中美高水平大学地理信息科学专业课程设置异同与启示

贺添 周书贵 彭晶晶

摘  要：地理信息科学是一门交叉学科，需要学生掌握地理科学，遥感科学与计算机科学的基础理论和基本知识。在全球变化的当下，信息科技高速发展，只有专业课程适应了科学研究与产业发展的需求，高校才能培养出高素质复合型优秀人才。文章使用对比分析法，选择了中国和美国GIS教学与科研水平突出的四所大学，分析专业课程设置的异同，希望能对普通院校的GIS课程设置提供启示。结果表明，中美高水平大学GIS专业在主干课程设置上差异不大，美国大学在地理科学类课程的丰富程度和研究深度上更有优势，也更注重科研素养的培养。中国大学课程更偏向于应用，设计和开发，适合我国现阶段国情。建议开设有GIS专业的院校借鉴中美高水平院校专业课程设置上的优点，修订培养方案，以更好地满足新时期GIS人才的培养要求。

关键词：地理信息科学；高水平大学；课程设置；本科教学

中图分类号：G642.3   文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2023）35-0128-04

地理信息科学（Geographic Information Science，GIS）是在计算机软硬件支持下，对地球表层的地理空间数据采集、存储、分析、查询和显示的科学^［1］。在全球变化背景下，GIS无论在自然资源管理（自然灾害、土地规划、生态变化）还是人类社会活动（公共卫生、交通物流、金融服务）都发挥了重要作用。自20世纪90年代开设GIS专业后，高等院校和科研院所的诸多教育工作者和科学家都在探索和优化GIS专业的人才培养方案，取得了优秀成果。GIS专业的毕业生，已经在测绘、电力、国土、城规、水利、交通、环保等领域发挥了重要作用，为我国的现代化建设贡献了力量。

GIS是一门交叉科学，主干学科是地理学、遥感科学与技术以及计算机科学。地理学是研究空间变化的学科，信息科学的发展开辟了地理学研究的新时代。信息技术日新月异新，让GIS的研究与应用充满机遇和挑战。遥感卫星观测的精度越来越高，超级计算机的计算能力越来越强，因此GIS也随之发展。国内开设GIS专业的高校已经有190所左右^［2］，需要随时关注国内外学科发展的变化，并适应这种变化，让GIS专业的学生能够得到最新的知识结构，以更快地适应社会需求。美国是现代GIS的发源地，也是GIS产业化比较成熟的国家。美国高等教育发达，在GIS课程设置和人才培养方面有许多可以借鉴的经验。國内也有很多GIS学科实力较强的院校，在多年的发展中探索出符合中国特色的GIS教育模式。所以，学习和借鉴中美高水平大学的GIS专业课程设置，有利于提高普通院校GIS专业的教学水平。

当前已有针对中美高校GIS专业的通识课程、学分模式和课程设置方面的对比研究^［3-4］，但大多以综合分析为主，对于专业课程设置差异以及这些差异如何反映社会需求的研究不够深入。文章通过详细对比和分析专业课程设置，结合实际情况，提出针对普通院校GIS专业本科课程设置的建议。

一、数据来源

本研究选取了中美共4所在GIS教学和科研享有盛誉的高水平大学进行研究。其中国内2所，分别是武汉大学和南京师范大学。武汉大学和南京师范大学是国家首批GIS本科一流专业获批单位，是我国GIS教学水平最高的院校中的两所。美国2所大学分别是马里兰大学（University of Maryland）和加州大学圣芭芭拉分校（UC Santa Barbara）。马里兰大学与美国国家航空航天局（NASA）开展深度合作，官网介绍遥感方向全球排名第2。加州大学圣芭芭拉分校是美国国家地理信息分析中心的成员学校，地理学研究被公认为是世界最好的院校之一，该校地理学的教学和学术研究多项指标名列全美前列。

本研究使用的课程设置或本科培养方案都选取于学院官方网站。研究对这些数据进行了统计分析。本研究不再分析通识课程，主要聚焦专业课程设置，为院校的专业培养方案修订提供参考和建议。

二、专业课程设置对比

（一）地理科学类课程

“自然地理学”和“人文地理学”是地理科学类本科生必学的课程，中美大学的GIS专业都开设置了这两类课程（见表1）。但是关于部门自然地理的内容，包括地貌学、气候学、水文学等课程每所学校开设的深度不同。南京师范大学单独开设了“普通地质学”“地貌学”“气象与气候学”“水文与水资源学”等主干课，基本涵盖了部门地理的大多数相关课程。武汉大学开设了“地质与地貌学”“自然资源与区域发展”等课程。相对国内大学的地理科学类课程的数量，国外的两所大学提供了海量课程供选择，显示了雄厚的研究实力。不过这些课程只要求学生根据导师建议选择其中1—2门即可。圣芭芭拉分校开设了21门自然地理学和12门人文地理学相关课程。马里兰大学也开设了数门自然地理学和人文地理学的高级课程。虽然GIS专业与地理科学专业有差异，前者更侧重信息科学，但是地理科学类课程对于培养学生的地学思维，建立科学素养非常有帮助。因此，国内大学可以结合研究或地域特色扩展1—2门地理科学类课程。

（二）地理信息系统类课程

地理信息系统是在计算机系统支持下对地理数据进行采集，存储和分析的技术系统，是使用信息科学进行地理科学研究^［5］。中美四所高校都开设了“地理信息系统导论”“计算机地图学”“地理信息系统算法基础”“空间分析”以及“地图设计和地理可视化”等地理信息系统主干课程。体现了最新信息技术发展的“时空大数据分析”“空间人工智能”等课程也已经出现在国内外的培养方案上（见表1）。在地理信息系统类核心主干课程设置上，国内外差异较小，从根本上保证了GIS专业的培养质量。

（三）遥感科学类课程

遥感科学与技术是GIS的主要研究手段。中美高校都开设了遥感类课程，课时都非常充足。遥感主干课程的名称不同，比如马里兰大学叫“对地观测科学导论”，圣芭芭拉分校叫“环境遥感”。国内高校一般叫作“遥感概论”，都讲述遥感科学相关的基本概念和原理，涵盖了多光谱和高光谱遥感、热红外遥感，微波与激光雷达遥感等相关知识。圣芭芭拉分校的GIS专业专门开设了航空摄影与遥感的方向，3门遥感课程分别是环境遥感1、2、3。其中环境遥感1主要讲述遥感科学的基本概念和应用；环境遥感2主要讲述传统的遥感图像处理的原理和方法；环境遥感 3主要讲述先进的遥感应用技术等。国内的南京师范大学院除了“遥感导论”以外，同样也开设“遥感地学分析”等课程。中美高校遥感科学类课程的设置差异不大，保证了学生今后从事GIS研究的基本能力。

（四）计算机科学类课程

计算机科学类课程的开设数量和质量对于GIS专业学生的实践能力培养非常重要，是学生毕业以后能否胜任信息技术（IT）行业工作的关键。除了公共基础课“计算机基础”外，中美院校都开设了计算机应用和软件开发两类计算机科学课程。比如“面向对象程序设计”“Python空间数据处理”“空间数据库”“网络地理信息系统”“移动地理信息系统”等课程。体现了信息科学的特色。此外，也有诸如“地理信息系统设计与应用”“地理信息系统工程与管理”等偏重软件工程与软件管理类课程，可以直接为产业界培养人才。由于计算机、软件、互联网技术飞速发展，各院校近年来已开设了“人工智能”“机器学习”等相关课程，可以说在计算机类课程方面，国内外大学的理念是同样先进的。为了可以直接对接产业，国内两所院校的计算机类细分课程甚至多于美国的两所大学（见表1），在本科阶段加强锻炼学生的实践能力，满足国家的建设需求。

三、对地理信息科学课程设置的启示与建议

（一）分方向培养是趋势

GIS是交叉前沿学科，学生毕业可以从事科学研究，区域规划或者直接进入IT行业进行软件开发和项目管理。不同领域对学生能力和素养的要求不一样。比如IT行业需要较强的软件开发技能。GIS专业对学生进行分方向培养，可以有针对性引导学生根据自身兴趣去专注学习。圣芭芭拉分校三个方向分别是“航空摄影和遥感类（方向1）”“地理信息系统和制图学类（方向2）”和“定量技术和理论方法类（方向3）”。方向1和方向2是大多数院校开设的常规方向，方向3侧重地理科学里面的计量地理学和区位理论。武汉大学分2个方向，分别是“地理信息科学（方向1）”和“地理信息科学：数字地图与空间信息工程（方向2）”，其中方向1是以地理信息应用和空间分析为主，方向2则以软件开发为主，开设了较多程序设计课程。南京师范大学分3个方向，其中“GIS理论与方法（方向1）”偏重应用分析，而“GIS技术与开发（方向2）”和“GIS工程与应用（方向3）”都是面向IT产业的教学内容。国内高校开设较多应用开发类课程可以帮助学生尽快适应行业需求，对就业很有帮助。当然，高水平大学因为招生规模和师资的优势，分方向培养不存在难度。对于国内还不具备分方向培养的高校，可以从课程设置上软性区分，通过教师引导和开设选修课的方式明晰方向，让不同类型的学生都可以找到适合自我发展的专业课程。

（二）加强人文地理类课程

美国大学GIS专业对人文地理类的课程非常重视。圣芭芭拉分校除了“人文地理学导论”以外，还提供了多达12门人文地理类课程供学生选修，比如“健康地理”“城市地理”“人口与发展”“交通规划与建模”等，涵盖了城市、交通、人口、健康、经济等各个方面。马里兰大学开设了人文地理学类的高级课程，深入讨论社会、经济、文化、政治中的重大问题。比如讨论全球问题的“当今世界：全球视角”，讨论发展中国家问题的“发展地理学：环境与社会正义”。国内大学开设的地理科学类课程主要还是以自然地理类课程为主，针对人文地理学类的课程扩展不多。人文地理学研究各种社会经济活动，对国家建设、经济规划以及解决社会问题起到重要作用^［6］。未来GIS专业的培养方案中应增加人文地理学类课程，让学生建立宏观视野。

（三）加强区域地理类课程

美国大学比较重视使用GIS进行区域地理问题的研究，开设了多门区域地理课程。比如圣芭芭拉分校开设有“加州地理”“美国地理”“欧洲地理”等区域地理类课程。马里兰大学开设了“撒哈拉以南非洲地理”“拉丁美洲和美国的移民”等课程，令人惊讶地还开设了一门“中国地理”课程。这些区域地理课程集中反映了学校的研究兴趣，聚焦的地区大多是美国周边国家或者世界的热点区域。虽然区域地理仍是传统地理科学类课程，但是使用信息科学的手段进行分析和研究，会发现很多有意思的新结论。我国正在开展“一带一路”建设，构建中国和阿拉伯国家命运共同体等一系列的建设。国内高校可以开设一些与中亚地区和中东地区相关的区域地理课程，让学生及早对当地的自然和人文特征有所了解。

（四）加强学术写作课程

在科研活动中，论文或专著是将研究结果与同行交流是最重要的途径之一，所以学术写作能力也是大学生应该培养的基本素养。国内院校较少在本科阶段开设规范的学术写作课程，英文学术写作课程就更为少见，公共基础课开设的英文写作和学术写作差别非常大，不能适应科学研究的需要。相比之下，美国大学很重视学术写作，马里兰大学在第一学期就开设了学术写作课程，而圣芭芭拉分校的通识教育课程要求针对特定专业进行写作训练。国内的两所高水平院校都是以选修课的方式开设科技论文写作，比如武汉大学开设了“地理信息专业英语阅读与写作”，南京师范大学开设了“科技论文写作”。但相当多的普通院校一般只开设科技文献阅读，针对科技论文写作的相关课程较少，这是应该加强的。现在很多学生毕业后考研，会在研究生阶段开展科学研究，高校应及早开设相关课程，可以使学生尽快适应科研节奏，收获更多的研究成果。

四、结语

文章通过对比研究，系统地分析中美四所高水平大学在GIS专业课程设置中的异同。结果表明，中美高水平大学在地理信息系统类，遥感科学类和计算机科学类等主干课程设置差别不大。国内院校更重视应用和开发类的课程，与我国当前正在以信息技术为主进行高科技产业建设关系密切，实践动手能力强学生更容易就业。而美国院校比较重视地理问题的研究，设置了更多的人文地理类课程，区域地理类课程以及科学研究类课程。国内开设GIS专业的院校，可以借鉴这些高水平大学课程设置的优点，结合自身实际，优化修改培养方案，使学生既能得到技术能力的训练，又能够以更宏观和开阔的视野去看待经济社会面临的问题和挑战。

参考文献：

［1］ 张康聪. 地理信息系统导论：原著第九版［M］. 北京：科学出版社，2019.

［2］ 阳光高考咨询平台［EB/OL］. （2023-01-31）. https：//gaokao.chsi.com.cn/zyk/zybk/ksyxPage？specId=73383932.

［3］ 卿凤，张红，徐柱. 美国GIS专业名校课程设置比较研究［J］. 地理信息世界，2018，25（05）：7.

［4］ 黄秋燕，邓树林，邓兴礼，等. 中美地理信息科学专业本科课程设置比较分析［J］. 南宁师范大学学报（自然科学版），2019，36（04）：120-129.

［5］ 汤国安. 地理信息系统教程［M］. 北京：高等教育出版社，2007.

［6］ 赵荣，王恩涌，张小林，等. 人文地理学：第二版［M］. 北京：高等教育出版社，2006.

（荐稿人：王金鑫，郑州大学地球科学与技术学院教授）

（责任编辑：莫唯然）

基金项目：郑州大学教学改革研究与实践项目“中美高水平大學地理信息科学本科专业课程设置差异与启示”（项目编号：20 21ZZUJGLX173）。

作者简介：贺添（1977—），男，博士，郑州大学地球科学与技术学院讲师，研究方向为地图学与地理信息系统；周书贵（1990—），男，博士，郑州大学地球科学与技术学院讲师，研究方向为地图学与地理信息系统；彭晶晶（1988—），女，硕士，郑州大学地球科学与技术学院助理工程师，研究方向为地图学与地理信息系统。