地理信息系统专业人才知识结构体系与素质特征

1、地理信息系统专业人才知识结构体系与素质特征3倪凯鲁铭叶雷张超(华东师范大学资源与环境学院,上海200062摘要文章通过对地理信息系统专业教育发展现状的认识,分析GI S的发展趋势对GI S专业人才知识结构与素质特征的要求,探讨GI S专业人才知识结构体系与素质特征组成。同时,对GI S软件人才培养模式进行分析,探讨当前GI S专业人才培养的模式。关键词地理信息系统专业人才知识结构素质特征中图分类号G641文献标识码A一、地理信息系统专业教育发展综述根据地理信息系统世界杂志的数据库,美国和加拿大的580门教学大纲中至少设立一门独立的GI S课程。据不完全调查,国外约有500多所知名大学开设了GI

2、 S专业与课程,其中美国约有300所大学开设了制图学与GI S方面的课程;加拿大的GI S教育中心(CCGI SE;哥伦比亚技术研究所开设了一个高级GI S培训课程;澳大利亚1992年增长至25个研究院校开设GI S/ L I S课程;日本包括东京大学等近十所大学开设GI S课程等。我国的GI S教育发展非常迅速。20世纪80年代只有几所重点大学开设了GI S相关课程;进入20世纪90年代,全国高校中60%以上的地理系开设了GI S本科课程,80%以上开设了GI S研究生课程;在高等教育体系中,目前约有120多所院校在地理、测绘、制图、环境科学、地质、矿产、大气等专业开设地理信息系统专业课程,

3、形成进修、本科、硕士、博士等系列化人才培养结构。“摄影测量与遥感”、“地图制图学与地理信息工程”、“地图学与地理信息系统”列为硕士、博士专业学科,每年有近百名博士、数百名硕士毕业,充实到社会发展的各行各业。根据GI S软件的发展,中科院、高等院校等教学研究单位不断出版相应的教材、多媒体教学软件,形成了依托中科院地理所与几所重点大学为核心的、有一定规模的GI S教学与研究开发队伍。二、GI S的发展趋势对GI S专业人才知识结构与素质特征的要求总的来说,GI S这种新型的地学研究技术自20世纪60年代以来,广泛应用于社会的各个领域,并成为当代地理科学发展的强有力的技术支持。我们试图从空间信息处理

4、的角度出发,将GI S近40年的发展与对未来的趋势预测,划分为空间信息的管理(20世纪6080年代、分析(20世纪90年代初、模拟(20世纪90年代中后期、调控(2000年以后与融入生活(未来等五个阶段(见下表1,从中寻找出各阶段人才培养的社会需求变化。如表1所示:3收稿日期20060110资助项目世行贷款高等理工科教育教学改革项目(项目编号:1283B050521作者简介倪凯(1968-男,江苏泰兴人,博士研究生,主要从事地理信息系统、城市地理与GI S等研究1表1GI S的发展过程时间标志空间/属性,矢量/栅格数据库管理空间关系分析(叠置、不规则三角网、网络专业模型(水文、生态、环境、城市

5、空间信息模型(空间相互作用、时空虚拟现实(遥感处理与多维建模网络与通信(有线/无线6080年代(管理CGI SARC/I N F O(简单90年代初期(分析专业研究用户(外挂90年代中后期(模拟Good ChildFischer,Haining,FothringhamOpenshow等(外挂(外挂(简单215维、3维2000年以后(调控区域系统可持续发展调控空间信息分析(模块空间过程模拟模型(模块DE M、DT M与VR ML(模块2155维(网络环境中的数据共享未来(融入生活数字地球时空信息管理多智能体系统(Multi A2gent Syste m,MAS模型算法集虚拟地理环境分布式跨平台互

6、操作认识模拟、预测仿真交流地理信息科学从表1中不难看出,GI S的社会需求已从单一的地学领域逐渐扩展到信息科学、系统工程与人工智能领域,从简单的空间分析辅助工具逐渐演变为一种将影响社会发展与进步的边缘科学分支。在未来的GI S研究与开发领域中,GI S作为认识、再现客观世界地理要素的可视化系统,将更多地演化为模拟、预测、仿真,甚至实现跨国界、跨语言的人-机交流系统。对于我国GI S专业的教学改革来说,我们不能不充分认识到GI S发展的巨大潜力。尤其是进入空间信息调控(2000年以后时期以后,随着计算机图形学、GI S与传统数据库的紧密集成的飞速发展,虚拟现实技术已经走向成熟,不仅可制作2155

7、维的地图,还可进行飞行模拟、多视角可视化;与此同时,随着I ntnernet与I ntranet在全球范围的全面推广,网络、通信与GI S技术进行了有机融合,其中有代表性的是ESR I提出的g1net架构,使分布式网络中的数据共享成为可能。此时对GI S的研究,除了传统地学领域的内容外,增加了许多信息技术领域的新知识点,比如多媒体、数据库、网络与通信等。此时的GI S专业人才的社会除仍需要那些传统意义的操作人员、二次开发与系统维护人员外,更多的计算机专业人员进入GI S研究与开发领域。如何融入软件工程的观点审视GI S的新特点,逐渐成为这一时期研究的热点与主题,也成为高层次人才培养中力图创新的

8、一个领域,在全国GI S专业研究生的招生考试中大范围出现算法、数据结构、计算机语言等考试课程。此时,对GI S专业人才的培养体系已经开始走向分化与重组,全国的重点院校依据各自特色,也相继推出自己的人才培养方案。但以什么样的统一的体系结构来建设GI S专业人才梯队,仍是一个悬而未决的问题。我们对未来GI S融入生活的发展趋势预测实质上包含了两层含义,一方面GI S以大平台、海量数据库建设、地理环境的可视化再现与地理过程的模拟与仿真等功能与特色,在数字地球、国家、地区的大系统集成与工程建设中继续发挥其不可替代的空间信息处理的核心作用;另一方面,GI S将通过嵌入式系统、W eb/WAP发布等方式与

9、无线通信、宽带网等城市信息化建设项目紧密结合,逐渐进入千家万户,为普通百姓随时、随地提供一种跨越时空的空间信息获取工具。认识地球、对地球空间过程的模拟与预测、通过虚拟方式实现地理环境的全面仿真、建立一种新的人与人、人与地理环境关系的交流手段将成为今后GI S面向生活的新特点。通过对不同发展阶段社会对GI S专业人才需求的解释与引申,不难发现,尽快研究确定出一套完整的人才知识体系与素质特征组成,是摆在GI S教育领域中一个十分迫切的课题。如何理解与建设好统一的人才培养体系,将成为全国开设GI S专业院校共同的任务。三、GI S专业人才知识结构体系与素质特征组成以社会的需求来引导人才的培养,这是教

10、育产业化的宗旨与核心。由于社会对GI S专业人员的需求并不完全相同,所以必须培养不同层次的GI S专业人员以适应社会的不同需求。我们根据多年从事相关工作的经验,提出从GI S操作员(操作运用GI S软件GI S程序员(维护工程师:建设、维护GI S系统GI S网络工程师(设计、研制GI S网络GI S系统分析员(研究、分析GI S平台的自下而上的四层金字塔型培养层次。结合高等教育体系中的GI S教育实际,现阶段提出这样一种人才培养层次结构与培养目标是否现实?其中的一个大问题就是采用什么样的GI S软件来学习、实践相关理论、方法与技术,运用什么样的软件进行二次开发、工程应用与内核研究。目前GI

11、S操作员与GI S程序员的知识与能力培养还可暂且依赖商业化GI S软件。但由于商业化GI S软件内核的保密,以及大多数商业化GI S软件运行于微软操作系统中这样的限制,直接导致GI S高层次人才培养中的种种限制,缺乏研究性软件与所需的参考资料,更不可能提高人才素质特征培养,这将对中国GI S教育中更高层次人才的培养教育带来一系列非常尖锐的矛盾,尤其表现在软件选型方面。四、GI S专业人才培养中的软件人才培养国外早在20世纪80年代就开始意识到商业化GI S软件对GI S专业人才培养的制约因素,从而开始开发一些Free GI S产品,到目前为止,已经有154种GI S类Free Soft(根据h

12、tt p:/ www1freegis1org统计,其中有:基础GI S平台6种,可视化工具34种,GPS应用软件18种,能实现交互实现的GI S软件32种,支持W eb发布的GI S软件与工具14种,具有遥感图像处理功能的6种,GI S数据格式转换软件19种,支持飞行模拟的GI S软件与工具4种,投影变换软件8种,模型插件8种以及50种其它工具。(以上统计数据中有交叉在这154种软件中有5种可运行于微软平台:GRASS(Geographic Res ource Analysis Support Syste m、GE OT RANS(Geographic Translat or、GPS3D、Fe

13、ral与Survex1。Free GI S是建立在G NU软件的基础上开发研制的GI S平台,它完全遵循G NU规范,保证代码开放与用户的无限复制权与开发、重写等权利。对国外常用的商业化GI S软件进行对比的文章相当多,结论往往是ESR I公司的A rc GI S产品是最好的,其它的均存在各种不足。从种类上来讲,商业GI S软件目前在中国市场上占一定份额的不超过20种,远远少于Free GI S。我们重点对比了商业化GI S软件的代表A rc GI S与Free GI S软件的代表GRASS的某些特性,并将对比分析的结论作为依据提出中国地理教育中GI S软件选型的一些观点。即:在灵活性、操作、

14、(下转第92页7李浩然,雷群芳,王国平1开放实验、开放实验室建设的认识与实践J1化工高等教育,2002(2:37-3918袁力,刘林祥1实验室开放式管理模式的探索与研究J1科技情报开发与经济,2004,14(11:301-30219毕丽娜,邓剑平1探索实践教学培养体系开放实验室培养创新型复合型人才J1实验室研究与探索,2004,23 (7:105-106110赵鹏,谭金芳,彭文博,等1实验室开放的探索与实践J1高等农业教育,2003,10(10:72-73111张天菊1高效实验室全面开放的探讨J1太原理工大学学报(社会科学版,2001,19(2:67-73112陈翠英,潘元胜1实验教学开放模式

15、的探索J1实验室研究与探索,1999(1:5-7113陆嘉星,戴立益,高剑南1站在21世纪高地构建开放式、探究式的化学实验教学新体系J1高等理科教育,2000 (3:90-92114冯莉,孙康,李保民1化学实验课开放式教学的实践与思考J1煤炭高等教育,2001(6:76-77115路丽华,李晓晔,尉琳琳,等1化学实验进行开放式教学的研究J1山西医科大学学报(基础医学教育版,2004, 6(3:288-289116罗旭阳,王建辉,刘在群,等1谈有机化学实验中的开放实验模式J1大学化学,2002,17(5:13-15117程文堂,任玉杰,杨从贵,等1大规模开放式基础化学实验教学的探索与实践J1实验

16、技术与管理,2001,18 (2:104-107118聂建校,方唏1专业课实验实行开放式教学探讨J1高等建筑教育,2000,36(3:52-53119罗为人,马露明,吴永红,等1独立设课,开展科研,提高实验教学质量J1高等建筑教育,1998(4:38-39120谭砂砾1开放环境监测实验室教学与管理模式探讨J1中国教育导刊,2004(9:27-28121吴峰,肖玫,张琳,等1环境化学实验教学综合改革及其实践J1实验室研究与探索,2003,22(5:172-175122谢晓梅,王凤平,汤曙明,等1现代实验教学中心的建设思路与运行模式J1实验室研究与探索,2005,24(2:第103-105,114

17、页123谢晓梅,张建英1环境化学实验教学体系的改革与创新J1实验室研究与探索,2006,25(1:79-811(上接第43页数据库支持、培训与服务等8项指标中充分展示了商业化GI S的优越性;但在价格、模型支持、数据格式与标准支持等7项指标中GRASS占优势;从GI S平台的功能性等考察,基本相当;从二次开发角度讲目前A rc GI S因其良好的售后服务占据了主动。由此可见,对于中国地理GI S专业人才的培养过程来讲,培养GI S操作员与GI S程序员层次的人才,现阶段仍采用微软操作系统与商业化GI S软件是一个快捷、有效的途径;但对于GI S网络工程师与GI S系统分析员来讲,G NU的L inux与Free GI S软件将是我们最好的选择。综上所述,我们对地理信息系统专业人才知识结构体系与素质特征的认识是从市场需求出发,通过GI S的发展历程对人才培养的方式进行差异分析,提出了分层次、分目标的金字塔型人才培养体系结构,并明确了各层次人才的知识结构组成与