中美高水平大學(xué)地理信息科學(xué)專業(yè)課程設(shè)置異同與啟示

賀添 周書貴 彭晶晶

摘? 要：地理信息科學(xué)是一門交叉學(xué)科，需要學(xué)生掌握地理科學(xué)，遙感科學(xué)與計算機科學(xué)的基礎(chǔ)理論和基本知識。在全球變化的當下，信息科技高速發(fā)展，只有專業(yè)課程適應(yīng)了科學(xué)研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，高校才能培養(yǎng)出高素質(zhì)復(fù)合型優(yōu)秀人才。文章使用對比分析法，選擇了中國和美國GIS教學(xué)與科研水平突出的四所大學(xué)，分析專業(yè)課程設(shè)置的異同，希望能對普通院校的GIS課程設(shè)置提供啟示。結(jié)果表明，中美高水平大學(xué)GIS專業(yè)在主干課程設(shè)置上差異不大，美國大學(xué)在地理科學(xué)類課程的豐富程度和研究深度上更有優(yōu)勢，也更注重科研素養(yǎng)的培養(yǎng)。中國大學(xué)課程更偏向于應(yīng)用，設(shè)計和開發(fā)，適合我國現(xiàn)階段國情。建議開設(shè)有GIS專業(yè)的院校借鑒中美高水平院校專業(yè)課程設(shè)置上的優(yōu)點，修訂培養(yǎng)方案，以更好地滿足新時期GIS人才的培養(yǎng)要求。

關(guān)鍵詞：地理信息科學(xué)；高水平大學(xué)；課程設(shè)置；本科教學(xué)

中圖分類號：G642.3? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）35-0128-04

地理信息科學(xué)（Geographic Information Science，GIS）是在計算機軟硬件支持下，對地球表層的地理空間數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、查詢和顯示的科學(xué)^［1］。在全球變化背景下，GIS無論在自然資源管理（自然災(zāi)害、土地規(guī)劃、生態(tài)變化）還是人類社會活動（公共衛(wèi)生、交通物流、金融服務(wù)）都發(fā)揮了重要作用。自20世紀90年代開設(shè)GIS專業(yè)后，高等院校和科研院所的諸多教育工作者和科學(xué)家都在探索和優(yōu)化GIS專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，取得了優(yōu)秀成果。GIS專業(yè)的畢業(yè)生，已經(jīng)在測繪、電力、國土、城規(guī)、水利、交通、環(huán)保等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，為我國的現(xiàn)代化建設(shè)貢獻了力量。

GIS是一門交叉科學(xué)，主干學(xué)科是地理學(xué)、遙感科學(xué)與技術(shù)以及計算機科學(xué)。地理學(xué)是研究空間變化的學(xué)科，信息科學(xué)的發(fā)展開辟了地理學(xué)研究的新時代。信息技術(shù)日新月異新，讓GIS的研究與應(yīng)用充滿機遇和挑戰(zhàn)。遙感衛(wèi)星觀測的精度越來越高，超級計算機的計算能力越來越強，因此GIS也隨之發(fā)展。國內(nèi)開設(shè)GIS專業(yè)的高校已經(jīng)有190所左右^［2］，需要隨時關(guān)注國內(nèi)外學(xué)科發(fā)展的變化，并適應(yīng)這種變化，讓GIS專業(yè)的學(xué)生能夠得到最新的知識結(jié)構(gòu)，以更快地適應(yīng)社會需求。美國是現(xiàn)代GIS的發(fā)源地，也是GIS產(chǎn)業(yè)化比較成熟的國家。美國高等教育發(fā)達，在GIS課程設(shè)置和人才培養(yǎng)方面有許多可以借鑒的經(jīng)驗。國內(nèi)也有很多GIS學(xué)科實力較強的院校，在多年的發(fā)展中探索出符合中國特色的GIS教育模式。所以，學(xué)習(xí)和借鑒中美高水平大學(xué)的GIS專業(yè)課程設(shè)置，有利于提高普通院校GIS專業(yè)的教學(xué)水平。

當前已有針對中美高校GIS專業(yè)的通識課程、學(xué)分模式和課程設(shè)置方面的對比研究^［3-4］，但大多以綜合分析為主，對于專業(yè)課程設(shè)置差異以及這些差異如何反映社會需求的研究不夠深入。文章通過詳細對比和分析專業(yè)課程設(shè)置，結(jié)合實際情況，提出針對普通院校GIS專業(yè)本科課程設(shè)置的建議。

一、數(shù)據(jù)來源

本研究選取了中美共4所在GIS教學(xué)和科研享有盛譽的高水平大學(xué)進行研究。其中國內(nèi)2所，分別是武漢大學(xué)和南京師范大學(xué)。武漢大學(xué)和南京師范大學(xué)是國家首批GIS本科一流專業(yè)獲批單位，是我國GIS教學(xué)水平最高的院校中的兩所。美國2所大學(xué)分別是馬里蘭大學(xué)（University of Maryland）和加州大學(xué)圣芭芭拉分校（UC Santa Barbara）。馬里蘭大學(xué)與美國國家航空航天局（NASA）開展深度合作，官網(wǎng)介紹遙感方向全球排名第2。加州大學(xué)圣芭芭拉分校是美國國家地理信息分析中心的成員學(xué)校，地理學(xué)研究被公認為是世界最好的院校之一，該校地理學(xué)的教學(xué)和學(xué)術(shù)研究多項指標名列全美前列。

本研究使用的課程設(shè)置或本科培養(yǎng)方案都選取于學(xué)院官方網(wǎng)站。研究對這些數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析。本研究不再分析通識課程，主要聚焦專業(yè)課程設(shè)置，為院校的專業(yè)培養(yǎng)方案修訂提供參考和建議。

二、專業(yè)課程設(shè)置對比

（一）地理科學(xué)類課程

“自然地理學(xué)”和“人文地理學(xué)”是地理科學(xué)類本科生必學(xué)的課程，中美大學(xué)的GIS專業(yè)都開設(shè)置了這兩類課程（見表1）。但是關(guān)于部門自然地理的內(nèi)容，包括地貌學(xué)、氣候?qū)W、水文學(xué)等課程每所學(xué)校開設(shè)的深度不同。南京師范大學(xué)單獨開設(shè)了“普通地質(zhì)學(xué)”“地貌學(xué)”“氣象與氣候?qū)W”“水文與水資源學(xué)”等主干課，基本涵蓋了部門地理的大多數(shù)相關(guān)課程。武漢大學(xué)開設(shè)了“地質(zhì)與地貌學(xué)”“自然資源與區(qū)域發(fā)展”等課程。相對國內(nèi)大學(xué)的地理科學(xué)類課程的數(shù)量，國外的兩所大學(xué)提供了海量課程供選擇，顯示了雄厚的研究實力。不過這些課程只要求學(xué)生根據(jù)導(dǎo)師建議選擇其中1—2門即可。圣芭芭拉分校開設(shè)了21門自然地理學(xué)和12門人文地理學(xué)相關(guān)課程。馬里蘭大學(xué)也開設(shè)了數(shù)門自然地理學(xué)和人文地理學(xué)的高級課程。雖然GIS專業(yè)與地理科學(xué)專業(yè)有差異，前者更側(cè)重信息科學(xué)，但是地理科學(xué)類課程對于培養(yǎng)學(xué)生的地學(xué)思維，建立科學(xué)素養(yǎng)非常有幫助。因此，國內(nèi)大學(xué)可以結(jié)合研究或地域特色擴展1—2門地理科學(xué)類課程。

（二）地理信息系統(tǒng)類課程

地理信息系統(tǒng)是在計算機系統(tǒng)支持下對地理數(shù)據(jù)進行采集，存儲和分析的技術(shù)系統(tǒng)，是使用信息科學(xué)進行地理科學(xué)研究^［5］。中美四所高校都開設(shè)了“地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論”“計算機地圖學(xué)”“地理信息系統(tǒng)算法基礎(chǔ)”“空間分析”以及“地圖設(shè)計和地理可視化”等地理信息系統(tǒng)主干課程。體現(xiàn)了最新信息技術(shù)發(fā)展的“時空大數(shù)據(jù)分析”“空間人工智能”等課程也已經(jīng)出現(xiàn)在國內(nèi)外的培養(yǎng)方案上（見表1）。在地理信息系統(tǒng)類核心主干課程設(shè)置上，國內(nèi)外差異較小，從根本上保證了GIS專業(yè)的培養(yǎng)質(zhì)量。

（三）遙感科學(xué)類課程

遙感科學(xué)與技術(shù)是GIS的主要研究手段。中美高校都開設(shè)了遙感類課程，課時都非常充足。遙感主干課程的名稱不同，比如馬里蘭大學(xué)叫“對地觀測科學(xué)導(dǎo)論”，圣芭芭拉分校叫“環(huán)境遙感”。國內(nèi)高校一般叫作“遙感概論”，都講述遙感科學(xué)相關(guān)的基本概念和原理，涵蓋了多光譜和高光譜遙感、熱紅外遙感，微波與激光雷達遙感等相關(guān)知識。圣芭芭拉分校的GIS專業(yè)專門開設(shè)了航空攝影與遙感的方向，3門遙感課程分別是環(huán)境遙感1、2、3。其中環(huán)境遙感1主要講述遙感科學(xué)的基本概念和應(yīng)用；環(huán)境遙感2主要講述傳統(tǒng)的遙感圖像處理的原理和方法；環(huán)境遙感 3主要講述先進的遙感應(yīng)用技術(shù)等。國內(nèi)的南京師范大學(xué)院除了“遙感導(dǎo)論”以外，同樣也開設(shè)“遙感地學(xué)分析”等課程。中美高校遙感科學(xué)類課程的設(shè)置差異不大，保證了學(xué)生今后從事GIS研究的基本能力。

（四）計算機科學(xué)類課程

計算機科學(xué)類課程的開設(shè)數(shù)量和質(zhì)量對于GIS專業(yè)學(xué)生的實踐能力培養(yǎng)非常重要，是學(xué)生畢業(yè)以后能否勝任信息技術(shù)（IT）行業(yè)工作的關(guān)鍵。除了公共基礎(chǔ)課“計算機基礎(chǔ)”外，中美院校都開設(shè)了計算機應(yīng)用和軟件開發(fā)兩類計算機科學(xué)課程。比如“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計”“Python空間數(shù)據(jù)處理”“空間數(shù)據(jù)庫”“網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)”“移動地理信息系統(tǒng)”等課程。體現(xiàn)了信息科學(xué)的特色。此外，也有諸如“地理信息系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用”“地理信息系統(tǒng)工程與管理”等偏重軟件工程與軟件管理類課程，可以直接為產(chǎn)業(yè)界培養(yǎng)人才。由于計算機、軟件、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，各院校近年來已開設(shè)了“人工智能”“機器學(xué)習(xí)”等相關(guān)課程，可以說在計算機類課程方面，國內(nèi)外大學(xué)的理念是同樣先進的。為了可以直接對接產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)兩所院校的計算機類細分課程甚至多于美國的兩所大學(xué)（見表1），在本科階段加強鍛煉學(xué)生的實踐能力，滿足國家的建設(shè)需求。

三、對地理信息科學(xué)課程設(shè)置的啟示與建議

（一）分方向培養(yǎng)是趨勢

GIS是交叉前沿學(xué)科，學(xué)生畢業(yè)可以從事科學(xué)研究，區(qū)域規(guī)劃或者直接進入IT行業(yè)進行軟件開發(fā)和項目管理。不同領(lǐng)域?qū)W(xué)生能力和素養(yǎng)的要求不一樣。比如IT行業(yè)需要較強的軟件開發(fā)技能。GIS專業(yè)對學(xué)生進行分方向培養(yǎng)，可以有針對性引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自身興趣去專注學(xué)習(xí)。圣芭芭拉分校三個方向分別是“航空攝影和遙感類（方向1）”“地理信息系統(tǒng)和制圖學(xué)類（方向2）”和“定量技術(shù)和理論方法類（方向3）”。方向1和方向2是大多數(shù)院校開設(shè)的常規(guī)方向，方向3側(cè)重地理科學(xué)里面的計量地理學(xué)和區(qū)位理論。武漢大學(xué)分2個方向，分別是“地理信息科學(xué)（方向1）”和“地理信息科學(xué)：數(shù)字地圖與空間信息工程（方向2）”，其中方向1是以地理信息應(yīng)用和空間分析為主，方向2則以軟件開發(fā)為主，開設(shè)了較多程序設(shè)計課程。南京師范大學(xué)分3個方向，其中“GIS理論與方法（方向1）”偏重應(yīng)用分析，而“GIS技術(shù)與開發(fā)（方向2）”和“GIS工程與應(yīng)用（方向3）”都是面向IT產(chǎn)業(yè)的教學(xué)內(nèi)容。國內(nèi)高校開設(shè)較多應(yīng)用開發(fā)類課程可以幫助學(xué)生盡快適應(yīng)行業(yè)需求，對就業(yè)很有幫助。當然，高水平大學(xué)因為招生規(guī)模和師資的優(yōu)勢，分方向培養(yǎng)不存在難度。對于國內(nèi)還不具備分方向培養(yǎng)的高校，可以從課程設(shè)置上軟性區(qū)分，通過教師引導(dǎo)和開設(shè)選修課的方式明晰方向，讓不同類型的學(xué)生都可以找到適合自我發(fā)展的專業(yè)課程。

（二）加強人文地理類課程

美國大學(xué)GIS專業(yè)對人文地理類的課程非常重視。圣芭芭拉分校除了“人文地理學(xué)導(dǎo)論”以外，還提供了多達12門人文地理類課程供學(xué)生選修，比如“健康地理”“城市地理”“人口與發(fā)展”“交通規(guī)劃與建模”等，涵蓋了城市、交通、人口、健康、經(jīng)濟等各個方面。馬里蘭大學(xué)開設(shè)了人文地理學(xué)類的高級課程，深入討論社會、經(jīng)濟、文化、政治中的重大問題。比如討論全球問題的“當今世界：全球視角”，討論發(fā)展中國家問題的“發(fā)展地理學(xué)：環(huán)境與社會正義”。國內(nèi)大學(xué)開設(shè)的地理科學(xué)類課程主要還是以自然地理類課程為主，針對人文地理學(xué)類的課程擴展不多。人文地理學(xué)研究各種社會經(jīng)濟活動，對國家建設(shè)、經(jīng)濟規(guī)劃以及解決社會問題起到重要作用^［6］。未來GIS專業(yè)的培養(yǎng)方案中應(yīng)增加人文地理學(xué)類課程，讓學(xué)生建立宏觀視野。

（三）加強區(qū)域地理類課程

美國大學(xué)比較重視使用GIS進行區(qū)域地理問題的研究，開設(shè)了多門區(qū)域地理課程。比如圣芭芭拉分校開設(shè)有“加州地理”“美國地理”“歐洲地理”等區(qū)域地理類課程。馬里蘭大學(xué)開設(shè)了“撒哈拉以南非洲地理”“拉丁美洲和美國的移民”等課程，令人驚訝地還開設(shè)了一門“中國地理”課程。這些區(qū)域地理課程集中反映了學(xué)校的研究興趣，聚焦的地區(qū)大多是美國周邊國家或者世界的熱點區(qū)域。雖然區(qū)域地理仍是傳統(tǒng)地理科學(xué)類課程，但是使用信息科學(xué)的手段進行分析和研究，會發(fā)現(xiàn)很多有意思的新結(jié)論。我國正在開展“一帶一路”建設(shè)，構(gòu)建中國和阿拉伯國家命運共同體等一系列的建設(shè)。國內(nèi)高校可以開設(shè)一些與中亞地區(qū)和中東地區(qū)相關(guān)的區(qū)域地理課程，讓學(xué)生及早對當?shù)氐淖匀缓腿宋奶卣饔兴私狻?/p>

（四）加強學(xué)術(shù)寫作課程

在科研活動中，論文或?qū)Ｖ菍⒀芯拷Y(jié)果與同行交流是最重要的途徑之一，所以學(xué)術(shù)寫作能力也是大學(xué)生應(yīng)該培養(yǎng)的基本素養(yǎng)。國內(nèi)院校較少在本科階段開設(shè)規(guī)范的學(xué)術(shù)寫作課程，英文學(xué)術(shù)寫作課程就更為少見，公共基礎(chǔ)課開設(shè)的英文寫作和學(xué)術(shù)寫作差別非常大，不能適應(yīng)科學(xué)研究的需要。相比之下，美國大學(xué)很重視學(xué)術(shù)寫作，馬里蘭大學(xué)在第一學(xué)期就開設(shè)了學(xué)術(shù)寫作課程，而圣芭芭拉分校的通識教育課程要求針對特定專業(yè)進行寫作訓(xùn)練。國內(nèi)的兩所高水平院校都是以選修課的方式開設(shè)科技論文寫作，比如武漢大學(xué)開設(shè)了“地理信息專業(yè)英語閱讀與寫作”，南京師范大學(xué)開設(shè)了“科技論文寫作”。但相當多的普通院校一般只開設(shè)科技文獻閱讀，針對科技論文寫作的相關(guān)課程較少，這是應(yīng)該加強的。現(xiàn)在很多學(xué)生畢業(yè)后考研，會在研究生階段開展科學(xué)研究，高校應(yīng)及早開設(shè)相關(guān)課程，可以使學(xué)生盡快適應(yīng)科研節(jié)奏，收獲更多的研究成果。

四、結(jié)語

文章通過對比研究，系統(tǒng)地分析中美四所高水平大學(xué)在GIS專業(yè)課程設(shè)置中的異同。結(jié)果表明，中美高水平大學(xué)在地理信息系統(tǒng)類，遙感科學(xué)類和計算機科學(xué)類等主干課程設(shè)置差別不大。國內(nèi)院校更重視應(yīng)用和開發(fā)類的課程，與我國當前正在以信息技術(shù)為主進行高科技產(chǎn)業(yè)建設(shè)關(guān)系密切，實踐動手能力強學(xué)生更容易就業(yè)。而美國院校比較重視地理問題的研究，設(shè)置了更多的人文地理類課程，區(qū)域地理類課程以及科學(xué)研究類課程。國內(nèi)開設(shè)GIS專業(yè)的院校，可以借鑒這些高水平大學(xué)課程設(shè)置的優(yōu)點，結(jié)合自身實際，優(yōu)化修改培養(yǎng)方案，使學(xué)生既能得到技術(shù)能力的訓(xùn)練，又能夠以更宏觀和開闊的視野去看待經(jīng)濟社會面臨的問題和挑戰(zhàn)。

參考文獻：

［1］ 張康聰. 地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論：原著第九版［M］. 北京：科學(xué)出版社，2019.

［2］ 陽光高考咨詢平臺［EB/OL］. （2023-01-31）. https：//gaokao.chsi.com.cn/zyk/zybk/ksyxPage？specId=73383932.

［3］ 卿鳳，張紅，徐柱. 美國GIS專業(yè)名校課程設(shè)置比較研究［J］. 地理信息世界，2018，25（05）：7.

［4］ 黃秋燕，鄧樹林，鄧興禮，等. 中美地理信息科學(xué)專業(yè)本科課程設(shè)置比較分析［J］. 南寧師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，36（04）：120-129.

［5］ 湯國安. 地理信息系統(tǒng)教程［M］. 北京：高等教育出版社，2007.

［6］ 趙榮，王恩涌，張小林，等. 人文地理學(xué)：第二版［M］. 北京：高等教育出版社，2006.

（薦稿人：王金鑫，鄭州大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授）

（責任編輯：莫唯然）

基金項目：鄭州大學(xué)教學(xué)改革研究與實踐項目“中美高水平大學(xué)地理信息科學(xué)本科專業(yè)課程設(shè)置差異與啟示”（項目編號：20 21ZZUJGLX173）。

作者簡介：賀添（1977—），男，博士，鄭州大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院講師，研究方向為地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)；周書貴（1990—），男，博士，鄭州大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院講師，研究方向為地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)；彭晶晶（1988—），女，碩士，鄭州大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院助理工程師，研究方向為地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)。