基于GIS开发竞赛获奖作品的人才培养分析

0  引  言

地理信息科学专业建设具有与地理学其他专业不同的特征是它的技术性，即通过运用地理信息技术解决地理相关问题。因此，地理信息科学专业将熟练使用地理信息系统（GIS）相关软件，分析和解决地理问题作为人才培养的目标之一。在人才培养中，GIS专业竞赛是重要的途径之一，相关竞赛受到越来越多的高校重视。

近年来，针对GIS竞赛与教育教学关系的研究也开展起来，涉及方面包括GIS 竞赛与课程体系建设、实践课程建设、GIS竞赛与人才培养模式以及人才质量和就业的影响，通过分析参加竞赛学生的表现，反映出课程体系和实践课程建设方面的问题等。竞赛在提高学生操作技能和学习兴趣、提升学生就业核心竞争力等方面具有明显的促进作用。GIS竞赛成为在校学生重要的课外活动之一，也对GIS软件学习具有应用示范作用。

国内主要有4个GIS软件开发竞赛：易智瑞（原ESRI）杯中国大学生GIS软件开发大赛、SuperMap杯全国高校GIS大赛、全国高校GIS技能大赛和全国大学生GIS技能大赛。这些竞赛均举办多年，每个竞赛的侧重点不同，竞赛分组也有差异。各竞赛都设置不同层次竞赛单元或组别，吸引数量众多的不同层次大学生参加竞赛。

易智瑞杯中国大学生GIS软件开发大赛已经举办了17年。其中GIS应用开发组（C组）是自2004年以来一直保留的竞赛组。根据2021年的竞赛规则，该组“采用应用系统开发的方式，以利用GIS技术解决实际问题为主线，综合考察参赛团队和个人的发现问题、分析问题、解决问题能力；系统设计、开发能力；新技术探索应用能力；GIS 技术综合应用能力；项目管理能力；成果交付能力等。” 据不完全统计，自2004年首届竞赛开始，仅参加 GIS 应用开发组竞赛的就有学生9609人，指导教师2937人次，参与院校达到2842校次。共有182个作品获奖，获奖学生631人，获奖院校63个（148校次），获奖作品指导教师136人（206人次）。

2008—2020年的13年中，易智瑞杯 C 组的获奖作品共计138个，奖项包括特等奖、一等奖、二等奖和三等奖。本文通过梳理2008年以来的获奖作品，从应用领域和软件使用情况等方面分析获奖作品，以期分析学生对应用领域的认识、软件运用能力、知识结构以及新技术敏感性等人才培养方面的问题。

1  获奖作品分析

分析统计获奖作品的所属领域、GIS软件功能使用情况、新增功能以及特殊功能使用情况等4个方面的内容。其中特殊功能指由学生自行开发或借助其他软件实现的功能。

1.1 应用领域

138个获奖作品涉及36个应用领域，各主要应用领域都有作品分布（图1）。另外，只有1个获奖作品的应用领域包括：大众服务、仓储、扶贫、公安、公交、规划、国防、就业、气象、社区管理、石油、通讯、体育、文媒、娱乐、渔业和资源等。

图 1  获奖作品涉及的主要应用领域

Fig.1 The main application fields of the award-winning works

作品研究的应用问题涉及环境方面的最多，占获奖作品数量的12%，主要解决的应用问题如环境污染模拟、大气污染扩散模拟、水环境分析等。其次为交通领域和社交领域，各占 7%，交通领域主要解决的应用问题如实时路况智能交通、出租车交通调度、街区路网优化等；社交领域的作品主要是应用大数据分析方法开展外卖订单数据分析、社交媒体时空模型、微博分析等。社交领域的作品均为2013年以后的。

1.2 软件功能使用情况

C 组的作品是开发一个解决实际问题的应用系统，核心是ArcGIS 的二次开发，作品中需含有GIS的若干基本功能，也要有解决具体应用问题的特殊功能。在分析获奖作品时，进行了每个作品使用ArcGIS软件功能的统计（图2）。全部作品使用的软件功能共31种，使用率以管理和查询功能最高，100% 的作品使用了数据管理功能，其次为属性查询功能数量占比为65%，空间查询功能62%，空间数据浏览功能31%。作品使用可视化功能的占比也较高，其中三维可视化 29%，二维可视化21%。作品空间分析功能中最短路径分析功能的使用率最高 34%，其次为叠加分析功能25%。

图 2  使用 GIS 软件功能情况

Fig.2 Use of GIS software functions

1.3 新增功能使用情况

近十余年也是GIS技术快速发展的时期，为了满足应用需求，GIS软件更新速度也很快，2008年ArcGIS9.3、 2009年ArcGIS9.3.1、2010年ArcGIS10.0软件之后， 2012—2019年更新了7次版本。每次版本的更新都增加了新的功能。每年的竞赛易智瑞公司均提供了新的版本，鼓励参赛作品使用新功能。本文统计了获奖作品中使用新增功能的情况（表1）。2014年以前，获奖作品对软件新增功能的跟进速度比较快，大约在新功能发表后的0.5～1年内使用。2014—2020 年，虽然软件更新了5个版本，但新增功能未在获奖作品中体现。

表 1 作品中 ArcGIS 软件新增功能使用情况

Tab.1 The usage of new functions of ArcGIS

1.4 特殊功能使用情况

获奖作品的特殊功能指学生通过自己编程或使用开源和其他软件开发的功能。C组作品是开发解决具体应用问题的地理信息系统，特殊功能主要是使用专业技术方法或模型。此外，还要按照网络通信、大数据分析、人工智能、游戏视频和其他功能分别统计（图3）。

图 3  特殊功能使用情况

Fig.3 Usage of special functions

62% 的获奖作品都自行开发了专业软件，主要是解决作品中应用问题的模型或方法，如水动力模型、模糊综合评价模型、气旋移动分析等。另外，有21%的作品引入了大数据分析方法，有19%的作品开发或引入了网络通信技术，10% 的作品引入了人工智能技术，有3%的作品引入了游戏视频技术，有29%的技术引入了虚拟现实、网络购物平台、动画等其他技术。2014年以后的作品中出现了使用开源等软件资源实现统计分析等GIS软件已有功能的现象。

2  作品反映的 GIS 人才培养相关问题

在GIS竞赛中，应用开发组的竞赛要求是自选题目、自己设计系统功能和提出应用问题的解决方案，因此能够比较全面地考核学生对GIS技术方法和问题的理解能力。另外能够获奖的466位学生大多是对GIS感兴趣，对GIS技术较为敏感并且技术能力全面的优秀学生。138个获奖作品出自61个不同层次和特点的高等院校，作品的时间（2008—2020 年）是我国GIS本科专业稳步发展的阶段。获奖作品能够从一定程度上反映出我国高校GIS人才培养的特点和问题。

1）受所属院校、学科和社会热点影响大，对新技术敏感。作品的应用领域总体上以传统领域为主，如环境、交通、水利、海洋、灾害应急、测绘、林业、旅游、地矿、农业等，占作品数量的56%，这些领域与学生所属学科和院校密切相关。另外，GIS 校园应用一直是学生感兴趣的领域，有8个获奖作品，占获奖作品总数的6%。新兴的应用领域如社交、文化、电子商务、房地产等也引起学生的关注，占作品数量的25%（表2）。2013年，作品中就开始进行微博、POI等大数据应用系统开发。2014年获奖作品中出现人工智能技术，这两年正是大数据和人工智能等技术被互联网关注的时期，反映出学生对新技术的敏感，同时受到网络热点话题的影响也比较大。

表 2  新兴应用领域获奖作品数量占比

Tab.2 Proportion of award-winning works in emerging application fields

2）实践教学提升了学生GIS基本运用能力，培养出达到一定标准的GIS人才。在作品 GIS 功能统计中，经典功能使用量大，数据管理和查询功能使用率 >50%，浏览、可视化和路径分析等功能使用率>30%，叠加分析、缓冲区分析和热点分析等功能的使用率>20%。这些基本功能的使用也是GIS实践课程的重点内容，反映出学生普遍掌握了GIS基本软件操作方法，能够运用基本功能开展应用。经过多年的专业建设，GIS人才培养到达了一定标准，能够满足普通应用的要求。

GIS专业软件，如 ArcGIS软件，是培养学生实践能力的重要途径。在 2013 年以前，作品迅速跟进使用软件新功能，新版本的新增功能在发布0.5～1年即被竞赛作品使用，反映出学生对软件更新的跟进较为迅速，对软件的发展给予的关注度高。

3）理工科思路，缺乏人文视角。从作品的应用领域和使用方法分析，总体上，作品多属于自然科学领域，人文社会科学领域作品仅占17.5%，如果将大数据分析的10个作品归类为社会科学领域，则占25%。目前缺乏人口、经济、社会问题、宗教、民族、城市等应用领域的作品。使用的研究方法或指标均为自然科学方法，缺乏人文和社会经济的研究视角，作品中未见如空间交互分析、均值中心等社会经济常用的方法和指标，反映出学生知识面在人文和社会经济方面相对缺乏，知识体系不够完整，局限性比较明显。

4）开源软件等使用比例大幅度增加，出现“去GIS”的倾向。在作品中使用其他软件资源如开源软件、其他工具软件，或自行编程实现系统功能的比例近年来大幅度提升（表3）。将作品以2014年为界分别统计，2014—2020年，共有获奖作品71个，使用大数据分析技术的29个占 41%，人工智能技术占20%，使用其他非GIS软件技术占48%，使用e网络通信技术和游戏视频技术，分别占20%和1%。2008—2013年共有作品67个，使用网络通信技术的12个作品占18%，使用游戏视频技术占3%，使用其他非GIS软件技术占25%。

表 3  2014 年前后使用第三方软件（或开发）的作品数量对比

Tab.3 Comparison of the number of award-winning works using t hird-party software (or development) around 2014

值得注意的是，2014 年以后GIS软件新版本的新增技术（功能）没有在作品中体现。ArcGIS2016版本10.5提供了地理大数据分析功能 , 但获奖作品均未使用该功能，而是使用其他软件资源实现作品中的大数据分析。2014年以后的作品在使用第三方软件（或自行开发）其他功能的占比较2014年以前有大幅度提升（提升23%），这部分功能中包括ArcGIS已有功能，如统计分析、统计图表、三维可视化等。这些作品没有直接调用软件自带的功能，而是选择第三方软件嵌入开发，出现了“去 GIS”的倾向，反映出GIS专业软件不是学生学习和使用的唯一途径。GIS技术已经成为IT的一部分，相关的网络资源越来越丰富，GIS的专业性门槛逐渐降低，逐渐走向大众化。

3 结束语

经过20余年的建设，我国GIS本科教育取得了很大的成绩。GIS开发竞赛的获奖作品反映出学生掌握了GIS基本技能和应用方法，熟悉与本专业相关的应用领域问题的解决方案，对于社会热点问题和新技术方法具有敏感性，但也反映出学生GIS方法使用的局限性和解决应用问题思路不够开放等问题。这些问题的产生与目前各院校GIS教学内容和实践教程缺乏更加广泛的专业方法和丰富案例等有关；也反映出学生在GIS专业学习中人文社会方面的教育不足，视野不够开阔。随着 GIS逐步成为IT的一部分，学生学习和使用GIS技术不仅仅依靠专业的软件或平台，为了应对这个发展趋势， GIS专业教育培养模式和课程设置等均需进行调整。

作者简介：刘慧平（1963—），女，北京人，教授，博士，主要从事土地利用覆盖变化监测、城市扩展模式研究、GIS教学等工作

E-mail：hpliu@bnu.edu.cn

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