“無人機”對地理信息科學專業建設的影響
——以新疆師范大學為例

楊雪峰，李新國，古明珉

（1.新疆師范大學 地理科學與旅游學院，新疆 烏魯木齊 830054；2.中山福昆航空科技有限公司，廣東 中山 528400）

引言

地理信息科學（Geographic Information Science，簡稱GIS）是地理科學、計算機科學與技術、測繪科學與技術、遙感科學與技術等多學科交叉融合的產物，是一門融合理工科特性、實踐性強的學科。近年來，隨著大數據、人工智能、無人機等新技術和方法的涌現，GIS學科得以推動并快速發展，也使得GIS專業人才的培養面臨多重挑戰。將GIS教學轉變為更全面的知識領域、更前沿的方法技術、更多樣的實踐方式的專業人才培養模式已成為重要目標［1］。

GIS人才培養需要相應的專業定位，教學與實踐需要有針對性。根據就業反饋情況來看，GIS專業學生畢業后，相當一部分學生進入了測繪及相關領域的企業，普遍采用無人機、傾斜攝影測量、機載LiDAR（Light Detection and Ranging）等技術手段進行工作。市場亟須應用型的測繪工程專業和無人機領域人才，而新疆師范大學（以下簡稱“我校”）GIS人才培養模式無法適應新形勢下社會對專業人才的要求。

我校地理科學與旅游學院GIS專業成立于2000年，經過20多年的發展，已培養本、碩畢業生2 000余名，目前在校本科生研究生共300余名。該專業于2021年成為自治區一流本科專業，目前正在積極申報國家級一流本科專業。在學科快速發展的同時，我校GIS專業在課程設計、專業能力培養方面還存在較大的不足。

進入21世紀，GIS領域出現“三多”（多平臺、多傳感器、多角度）和“三高”（高空間分辨率、高光譜分辨率、高時間分辨率）發展趨勢，伴隨而來的大數據時代，也極大地推動了GIS的發展［2］。無人機技術不僅是先進的空間數據獲取技術，還涉及導航、測繪、人工智能等技術，具有很高的社會應用價值和應用潛力，更是當前創新創業的增長點。無人機技術在2010年之后被很多高校、職業院校吸收進測繪工程、GIS等專業的教學體系中［3-6］。

目前我校GIS 專業尚未開設“無人機技術”“人工智能”“大數據”等代表性的主流信息技術課程，導致學生對前沿技術發展了解不足、專業能力落后、社會就業范圍較窄。長期以來，我校GIS專業的實踐教學一直側重于使用自然地理野外實習的傳統方法，與GIS專業的實際需求融合度較低。例如，“3S野外綜合實習”主要通過地面觀測和傳統測量手段進行，過于強調地理學理論實踐，未能充分考慮GIS領域的專業性、技術性和信息性等特點，導致教學內容與實際應用之間脫節，實踐的針對性不夠明確。此外，我校GIS專業的實驗設施和實踐基地相對匱乏，在很大程度上影響了專業實習活動的展開。從同一領域的人才競爭角度來講，學科建設也需要積極跟上當前科技發展的潮流。

在現有的GIS人才培養方案體系下，創新體系存在明顯缺口。無人機技術的應用需要涉及地理信息科學、航空航天、電子工程等多個學科知識的綜合運用。學生在學習無人機技術的過程中，需要學習和理解多個學科的基本原理，培養了解和整合跨學科知識的能力。無人機技術的應用領域非常廣泛，學生可以通過創新應用無人機技術解決現實問題，培養學生的創新思維和能力。

一、無人機與GIS教學改革

（一）無人機教學的意義

由于GIS專業融合理工的特色，教學模式需注重地理素養與信息技術能力培養相融合，目前在學生空間思維和創新能力培養機制等方面面臨著許多挑戰。在當代地理學領域，無人機應用推動了自然地理過程的空間視角拓展、高清對地遙感數據的應用、農林植保輔助作業、旅游資源的利用與開發，以及低空空域資源開發等領域的突出發展［7］。無人機教學對于GIS專業教學改革具有重要意義。

在“本科為本”的教育理念指導下，面對不斷發展的技術和市場需求，高校應當緊隨科技發展潮流，讓學科發展適應社會發展需求。作為以應用為導向的學科，實踐教學基地在地理信息科學學科建設中的作用尤為重要。無人機實踐教學基地作為現代本科專業教學的有機組成部分，成為打通專業學習、訓練、科研和社會就業的渠道，在本科教育中具有無可替代的重要作用。

（二）無人機實踐基地建設原則

2015年5月，國務院辦公廳發布了《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》，全面部署了深化高校創新創業教育改革的任務。在當前形勢下，創新創業教育理念教育成為加強學生創新意識、創業精神和創業能力培養的重要途徑，也是緩解高等教育畢業生就業難題的迫切需求［8］。

基于“雙創”的理念，應當根據GIS專業人才培養目標，明確學生需要掌握的能力。形成以“空間數據獲取能力、空間數據分析能力、GIS軟件開發能力”為核心的培養模式，該模式以課內實驗為引領，以無人機實踐教學為基礎，為學生提供全面的實踐培養體驗。

有數據顯示，到2023年，中國無人機市場規模將達到968億元，其中軍用無人機規模約350億元，民用無人機規模將達620億元，占比將突破六成［9］。2022年全國民航工作會議報告中提到，截至2021年，全國共有無人機相關企業1.27萬家。隨著無人機市場規模的驚人增長，無人機相關行業就業熱度持續飆升。

新疆師范大學“無人機產學合作實踐基地建設項目”是新疆師范大學與中山福昆航空科技有限公司合作申請的教育部產學合作協同育人項目，將目前公司先進的無人機技術及應用教學資源補充到我校GIS本科的教學框架中來，通過產教深度融合、校企全面合作，共研人才培養方案，讓學生深入了解產業界的工作環境和實踐應用。

2019年，教育部啟動了一流本科專業建設的“雙萬計劃”，引領和推動高校優化專業結構，提升專業建設質量，構建高水平人才培養體系。將高等教育的關注重點回歸到專業本科教育［10］。在改革過程中，實踐教學扮演著至關重要的角色。引入無人機、人工智能等前沿新技術，增強他們的實踐動手能力及問題解決能力，有效地提升學生的學習效果和滿意度，從根本上保障教學的質量。

二、無人機教學體系設計

（一）邏輯體系

無人機產學合作實踐基地的建設需充分考慮GIS及相關專業學科的建設和發展需求，為本科和研究生教學及科研活動提供必要的實驗空間和無人機相關軟硬件環境。學生依托無人機產學合作實踐基地能夠參與無人機相關競賽、開展科研活動，實踐基地可以很好地嵌入現有的人才培養體系，成為推動GIS專業建設水平的“發動機”（如圖1）。

圖1 無人機與GIS教學體系的關系

（二）落實措施

根據我校地理信息科學專業培養計劃，分別從理論教學、實踐教學和創新教學三大育人模塊分析“無人機”理論和技術教學內容與現有課程體系的結合點。

實踐基地建立有無人機教學資源庫，提供無人機組成、傳感器技術、無人機地理信息采集、地圖制圖、地形測量、資源調查等方面的文字、視頻材料及相關的采集數據及處理軟件。利用實踐基地提供的軟硬件條件，對地信專業的任課教師進行理論和實踐能力培訓；重新梳理、組織理論教學體系涉及的課程內容，在相應的教學章節和知識點上增加介紹無人機的內容，建立無人機教學知識框架。引入國家虛擬仿真實驗教學課程共享實驗教學內容，將優質的VR實驗教學內容進行整合和共享。面向全校各專業學生開設“無人機理論與應用”公開課，推動無人機知識普及，促進其他學科領域的交流與合作，實現效益最大化。

依托無人機實踐基地，積極申報其他教學改革項目和學科建設項目，進一步推進學科發展和相關科研項目的研發，以推動學校的科研實力和教學水平的不斷提升。在基礎理論課內容改革的同時，利用實踐基地的實驗室資源，增加無人機實踐的相應課時；建成室內模擬器練習和室外場地飛行相結合的實操環境，讓學生掌握操作無人機設備的方式，為未來獲取無人機飛行駕駛認證提供條件。

通過對大一至大三的專業實習大綱進行調整，修改以往的地面儀器測量為使用無人機測繪、在衛星遙感研究中結合無人機遙感為多源遙感方式。通過組織學生參與無人機飛行實踐操作，讓學生親身體驗無人機的飛行控制和數據采集過程，學習如何利用無人機采集的數據進行地圖制作、地形模型構建、資源監測等，加深學生對地理信息學科的理解和運用能力。

依托我校的本科生“卓越拔尖”項目計劃，安排入選學生參與科研項目，為學生提供創新科研平臺，鼓勵學生利用無人機技術解決特定地理問題，拓展無人機在地理信息科學中的應用領域。優先支持、組織學生以無人機開發、應用等主題參加相關行業的競賽，鍛煉、培養學生的綜合素質和團隊合作能力。以上各模塊的教學內容與現有課程的關系如下（見表1）。

表1 無人機與GIS教學體系的結合點

結語

“無人機”產學合作實踐基地建設項目啟動一年多時間，積極鼓勵學生以無人機相關內容參加各類創新創業比賽、學科競賽，讓學生在比賽中鍛煉創新能力和實踐能力。依托該基地，GIS專業本科生已獲得大學生創新創業訓練計劃項目國家級立項、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽科技發明類校級一等獎，以及“互聯網+”大學生創新創業大賽校級選拔賽二等獎等獎項；成功申報自治區高校教學研究和改革項目一項。

在未來，GIS將有效支撐國家數字經濟、智慧城市和新型基礎設施建設等關鍵任務。培養新一代GIS優秀人才需要學生不僅掌握領域的前沿高新技術，還要深度融合理論應用與實際操作，這是高等院校教學體系不可或缺的一環。作為新疆師范大學GIS專業教學和科研的關鍵支持，無人機產學合作實踐基地肩負著為教學、科研和競賽提供堅實保障的使命。該基地不僅有助于提升教師隊伍的教學素養，同時在學生培養、激發創新思維和實際能力方面也具備不可替代的作用。此外，該基地也是學校綜合實力的象征，是教學水平、科研水平及管理水平的重要體現。