人工智能技术浪潮下地理信息系统课程教学改革的思考

王得志　肖汶斌　吴佳妮　包长春

[摘 要] 地理信息系统是一门集地理地图学、遥感测绘技术、计算机技术为一体的综合性课程。随着人工智能技术的蓬勃发展和人工智能时代的快速到来，地理信息系统课程在教学理念、教学模式和评价标准等多个方面都需要进行改革，以应对人工智能技术所带来的机遇和挑战。面向人工智能技术浪潮下高校人才培养模式的新要求，针对现有地理信息系统课程教学中存在的问题，对课程教学改革所涉及的课程内容设置等环节进行了有益的探索，为提升课程教学效果和学生创新实践能力提供了新的途径。

[关键词] 地理信息系统;教学改革;人工智能

[作者简介] 王得志（1985—），男，河南郑州人，工学博士，国防科技大学气象海洋学院助理研究员，主要从事海洋信息智能化处理方面的研究和教学工作。

[中图分类号] G642    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）25-0004-02    [收稿日期] 2020-02-10

一、引言

近年来，以深度学习、大数据分析等为代表的人工智能技术在自动驾驶、智慧医疗、城市管理等国民生活的多个领域发挥了巨大作用，发展前景广阔。为贯彻落实国务院《关于印发新一代人工智能发展规划的通知》和全国高校科技工作会议精神，教育部于2018年印发了《高等学校人工智能创新行动计划》，用以引导高校瞄准世界科技前沿，进一步提升高校人工智能领域科技创新、人才培养和服务国家需求的能力[1]。与此同时，为加强人工智能领域专业建设，教育部还推出了新工科建设计划[2]，力求形成“人工智能+X”复合专业培养新模式，在院校大数据、信息管理等相关专业中增加人工智能相关内容。

地理信息系统（简称GIS）课程是高校地球信息科学专业的核心课程。GIS以地理空间大数据为基础，包含面向地理显示、管理、分析、操作和决策服务的计算机支持系统，拥有人工智能技术众多应用场景，与人工智能技术的发展密不可分。GIS课程的传统教学内容和教学模式已不能满足人工智能人才培养的要求，需要及时更新教学模式，充实教学内容，改革教学手段以及建立资源平台，从而有效提升课程教学成效和学生创新实践能力。

二、人工智能技术背景下地理信息系统课程教学改革

（一）充实人工智能技术相关的课程教学内容

1.人工智能技术与地理信息数据采集和获取方面的结合。随着人工智能技术的飞速发展，地理信息数据的采集和获取工作，已经逐步摆脱了单纯人为控制采集的方法，而发展到依靠人工智能设备来完成的阶段，比如，利用智能机器人进行自动化的地理信息数据采集[3]。智能机器人可以行驶在道路上、飞翔在天空中、游弋在大海里，利用所携带的传感器，实时获取不同空间和维度的地理信息数据[4]。另一方面，人工智能技术在地理信息数据的融合方面发挥了巨大作用，可以将地面测量、卫星遥感、飞机航拍等多种传统地理信息数据进行有机融合。总之，人工智能技术使得地理信息数据采集和获取向着智能化、自动化快速发展，极大地提高了數据采集的效率。

2.人工智能技术与地理信息数据处理与分析方面的结合。对于地理信息数据的处理和分析，人工智能技术可以利用海量有标注的地理信息数据进行自主学习，更好的实现空间知识挖掘和遥感反演，实现智能优化、智能预警等应用[5]。已有研究成果表明，人工智能技术可以利用无地理标注的影像等其他数据形态，实现直接地理定位，这将彻底改变传统的地理定位模式。另外，通过视觉人工智能技术与空间信息相结合，全面提升了地理信息数据的解释能力，在地理信息的自动化处理基础上，获得了不同应用场景的智能化处理策略。

（二）借鉴人工智能技术理念改进课程教学手段

1.充分发挥教师的引导作用。人工智能浪潮下对高素质地理信息系统专业人才的培养要求首先会体现到对专业授课教师的要求上。课程改革尤其需要教师首先能够清晰把握地理信息系统现有的整体知识架构和人工智能技术与地理信息系统深度结合的应用场景，并能够对这些知识点进行关联整合，例如，将人工智能技术中的智能分类识别、大数据管理和应用在空间分析和地理信息应用等章节中进行穿插讲解。教师作用的发挥还需要借助于具体的教学手段即优良的教学课件建设。地理信息系统课程涉及大量三维空间表达和可视化编程应用，可尝试利用计算机智能渲染等技术将教学课件里大量抽象深奥的理论转变为三维动画或影像短片，培养学生的学习兴趣。另外，人工智能领域开源了大量可在线演示实践的平台，教师也可以充分利用这些人工智能平台演示处理地理信息数据，使学生更快建立起对人工智能技术的认知。

2.创造人工智能创新实践条件。人工智能背景下地理信息系统课程对学生创新能力的培养离不开多样化、互动式、参与式的教学实践环节。在学校经费和场地允许的前提下，可以开展分组智能算法设计、地理信息智能知识专题讨论、智能机器人比赛等多样化的实践活动[6]。例如，设定利用人工智能算法对遥感图片进行智能提取和分类优化处理的题目，将学生分成若干小组，引导每个小组设计相应的程序算法，以获得最好的分类处理效果。也可以设定将大数据、人工智能挖掘技术应用于地理信息专业的GIS应用开发、遥感应用开发等具体实践来锻炼地理信息专业学生的创造性思维能力[7]。另外，还可以专题研讨的形式，选择将地理信息空间服务应用与人工智能结合的题目，进行课堂研讨。学生通过查阅资料，总结发现的问题，在课堂上阐述自己的见解并接受同学的提问。通过以上实践活动可充分调动学生的能动性，培养学生解决问题的能力。

（三）以人工智能技术应用助力课程评价方式改进

在人工智能的大背景下，地理信息系统课程教学评价机制可以进行相应的改革创新，从而更好的促进学生自主创新能力的培养，以达成课程的学习目标。人工智能特别是深度学习技术，可以从大量数据中发现和学习其中的规律，从而进行智能预测和评价。在地理信息系统课程的考评机制设计上，可以从课程学习开始即为每一位学生建立一个学习数据档案，充分记录每个学生的每次课堂表现、考试表现和实践表现等，尽可能的量化学生有关课程的每一个细节表现。在课程进行过程中，利用这些数据和已有的人工智能模型，不断迭代分析这些数据当中所蕴含的教学问题和教学现象，用以指导教学方式改革。另外，在设计考评机制时还需要开展多元化的考评项目设计，平衡课题设计、课堂研讨和考勤考试的权重比例，突出学生在人工智能活学活用方面表现的考评比重。

三、結语

人工智能技术已经被列为国民经济发展重要的战略性新兴技术。人工智能技术的发展推动了相关的计算机技术、信息通信技术、机器人技术等的快速发展。地理信息系统是一门综合的与计算机技术和信息技术紧密相关的课程，受到人工智能技术发展的大力支撑，必将随之蓬勃发展。在国家课程教学改革的大背景下，这门课程的改革特别需要紧跟技术发展的趋势，将人工智能技术以及相关的大数据技术等贯彻到具体的教学实践当中去，努力适应智能化时代地理信息专业人才培养的需求。本文在地理信息系统课程的内容设置、教学方式和教学评价等方面，对人工智能背景下该课程的教学改革进行了有益的探索和思考，希望对其他人工智能相关课程的教学改革提供借鉴。

参考文献

[1]李海峰，李苏旻.大数据与智能时代的地理信息科学教育变革之思考[J].高教学刊，2017，（21）：145-146.

[2]金婕，王春媛，袁天夫等.新工科教育改革中的人工智能课程建设思考[J].现代职业教育，2018，（27）：14-14.

[3][5]姚承宽.人工智能在测绘地理信息行业中的应用[J].河北省科学院学报，2018，35（04）：70-74.

[4]吴信才.地理信息系统的基本技术与发展动态[J].地球科学-中国地质大学学报，1998，（4）：329-333.

[6]齐少群，万鲁河.人工智能教育与地理信息专业学生创新能力的培养[J].继续教育研究，2017，（12）：29-31.

[7]周璀.人工智能时代下地理信息科学教育改革探索[J].中国新通信，2018，v.20（08）：138-139.

Abstract：Geographic Information System （GIS） is a cross-cutting and comprehensive course that integrates geographic cartography，remote sensing mapping technology，and computer technology.With the rapid development of artificial intelligence technology，the GIS course needs to be reformed in many aspects such as teaching philosophy，teaching model and evaluation standards.This article is geared to the new requirements of college talent training model under the background of artificial intelligence technology.In view of the problems existing in the course teaching，this article conducts a useful exploration of teaching reform in course content setting in order to provide new ways of improving students' innovative ability and the teaching effect.

Key words：Geographic Information System;teaching reform;artificial intelligence