大數據與智能時代的地理信息科學教育變革之思考

李海峰，李蘇旻

摘 要：大數據和人工智能時代將帶來一場高等教育領域的重大變革，這次變革不僅會深遠的影響大學生的學習模式，而且會給教師帶來前所未有的挑戰。文章將首先分析大數據與智能時代的地理信息科學教育特點與問題，并從教師、學生兩方面出發，來闡述大數據與人工智能時代下的新機遇與挑戰。

關鍵詞：大數據；人工智能；教育變革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）21-0145-03

Abstract： Big data and artificial intelligence era will bring a revolution in the field of higher education. This revolution will not only deeply impact on the learning model of college students， but also bring unprecedented challenges to teachers. This paper will first analyze the characteristics and problems of geographic information science education in big data and artificial intelligence era. Then， from the aspects of teachers and students respectively， we discuss the new opportunities and challenges in the new era.

Keywords： Big data； Artificial intelligence； Education reform

引言

大數據已經儼然成為了這個時代特征的代名詞，通過大數據的方式重新認知和變革我們的社會正在成為不可逆轉的趨勢。大數據方興未艾，人工智能的崛起，為大數據提供了強大的動力和引擎。2017年7月20日，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，將人工智能定義為國家發展戰略。在這個規劃中，要求推動人工智能領域一級學科建設，并且提出了在中小學階段開始設置人工智能課程。人工智能時代正在開啟，但是從中國教育的整體制度來看，還難以滿足大數據與人工智能時代提出的越來越高的要求，因此如何針對性對現行教育體系作整體的改革，才有可能從根本上應對人工智能對我國教育形成的巨大沖擊[1-3]。本文首先分析大數據與智能時代的地理信息科學教育特點與挑戰，然后從教師和學生的角度，提出一些關于地理信息科學領域教育出現的一些新的挑戰。

一、大數據與智能時代的地理信息科學教育特點與挑戰

（一）地理信息科學教育特點

大數據與智能時代正在開啟，對人才的需求提出了更高的需求。總體來說，對人才的計算機能力、數學能力和英語能力要求越來越高。這些知識的跨度和難度對于非計算機專業的學生而言還是有相當難度的。從數據庫時代，到大數據時代，再到人工智能時代，社會對學生能力的要求也變得完全不同和更加苛刻，其比較如表 1所示。

（二）地理信息科學教育存在的問題與挑戰

大數據與智能時代對人才的需求是對地理信息科學教育提出了新的挑戰。從中國的地理信息科學的發展歷來看，其研究內容主要來源于兩個學科：測繪技術與科學和地理學。前者主要從數據采集，數據存儲，數據分析和決策的角度來發展地理信息科學，后者更多的注重和地理學本身結合起來。因此導致本科學生在學校期間需要上大量的關于測繪、和地理相關的課程，同時要接受計算機的基礎教育。這樣的后果是，看起來學生學了大量的課程，但是實際上每門課都沒有精通。因此筆者認為新時代地理信息科學教育應該通識化，也即鼓勵學生根據興趣選擇更廣闊的專業課；同時應該“專業化”，這里的專業化指的是更嚴格的專業訓練，而不是堆砌大量專業質量低下的專業課程。

二、地理信息科學教育變革思考與對策

人工智能為我們社會的諸多領域帶來革命性的變化，例如，在金融領域，銀行交易員正在被計算機程序所取代，例如高盛所需要的交易員正在顯著降低；在醫療領域，IBM沃森機器人正在利用醫療大數據，幫助醫生進行疾病診斷；在駕駛領域，汽車巨頭和互聯網巨頭正在投入巨資進行無人車的研究，例如谷歌公司的無人車行駛里程已經超過了300萬公里。在這個背景下，筆者將從教師和學生的角度分別討論兩者面臨的挑戰。

（一）高校教師的機遇與挑戰

隨著開放教育的興起，課程免費和開放程度越來越高。例如MIT，斯坦福，哈佛等名校的教學視頻在網絡可以越來越容易獲取[5][6]。傳統大學由于信息不對稱造成的壁壘正在被打破。學生接受最先進的教育已經越來越不受地域的約束和限制。這種教育資源的自由化和教育壟斷，正在隨著MOOC的普及而被打破[7][8]。隨著學生獲取高質量知識的途徑越來越多，對教師的素質和能力的要求也在不斷提高。在這種背景下，每個教師都會被放在全世界的舞臺上被比較和競技，因此高校教師面臨著更大的壓力和挑戰[9]。

面對這種大數據帶來的新的變革，“下一代教師”的概念呼之欲出。下一代教師承載的任務將面臨巨變。下一代教師不再是簡單的“知識灌輸者”，而是“靈魂的啟發者”。要想實現這個角色的轉換，筆者認為下一代教師的核心素養是研究能力。如前節所述，大數據和人工智能時代對學生的要求的提高必然會體現到教師的要求上。因此，為了適應這個要求，只有成為一個高水準的研究者，才能真正的理解自己的領域，并且將領域的核心知識傳遞給學生，同時啟發學生分析、思考，提高分析問題和解決問題。這些能力是學生能夠終生學習的核心所在。全球視野、高水準的研究素養、快速學習能力將構成下一代教師最核心素質。未來想以十年不變的教學內容在高校立足將成為過去。

（二）大學生的機遇與挑戰

第46屆達沃斯世界經濟論壇發表了題為《工作的未來》（The Future of Jobs）的報告。該報告指出，現在65%小學生在未來將從事前所未見的、未知的、全新的職業。這就意味著由大數據和人工智能驅動的社會變革將從現在開始深遠的影響每個學生，那么，我們的教育究竟應該如何培養孩子，應該塑造學生什么方面的能力，并讓他們為未來做好準備，是一個非常重要的話題。筆者認為學生應該塑造如下三個方面的能力：

1. 批判性思維的能力

在未來，數據、知識將變得越來越容易獲取，大數據背后隱藏著無窮無盡的信息和資源。大數據時代，科學發現由絕對的因果驅動轉向了關聯驅動，即通過發現相關性的可能性來做出決策。絕對的因果決策更大可能性由不確定的概率決策所代替。由于這些不確定關聯關系，在不同的環境或者上下文下可能呈現完全不同的知識或者解釋，因此，具有批判性思考的能力，不被數據的表象和各種知識所迷惑，能夠獨立的分析問題，形成合乎邏輯，有依據的獨立判斷就顯得尤為重要。因此，學生不僅僅全盤接受知識，更重要的是形成批判性的洞見，這樣才能在大數據和智能時代利于不敗之地。

2. 專業通識與獲取信息的能力

大數據時代，網絡上的知識已經超過任何一個人一生可閱讀的范疇。同時互聯網的資源良莠不齊，因此如何通過互聯網獲取最優質的資源為己所用，變得非常關鍵[10]。由于知識的更新過快，很多學生發現在學習里面獲得的GIS技術，畢業就已經過時了。在這種條件下，學生需要更強的信息獲取能力，或者說更好的學習能力，以便可以終生學習。

同時由于學科的交叉融合正在興起，因此，在學生需要更有意識的獲取來自其他領域的知識，作為學生視野的擴充。例如，地理信息的很多學生比較抵觸其他學科的課程，比如，做GIS的不太去關注遙感，更不用提其他學科，如機器學習，人工智能，認知科學。而這些學科可以大大的擴展學生的視野，增強學生對問題的認識，提供學生對于本專業的理解。因此這種專業通識的能力也是學生未來非常重要的知識底蘊和學術內功。

然而目前我國在這方面還非常不夠，相反，現行的制度還制約了學生這方面能力的發展。例如很多學校設置了專業壁壘，規定學生只能選擇本專業的課程，不能選外專業的課程。這就導致了有能力的學生專業通識能力非常不夠，視野狹隘。因此筆者認為在地理信息科學專業之外，培養學生的專業通識知識顯得尤為重要。

3. 終生學習與分析能力

現階段地理信息科學教育存在的一個非常突出的問題是，計算機科學的理論基礎薄弱，動手能力差，對知識的理解不夠。從筆者任課經歷來看，地理信息科學的學生在應用工具方面，比如ArcGIS，ENVI等專業軟件方面能力不錯，但是在實際中需要擴展功能，自己實現一些新功能，學生往往就束手無策。其根本原因在于學生對知識背后的原理理解不夠深刻，導致只知計算，不知分析。本質上是分析問題和解決問題的能力不夠。正如張子和在《儒門事親》論述道：“不讀本草，焉知藥性？專泥藥性，決不識病；假饒識病，未必得法，識病得法，工中之甲”。例如，我們的數學教學，主要強調計算、解題和公式背誦，缺乏必要的邏輯訓練，批判性思維訓練，推理訓練等，沒有交代概念背后的原理和知識點之間的邏輯聯系以及其發展的來龍去脈。學生缺少邏輯推理訓練、原理背景介紹、知識點之間的邏輯關系，就必然導致學生不能真正的理解知識點。對知識點理解的匱乏，就必然不能舉一反三和靈活應用。

如斯塔夫里阿諾斯的《全球通史》：“人類歷史中的許多災難都源于這樣一個事實，即社會的變化總是遠遠落后于技術的變化。人類的惰性思維決定了總是習慣于滿足現有制度和技術帶來的生活狀態，因為采納新思想、新制度和新做法總是令人不快的。”正是因為大數據和人工智能時代的到來，他們帶來的沖擊是前所未有的，而社會在這種猛烈的技術變革面前顯得無所適從。新的知識爆炸式的增長，讓知識的更新換代變得前所未有的迅猛。在這種背景下，地理信息科學的學生更需要保持能夠終生學習的能力，這種能力才是學生在大學真正應該學習和具備的。

三、結束語

大數據與人工智能時代正在到來已經是不爭的事實，這波變革必然會對教育產生深遠的變革，地理信息科學這個學科如何在這種浪潮下，獲得新生和更好的發展，是一個值得各個方面都深入思考的問題。因筆者學識所限，本文無法真正觸及全面的教育改革創新這個極其宏大的話題。筆者認為在新時代的背景下，作為教育的雙方面：教師和學生，都面臨前所未有的挑戰。教師需要具備更高的研究素質為成為下一代教師奠定基礎，學生則應該從批判性思維的能力、專業通識與獲取信息的能力和終生學習與分析能力等方面去提高自我。理解大數據和人工智能的基本特點，充分利用當前大數據給教育行業帶來的改革，并站在浪潮之巔，是我們每個教育工作者應該深思的問題。

參考文獻：

[1]李馨.高等教育大數據分析：機遇與挑戰[J].開放教育研究，2016， 04：50-56.

[2]賀超凱，吳蒙.edX平臺教育大數據的學習行為分析與預測[Z].

[3]胡弼成，王祖霖.“大數據”對教育的作用、挑戰及教育變革趨勢——大數據時代教育變革的最新研究進展綜述[J].現代大學教育，2015，04：98-104.

[4]劉清堂，王洋雷，詩捷，等.教育大數據視角下的學習分析應用研究與思考[J].遠程教育雜志，2017，3：71-77.

[5]王雪宇，鄒剛，李驍，等.中美MOOC學習者學習行為分析——基于edX公開數據集和國防科技大學夢課數據集[J].計算機教育，2016，06：116-120.

[6]鄭燕林，李盧一.MOOC有效教學的實施路徑選擇——基于國外MOOC教師的視角[J].現代遠程教育研究，2015（3）：43-52.

[7]Harvard X-MITx Person-Course Academic Year 2013 De-Identified dataset， version 2.0[EB/OL].（2014-01-21）[2015-02-15].http：//dataverse.harvard.edu/dataset.xhtml？persistent Id=doi：10.7910/DVN/26147.

[8]李紅美，陸國棟，張劍平.后MOOC時期高等學校教學新模式探索[J].高等工程教育研究，2014（6）：58-67.

[9]李未，任清華.兼職教授的幾點感想[J].計算機教育，2017，06：7.

[10]奚春雁.互聯網+一體化人才培養模式驅動職業教育改革創新——大連東軟信息學院溫濤校長專訪[J].計算機教育，2017，06：1-6.