数智赋能视角下GIS开发课程“产教创”三位一体教学模式研究

河北工程技术学院,河北石家庄  050091 韩冰  孟洁  赵云平  于录  李笑萌  路爽

摘要：在数智技术迅猛发展的时代背景下，GIS开发领域对创新人才的需求日益迫切。传统教学模式难以满足行业对人才实践能力与创新素养的要求，本研究聚焦数智赋能视角下GIS开发课程“产教创”三位一体教学模式的构建。通过整合产业需求、教育教学与创新创业资源，设计“基础技能训练—专项能力提升—综合创新实践”的三阶课程体系，并引入企业导师双轨制、动态评价体系等创新机制。实践表明，该模式显著提升了学生的就业竞争力，为同类高校GIS开发人才培养提供了可复制的改革范式。

关键词：数智赋能；GIS开发课程；产教创三位一体；教学模式创新

引言：

随着大数据、云计算、人工智能等数智技术的深度融合，GIS开发正经历从传统空间数据处理向智能空间决策的范式转变。以智慧城市为例，GIS技术已渗透至城市规划、交通管理、环境监测等核心领域，中建三局在智慧校园建设项目中通过GIS平台整合建筑能耗数据、人员流动轨迹与空间使用效率，实现校园管理的智能化决策。这种变革对GIS开发人才提出了更高要求，不仅需要掌握WebGIS开发、三维建模等核心技术，还需具备跨学科知识整合能力与解决实际问题的创新思维。然而，传统教学模式存在课程内容滞后、实践教学与产业需求脱节、评价体系单一等问题，导致毕业生在就业市场中面临“技术够用但创新不足”的困境。在此背景下，构建“产教创”三位一体教学模式成为破解人才培养与产业需求错位的关键路径。

一、传统教学模式的局限性

1.课程内容滞后于技术发展

传统GIS开发课程教学多以教材为核心，内容更新周期长，难以覆盖Cesium三维渲染、AI空间分析等前沿技术。以“国土空间规划信息技术”课程为例，传统教学聚焦于MapGIS、OpenLayers等工具的基础功能演示，缺乏对数字孪生城市、实时空间决策等新兴场景的案例解析。调研显示，63%的学生认为课程内容与行业实际需求存在显著差距，导致其在参与企业项目时需重新学习30%以上的技术栈。

2.实践教学与产业需求脱节

高校GIS开发实践多采用虚拟项目，如“校园地图制作”、“虚拟景区导航”等，而企业真实项目如“地铁通视分析系统开发”则涉及复杂业务逻辑与性能优化，学生完成的课程设计多为功能演示类任务，而企业项目需处理百万级地铁隧道模型的面计算与动态视域更新，技术难度差异显著。此外，高校实训平台多采用单机版GIS软件，难以模拟分布式计算、高并发访问等企业级场景，导致学生缺乏解决实际问题的能力。

3.评价体系单一化

传统GIS开发课程评价以期末考试为主，权重占比达60%以上，侧重于知识记忆与基础操作考核，难以反映学生的实践创新能力。现有评价体系无法体现其在项目协作、问题解决等方面的表现，导致“高分低能”现象普遍。此外，企业反馈显示，高校毕业生在“需求分析能力”“跨学科团队协作”等软技能上的评分较企业培训生偏低，进一步凸显了评价体系改革的紧迫性。

二、数智技术驱动下的GIS开发变革

1.技术架构从二维向多维演进

传统GIS以二维地图为核心，而数智技术推动其向三维、四维空间拓展。例如，Cesium框架支持倾斜摄影模型、BIM数据的实时渲染，结合时间序列分析可模拟城市扩张、交通流量变化等动态过程。例如，城市规划系统通过GIS+AI技术，根据土地用途、生态红线等约束条件，秒级生成多个规划方案，决策效率得以提升。此外，三维GIS与物联网技术的融合，实现了桥梁健康监测、地下管网巡检等场景的智能化管理。

2.数据处理从结构化向非结构化延伸

传统GIS主要处理矢量、栅格等结构化数据，而数智技术使其具备处理社交媒体文本、遥感影像、视频流等非结构化数据的能力。例如，GeoAI算法可自动识别遥感影像中的建筑物、植被等地物，预测山体滑坡概率；NLP技术可解析用户评论中的空间情感倾向，辅助商业选址决策。农业领域通过多光谱遥感数据与AI分析，实时监测作物长势、土壤墒情，结合气象预测生成精准灌溉方案，提升农作物产量。

3.决策模式从经验驱动向数据驱动转型

数智技术使GIS从“辅助决策工具”升级为“智能决策主体”。在灾害管理领域，GeoAI可分析气象数据、植被覆盖与地形，预测火势蔓延路径；灾后通过卫星影像AI解译，快速评估损失并规划救援路线。智慧交通领域，AI+GIS系统可基于历史人流数据预测商业区拥堵热点，动态调整交通信号配时，深圳试点项目使拥堵时长缩短35%。商业领域，零售商利用GIS+AI分析人口密度、消费习惯与竞争对手分布，辅助门店选址，该技术可帮助企业节省运营成本。

三、“产教创”三位一体模式的必要性

1.破解产业需求与教学脱节难题

GIS开发领域技术迭代速度快，企业需求从传统的“地图制作”转向“空间智能决策”，要求人才具备AI算法调优、大数据处理等跨界能力。传统教学模式因缺乏企业参与，导致课程内容与岗位技能要求错位。例如，超图软件调研显示，高校毕业生在“三维模型轻量化加载”“Web Worker多线程开发”等企业级技能上的掌握率不足30%。通过“产教创”模式，企业深度参与人才培养全过程，从课程设计、项目开发到成果评价均融入行业最新标准，确保教学与产业需求同步。

2.构建创新创业教育生态

数智技术降低了GIS开发门槛，学生可通过低代码平台快速实现创意落地。例如，高校学生团队可以利用Cesium开发“河道污染溯源系统”，通过分析水质传感器数据与水流方向，精准定位污染源。然而，创新创业教育需产业资源支撑，如数据接口、算力资源等。“产教创”模式通过共建创新创业平台，整合企业真实项目、政府政策资源与高校科研力量，形成“技术孵化—产品验证—商业推广”的完整链条，显著提升学生创业成功率。

3.促进教育公平与资源优化

传统GIS开发教学依赖高性能计算机、专业软件授权等资源，导致区域间、校际间教育质量差异显著。“产教创”模式通过企业捐赠设备、共享云平台等方式，缩小资源差距。可以校企合作共同建设“GIS开发云实验室”，学生可通过浏览器访问企业级GIS服务器，完成三维建模、空间分析等复杂任务。

四、“产教创”三位一体教学模式构建

1.课程体系重构：三阶能力进阶模型

基于数智技术发展脉络，设计“基础技能层—专项能力层—综合创新层”的递进式课程群。基础层包含HTML5/CSS3网页开发、JavaScript编程逻辑等前端技术，以及PostGIS空间数据库管理、GeoServer地图服务等后端技能，通过“智慧校园能源管理系统开发”等项目强化空间分析与可视化能力；专项能力层聚焦WebGIS开发框架（如Mapbox、OpenLayers）与三维GIS技术（Cesium、Three.js），设置“地铁通视分析系统开发”“城市内涝模拟平台构建”等任务；创新层引入AI辅助编程工具（如Cursor），要求学生运用深度学习模型实现“建筑物高度自动提取”“交通流量智能预测”等创新功能。

2.实践教学创新：真实项目驱动机制

与企业共建“GIS开发项目池”，包含“不动产登记系统升级”“城市交通信号灯优化”等真实任务。采用“企业导师领衔—校内教师辅助—学生分组攻坚”的协作模式，例如在“智慧交通信号灯优化”项目中，企业导师提供历史交通流量数据与业务需求文档，校内教师指导学生运用QGIS进行空间插值分析，学生团队需在4周内完成从数据预处理到控制算法设计的全流程开发，最终方案经企业评估后可直接应用于实际路口。

3.创新创业教育融合：跨学科项目孵化

开设“GIS+X”跨学科课程，如“GIS与流行病学”“GIS与金融风控”，鼓励学生将空间思维应用于医疗、金融等领域。例如，学生团队开发“传染病传播模拟系统”，通过整合人口流动数据与疫情报告，预测病毒传播路径。此外，建立“创业导师库”，邀请企业高管、投资人为学生提供商业计划书撰写、路演技巧等培训，高校可以通过该机制孵化“智慧农业监测”“古建筑保护”等创业项目。

4.教学资源建设：知识图谱与元宇宙融合

采用知识图谱技术重构课程内容，将“国土空间规划信息技术”课程知识点拆解为“前置-关联-后置”逻辑链，并关联慕课、教材、案例库等资源，形成立体化知识体系。例如，学生可通过知识图谱快速定位“空间插值分析”的前置知识（如统计学基础）与后置应用（如交通流量预测），同时利用AI大数据分析学情，教师可实时调整教学策略。此外，构建元宇宙教学空间，支持学生在虚拟环境中漫游鼓浪屿实践基地、操作三维GIS模型，并通过AI智能体答疑解惑。

五、企业导师双轨制、动态评价体系等创新机制

1.企业导师双轨制：激励与成长并重

建立“薪酬激励+职业发展”双轨导师制度，吸引企业技术骨干参与教学。薪酬激励方面，根据导师层级（新员工导师、骨干员工导师）设定差异化津贴标准，津贴占固定工资的15%—20%；职业发展方面，为导师提供管理通道（如项目经理晋升）与技术通道（如首席工程师评聘）双路径，并优先推荐参与行业峰会、技术认证培训。

2.动态评价体系：过程性评价与终结性评价结合

构建“知识掌握度（30%）—技能熟练度（40%）—创新表现度（30%）”的三维评价框架。知识考核采用“随堂测验+期末笔试”形式，重点考察空间统计、网络分析等理论；技能评估引入“企业级测试用例”，例如要求学生在规定时间内完成“基于Cesium的倾斜摄影模型加载与量测”；创新表现通过“专利申请数”“竞赛获奖等级”“创业项目融资额”等量化指标衡量。

3.教学质量监控：多维度反馈与持续改进

建立“学生评教—企业评价—同行评议”三维监控机制。学生评教涵盖教学内容实用性、导师指导有效性等维度，采用匿名问卷与实时反馈平台结合的方式；企业评价重点考察学生岗位适应能力、团队协作水平，由项目负责人根据“新员工离职率”“优秀新员工数量”等指标评分；同行评议通过教学观摩、教案评审等方式进行。

六、总结与展望

数智赋能视角下的“产教创”三位一体模式可显著提升GIS开发人才的培养质量。其核心价值在于构建了“技术迭代—教学更新—产业反馈”的动态闭环：企业真实项目为教学提供技术演进方向，如从二维地图开发向数字孪生城市转型；教学成果通过创新创业平台转化为实际生产力；产业需求则反向推动课程体系优化，例如新增“AI+GIS”融合课程模块。未来研究可进一步探索以下方向：其一，构建“区域—行业—企业”多层级项目资源库，解决中小城市高校项目来源不足问题；其二，开发基于区块链的“技能存证”系统，实现学生学习成果的跨校际认证；其三，研究数智技术对教师角色转型的影响，例如AI助教如何分担基础代码调试工作，使教师更专注于高阶思维培养。通过持续优化“产教创”生态，可为GIS开发领域持续输送更多适应数智时代需求的复合型创新人才。

参考文献：
【1】数智化背景下的教学创新——以品类管理课程为例[J].孙珊.现代职业教育,2024(26)
【2】利益共识：社会建构视角下的校企合作逻辑[J].徐佳虹;王星.社会发展研究,2024(02)
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【5】新工科背景下WebGIS课程思政教学模式探究[J].孙茜;张小虎;艳燕.地理空间信息,2024(02)
【6】基于WebGIS的线上线下混合式课程模式探索[J].赵子辉;刘剋;段龙方;刘原萍.电脑知识与技术,2023(29)
【7】基于OBE理念的学科竞赛与专业教学融合研究——以WebGIS开发课程为例[J].邓凯;杨灿灿;李伟涛;赵明伟.邢台学院学报,2021(03)
【8】云环境下WebGIS实验教学模式改革初探[J].鲁立江;张振国;李新伟;刘吉凯.电脑知识与技术,2020(26)

作者简介：韩冰（1986年3月-），女，汉族，河北藁城人，硕士，讲师，空间信息与数字技术系主任，研究方向：数字化平台、软件测试。
孟洁（1989年11月-），女，汉族，河北石家庄人，硕士，讲师，研究方向：人工智能、软件开发。
赵云平（1990年6月-），女，汉族，河北衡水人，硕士，讲师，研究方向：人工智能、软件测试。
于录（1995年4月-），女，汉族，吉林长春人，硕士，讲师，研究方向：金属材料性能、理论物理。
李笑萌（1999年11月-），女，汉族，河北衡水人，硕士，无，研究方向：遥感图像处理、植被定量遥感。
路爽（1983年10月-）,男，满族，河北承德人，硕士，副教授，研究方向：人工智能与大数据、空间信息开发。