人工智能技術(shù)浪潮下地理信息系統(tǒng)課程教學改革的思考

王得志　肖汶斌　吳佳妮　包長春

[摘 要] 地理信息系統(tǒng)是一門集地理地圖學、遙感測繪技術(shù)、計算機技術(shù)為一體的綜合性課程。隨著人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展和人工智能時代的快速到來，地理信息系統(tǒng)課程在教學理念、教學模式和評價標準等多個方面都需要進行改革，以應(yīng)對人工智能技術(shù)所帶來的機遇和挑戰(zhàn)。面向人工智能技術(shù)浪潮下高校人才培養(yǎng)模式的新要求，針對現(xiàn)有地理信息系統(tǒng)課程教學中存在的問題，對課程教學改革所涉及的課程內(nèi)容設(shè)置等環(huán)節(jié)進行了有益的探索，為提升課程教學效果和學生創(chuàng)新實踐能力提供了新的途徑。

[關(guān)鍵詞] 地理信息系統(tǒng);教學改革;人工智能

[作者簡介] 王得志（1985—），男，河南鄭州人，工學博士，國防科技大學氣象海洋學院助理研究員，主要從事海洋信息智能化處理方面的研究和教學工作。

[中圖分類號] G642? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）25-0004-02? ? [收稿日期] 2020-02-10

一、引言

近年來，以深度學習、大數(shù)據(jù)分析等為代表的人工智能技術(shù)在自動駕駛、智慧醫(yī)療、城市管理等國民生活的多個領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用，發(fā)展前景廣闊。為貫徹落實國務(wù)院《關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》和全國高?？萍脊ぷ鲿h精神，教育部于2018年印發(fā)了《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，用以引導高校瞄準世界科技前沿，進一步提升高校人工智能領(lǐng)域科技創(chuàng)新、人才培養(yǎng)和服務(wù)國家需求的能力[1]。與此同時，為加強人工智能領(lǐng)域?qū)I(yè)建設(shè)，教育部還推出了新工科建設(shè)計劃[2]，力求形成“人工智能+X”復合專業(yè)培養(yǎng)新模式，在院校大數(shù)據(jù)、信息管理等相關(guān)專業(yè)中增加人工智能相關(guān)內(nèi)容。

地理信息系統(tǒng)（簡稱GIS）課程是高校地球信息科學專業(yè)的核心課程。GIS以地理空間大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，包含面向地理顯示、管理、分析、操作和決策服務(wù)的計算機支持系統(tǒng)，擁有人工智能技術(shù)眾多應(yīng)用場景，與人工智能技術(shù)的發(fā)展密不可分。GIS課程的傳統(tǒng)教學內(nèi)容和教學模式已不能滿足人工智能人才培養(yǎng)的要求，需要及時更新教學模式，充實教學內(nèi)容，改革教學手段以及建立資源平臺，從而有效提升課程教學成效和學生創(chuàng)新實踐能力。

二、人工智能技術(shù)背景下地理信息系統(tǒng)課程教學改革

（一）充實人工智能技術(shù)相關(guān)的課程教學內(nèi)容

1.人工智能技術(shù)與地理信息數(shù)據(jù)采集和獲取方面的結(jié)合。隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，地理信息數(shù)據(jù)的采集和獲取工作，已經(jīng)逐步擺脫了單純?nèi)藶榭刂撇杉姆椒?，而發(fā)展到依靠人工智能設(shè)備來完成的階段，比如，利用智能機器人進行自動化的地理信息數(shù)據(jù)采集[3]。智能機器人可以行駛在道路上、飛翔在天空中、游弋在大海里，利用所攜帶的傳感器，實時獲取不同空間和維度的地理信息數(shù)據(jù)[4]。另一方面，人工智能技術(shù)在地理信息數(shù)據(jù)的融合方面發(fā)揮了巨大作用，可以將地面測量、衛(wèi)星遙感、飛機航拍等多種傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)進行有機融合。總之，人工智能技術(shù)使得地理信息數(shù)據(jù)采集和獲取向著智能化、自動化快速發(fā)展，極大地提高了數(shù)據(jù)采集的效率。

2.人工智能技術(shù)與地理信息數(shù)據(jù)處理與分析方面的結(jié)合。對于地理信息數(shù)據(jù)的處理和分析，人工智能技術(shù)可以利用海量有標注的地理信息數(shù)據(jù)進行自主學習，更好的實現(xiàn)空間知識挖掘和遙感反演，實現(xiàn)智能優(yōu)化、智能預警等應(yīng)用[5]。已有研究成果表明，人工智能技術(shù)可以利用無地理標注的影像等其他數(shù)據(jù)形態(tài)，實現(xiàn)直接地理定位，這將徹底改變傳統(tǒng)的地理定位模式。另外，通過視覺人工智能技術(shù)與空間信息相結(jié)合，全面提升了地理信息數(shù)據(jù)的解釋能力，在地理信息的自動化處理基礎(chǔ)上，獲得了不同應(yīng)用場景的智能化處理策略。

（二）借鑒人工智能技術(shù)理念改進課程教學手段

1.充分發(fā)揮教師的引導作用。人工智能浪潮下對高素質(zhì)地理信息系統(tǒng)專業(yè)人才的培養(yǎng)要求首先會體現(xiàn)到對專業(yè)授課教師的要求上。課程改革尤其需要教師首先能夠清晰把握地理信息系統(tǒng)現(xiàn)有的整體知識架構(gòu)和人工智能技術(shù)與地理信息系統(tǒng)深度結(jié)合的應(yīng)用場景，并能夠?qū)@些知識點進行關(guān)聯(lián)整合，例如，將人工智能技術(shù)中的智能分類識別、大數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用在空間分析和地理信息應(yīng)用等章節(jié)中進行穿插講解。教師作用的發(fā)揮還需要借助于具體的教學手段即優(yōu)良的教學課件建設(shè)。地理信息系統(tǒng)課程涉及大量三維空間表達和可視化編程應(yīng)用，可嘗試利用計算機智能渲染等技術(shù)將教學課件里大量抽象深奧的理論轉(zhuǎn)變?yōu)槿S動畫或影像短片，培養(yǎng)學生的學習興趣。另外，人工智能領(lǐng)域開源了大量可在線演示實踐的平臺，教師也可以充分利用這些人工智能平臺演示處理地理信息數(shù)據(jù)，使學生更快建立起對人工智能技術(shù)的認知。

2.創(chuàng)造人工智能創(chuàng)新實踐條件。人工智能背景下地理信息系統(tǒng)課程對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)離不開多樣化、互動式、參與式的教學實踐環(huán)節(jié)。在學校經(jīng)費和場地允許的前提下，可以開展分組智能算法設(shè)計、地理信息智能知識專題討論、智能機器人比賽等多樣化的實踐活動[6]。例如，設(shè)定利用人工智能算法對遙感圖片進行智能提取和分類優(yōu)化處理的題目，將學生分成若干小組，引導每個小組設(shè)計相應(yīng)的程序算法，以獲得最好的分類處理效果。也可以設(shè)定將大數(shù)據(jù)、人工智能挖掘技術(shù)應(yīng)用于地理信息專業(yè)的GIS應(yīng)用開發(fā)、遙感應(yīng)用開發(fā)等具體實踐來鍛煉地理信息專業(yè)學生的創(chuàng)造性思維能力[7]。另外，還可以專題研討的形式，選擇將地理信息空間服務(wù)應(yīng)用與人工智能結(jié)合的題目，進行課堂研討。學生通過查閱資料，總結(jié)發(fā)現(xiàn)的問題，在課堂上闡述自己的見解并接受同學的提問。通過以上實踐活動可充分調(diào)動學生的能動性，培養(yǎng)學生解決問題的能力。

（三）以人工智能技術(shù)應(yīng)用助力課程評價方式改進

在人工智能的大背景下，地理信息系統(tǒng)課程教學評價機制可以進行相應(yīng)的改革創(chuàng)新，從而更好的促進學生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以達成課程的學習目標。人工智能特別是深度學習技術(shù)，可以從大量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)和學習其中的規(guī)律，從而進行智能預測和評價。在地理信息系統(tǒng)課程的考評機制設(shè)計上，可以從課程學習開始即為每一位學生建立一個學習數(shù)據(jù)檔案，充分記錄每個學生的每次課堂表現(xiàn)、考試表現(xiàn)和實踐表現(xiàn)等，盡可能的量化學生有關(guān)課程的每一個細節(jié)表現(xiàn)。在課程進行過程中，利用這些數(shù)據(jù)和已有的人工智能模型，不斷迭代分析這些數(shù)據(jù)當中所蘊含的教學問題和教學現(xiàn)象，用以指導教學方式改革。另外，在設(shè)計考評機制時還需要開展多元化的考評項目設(shè)計，平衡課題設(shè)計、課堂研討和考勤考試的權(quán)重比例，突出學生在人工智能活學活用方面表現(xiàn)的考評比重。

三、結(jié)語

人工智能技術(shù)已經(jīng)被列為國民經(jīng)濟發(fā)展重要的戰(zhàn)略性新興技術(shù)。人工智能技術(shù)的發(fā)展推動了相關(guān)的計算機技術(shù)、信息通信技術(shù)、機器人技術(shù)等的快速發(fā)展。地理信息系統(tǒng)是一門綜合的與計算機技術(shù)和信息技術(shù)緊密相關(guān)的課程，受到人工智能技術(shù)發(fā)展的大力支撐，必將隨之蓬勃發(fā)展。在國家課程教學改革的大背景下，這門課程的改革特別需要緊跟技術(shù)發(fā)展的趨勢，將人工智能技術(shù)以及相關(guān)的大數(shù)據(jù)技術(shù)等貫徹到具體的教學實踐當中去，努力適應(yīng)智能化時代地理信息專業(yè)人才培養(yǎng)的需求。本文在地理信息系統(tǒng)課程的內(nèi)容設(shè)置、教學方式和教學評價等方面，對人工智能背景下該課程的教學改革進行了有益的探索和思考，希望對其他人工智能相關(guān)課程的教學改革提供借鑒。

參考文獻

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[7]周璀.人工智能時代下地理信息科學教育改革探索[J].中國新通信，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