓等方面的能力。

基礎實踐平臺培養學生理解工程技術原理的能力，掌握數據獲取工具、數據處理軟件、地理信息工程開發軟件等的使用操作技能；主要實踐教學環節包括：測量學課程實習、全球衛星導航定位技術課程實習、空間數據庫課程實習、計算機圖形學課程實習、遙感影像處理課程實習等。

綜合實踐平臺通過簡化的綜合性的工程項目，培養學生綜合運用所學知識獲取處理地理數據、地理信息工程設計開發等方面的能力；主要實踐教學環節包括：4D產品生產綜合實習、地理信息軟件開發技術課程設計、地理信息服務技術實習等。

拓展創新平臺通過校內外實習實訓基地的專項培訓，培養學生靈活運用本專業的基礎理論知識，解決地理信息工程設計、軟件開發等工程問題的能力；主要實踐教學環節包括地理信息工程設計與開發綜合實習等。

實戰訓練平臺采用校企聯合培養模式，為學生提供真實GIS工程中的項目組織、質量與進度管理、市場營銷、軟件開發等實際工作，培養學生工程項目組織、管理與實施的能力；主要實踐教學環節包括校外實習、畢業設計。

GIS專業具有很強的實踐性，大部分能力的習得來自于實踐。遙感專業(地理信息工程方向)的課程內容不僅考慮了專業要求和行業需求，而且注重將學生所學的GIS專業范圍知識縱向與橫向聯系起來，建立有機的專業知識結構，構建利用專業知識思考和分析問題的專業思維，全面地培養學生將相關專業之間的內在聯系與整體專業知識的應用能力。GIS原理課程設計的實踐內容和考核方案將地理信息獲取、處理、編輯、建庫、地圖制圖、空間分析和三維可視化等過程通過GIS數據流的方式連成一體。課程設計中，學生的中間成果數據作為考核的數據，考核要求中數據處理過程層層遞進，學生在實踐中體會到數據流的轉化，體驗到自身GIS能力的全面展示；將所學習的理論知識和實踐操作技能完整地結合起來，將GIS的構成角色全部串聯，全面考察了理論課程的內容，給予學生充分發揮自身優勢、展示自身能力的空間[8]。此外，學生在GIS原理課程設計中獲得的結果數據還可用于GIS設計開發綜合實習和WebGIS實習中。GIS設計開發綜合屬于創新性自主實踐類型，鼓勵學生自由組隊，自主選擇選題和實現方法，鼓勵學生勇于探索和創新。GIS設計開發綜合實習要求學生綜合使用以往課程中培養的能力，完成選題需求分析和設計，完成GIS數據獲取、處理、制圖等數據整理的基礎工作，并要求面向選題的編程實現空間分析和及其應用。這些實踐課程不僅幫助學生鞏固、擴展和融匯專業課程內容，更為重要的是學生在完成一個復雜系統的設計和實現任務的過程中，培養了綜合運用多學科知識解決實際問題的綜合實踐能力，培養學生的創新意識、創新思維和創新能力。

四、企業實踐

企業學習階段是卓越GIS工程師培養過程中最重要的培養環節之一，是對學生能力培養的一次躍升。武漢大學遙感信息工程學院通過調整培養方案及課程安排，讓學生擁有近一年的時間參與到企業實踐中，充分鍛煉和培養自身的GIS能力和專業素質。企業實踐為實踐教學體系中的實踐教學平臺提供了實實在在的培養過程，企業實踐與校內理論課程體系和實踐課程體系的關系如圖2所示。

圖2　企業實踐的作用

學生去企業前已經具備了初步的GIS數據獲取、處理、分析和應用的能力，以及GIS開發能力，但沒經過真實GIS項目的鍛煉。在企業實踐階段，學生通過熟悉所在企業，了解學科應用情況，培養學生愛崗敬業的基本素質；通過全方位參與企業的各種項目的實踐活動，將理論學習與實踐要求緊密結合，在實踐中培養學生利用GIS分析問題和解決GIS工程問題的能力。實際的工作現場的實踐與學習讓學生能夠靈活運用GIS基礎理論知識，利用GIS空間思維引導自己思考問題的思維，鍛煉和培養學生較強的創新意識，將學生培養為能夠解決GIS數據采集、數據處理、信息獲取及行業應用等工程實際問題的卓越高級工程技術人才。此外，學生在企業實踐中可以深入探察GIS軟件、數據及服務產品在市場的切實需求，可以深入參與項目從申請、淺談、合同訂立，再到項目實施及維護的整個GIS工程生命周期，了解GIS項目的全過程。這些完整的鍛煉過程對于卓越GIS工程師的培養至關重要。

在企業學習期間，采用“分小組”和“雙導師制”，即學生按照項目需求分成小組，每個小組在企業和學校各選一名指導教師。畢業設計(論文)選題依據學生在企業的實踐活動和研究興趣，與兩名指導教師協商確定；學生在企業完成畢業設計任務后回學校進行畢業設計論文答辯，答辯小組由校企專家組成。

目前，武漢大學遙感信息工程學院已與業內7家知名企事業單位共同建立了實習實訓基地。這些單位或公司在卓越GIS工程師的企業培養環節提供了相應的人力、財力、場地及其他實踐條件，保障學生在行業第一線得到全面而扎實的鍛煉。

五、結束語

地理信息產業的蓬勃發展和變革及相關產業的技術演進，對GIS人才的需求也在不斷變化。國務院、教育部和國家測繪地理信息局分別提出了人才培養的目標和要求。在這一背景下，卓越GIS工程師的培養目的的提出和培養實踐的示例對于GIS人才的培養具有借鑒和示范作用。本文介紹了武漢大學遙感信息工程學院的卓越GIS人才培養體系，敘述了理論教學與實踐教學并重的“知識—思維—能力”三位一體的教學培養方案，結合理論教學和實踐教學的實例說明了這一方案的優勢；結合與企事業單位共建卓越工程師教育培養計劃實踐基地的情況介紹了企業實踐在卓越GIS工程師培養過程中的重要作用。本文介紹的能力培養體系對高等學校GIS教育和人才培養具有一定的借鑒作用。

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引文格式： 艾明耀，胡慶武，潘勵. 卓越GIS工程師能力培養體系探索[J].測繪通報，2016(1)：142-145.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0036.

通信作者：胡慶武

作者簡介：艾明耀(1988—)，男，碩士，主要工作為實踐教學。E-mail: aimingyao@whu.edu.cn

基金項目：國家教育部2012年度“本科教學工程”項目

收稿日期：2014-10-24

中圖分類號：G64

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)01-0142-04