人工智能下的測繪工程教育改革

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摘要:人工智能技術發展至今，已掀起了第三次浪潮。人工智能時代的到來必將推動測繪工程教育的改革。本文從人工智能技術的發展歷程出發，闡述了人工智能在測繪行業的應用現狀和發展趨勢，分析了人工智能對教育行業的影響，探討了人工智能與高等教育相結合的應用前景。結合測繪工程高等教育的現狀，分別從培養理念、知識結構、教學方法和創新能力4個方面構建了人工智能時代測繪工程專業的教育改革體系，為探索我國測繪工程高等教育同人工智能的深度融合提供理論參考和經驗借鑒。

關鍵詞:人工智能;測繪工程;高等教育;教育改革;改革體系

“如果一臺機器能夠與人展開對話，對話者分辨不出對方是人或機器，那么這臺機器就具有智能”［1］，這是著名的“圖靈測試”對人工智能的經典表述。人工智能(artificialintelligence，AI)是研究開發用于模擬、延伸和擴展的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學［2］。人工智能的發展從1956年達特茅斯會議開始，歷經兩起兩落，自2013年起，以深層神經網絡算法為代表的機器學習方法在大數據和GPU(graphicsprocessingunit)應用發展的技術背景下，迎來了人工智能研究的第三次高潮，產生了智能城市、智能經濟、智能制造、智能醫療、智能家居、智能駕駛等宏觀到微觀的智能化新需求，人類社會逐漸步入人工智能時代。人工智能的高速發展必將推動測繪高等教育進行改革，人工智能技術與學校教育融合是人工智能時代的必然要求，為個性化和個別化學習的實現提供技術保障，成為高等教育發展的重要推動力。如何抓住人工智能發展機遇促進測繪工程高等教育的創新和發展，是一個需要深入研究的問題。本文以人工智能技術為導向，闡述該技術的發展趨勢，分析人工智能與教育相結合的研究現狀，探討人工智能技術在測繪工程領域的應用前景。結合測繪工程專業的現狀，分析人工智能時代背景下測繪工程專業的發展特點，對探索人工智能與測繪工程高等教育的深入結合具有重要的理論價值和現實意義。

1人工智能的應用與分析

1．1人工智能在測繪中的應用

測繪科學技術歷經傳統的模擬階段、解析階段，由光機電技術、空間技術、傳感器和網絡技術推動產生了數字測繪和信息測繪［3］。隨著測繪地理信息產業的發展，傳統測繪應用領域不斷擴大，如今已涉及陸、海、空、天乃至互聯物聯及人自身等泛測繪領域。個性化、智能化和一體化的測繪服務需求越來越廣泛。人工智能時代是大數據、云計算、移動互聯、物聯網和測繪地理信息行業結合的時代，測繪與時空位置服務的技術、產業形態和商業模式產生了重大機遇與挑戰［4］。智能化測繪裝備的需求在不斷增強，智能測量機器人、全組合智能導航系統、自組網對地感知認知系統等智能測繪硬件和產業的結合已然成為傳統產業升級的風向標［5］。人工智能與地理空間數據的結合越來越密切，利用人工智能的機器學習、模式識別技術對空間數據進行分類，對環境進行感知，對地理空間數據進行智能分析［6］。云端智能數據處理與多學科交叉融合應用更加廣泛，大數據背景下的“云控制”攝影測量，海量點云數據的智能挖掘，數字影像的智能識別等不斷地突破著測繪新技術［7］。位置服務等新的學科內涵依托人工智能技術拓展了測繪工作的內容，無人駕駛、室內測圖、智慧城市等新的領域提供廣泛的測繪需求［5］，新型人工智能企業涉入測繪行業，并進一步發展了如手機測繪、眾包測繪等新的測繪工作內容與工作方式。人工智能技術提高了測量傳感設備的智能性、精確性、實時性和可靠性，傳統艱苦而危險的測繪外業工作，將逐步被智能遙感遙測設備取代。人工智能技術為測繪科學技術建立自動化、智能化、泛在化、實時化處理和應用能力。

1．2人工智能對教育的影響

傳統觀念上，接受教育的主要模式是學生到學校學習教師傳授的知識和技能，但這種模式已越來越難以適應人工智能時代對教育的需求。因為學生僅僅依靠在學校獲取的知識去解決未來問題的可能性已經越來越小，這迫切地要求革新現代教育理念，以與社會需求相適應。文獻［8］把人工智能概括為“深度學習+大數據=人工智能”。將人工智能解釋為通過算法把知識與意義、教育與人性轉化為0與1的二進制代碼，為人們提供學習方案。現階段，深度學習、大數據和云計算成就了人工智能，文字、語音和語義等識別技術的應用，使得規模化的自動批閱和個性化的教學反饋得以實現;慕課、微課、翻轉課堂和個性化教學［9］的交互認知手段，隨時、隨地、隨需、隨變的知識傳播方式正在形成;依托碎片化的教學內容和多媒體重構技術，可隨時產生新的靈感和知識聚焦，擴展了教師的角色。人工智能時代的教與學正在發生著急劇的變化，在知識的集聚與傳授，教學內容的更新與實踐，教學績效的評價與管理等方面都發生了變化［10］。人工智能必將改變現有的教育狀況，高等教育的辦學模式、專業的結構體系、教師的職業標準及教學的內容都將發生變化［11］。

2測繪工程專業教育改革

人工智能的發展推動測繪類高等教育進入了新階段，測繪學科的內涵與外延得到了巨大的拓展，智能化學科內容明顯增多。測繪工程教育將以測繪學、教育學和心理學為基礎，依托互聯網、物聯網、大數據、云計算和腦科學等理論技術，展現出深度學習、人機協同、跨界融合、自主操作、群智開放的新特征［12］。在人工智能的大背景下，測繪工程專業的教育將面臨著大的變革。

2．1培養理念的提升

2．1．1教學中心由教師轉變為學生傳統測繪教育中，教師作為專業知識的主要承載者，占據著教學關系的主導地位，普遍形成了以課堂為理論知識傳播的載體，以實習基地為實踐教學的場所，把知識和技能灌輸給學生，因而難以把握每位學生的認知效果，更談不上創新思維的開發。人工智能時代，依托移動互聯網、云計算、大數據和虛擬現實等技術的實時教學平臺，學生可以隨時隨地、多種方式獲取知識和技能，學生真正成為整個教學關系的中心，而教師則圍繞學生進行教學和指導，起指揮和引導作用，從而增強學生學習的自主性和目標性。

2．1．2整體培養轉變為分層教學精準培養改變傳統以專業、班級為單位的組織形式，借助智慧化的學習平臺，全面、精準地記錄學生的學習狀態和訓練效果，快速、準確地分析各個教學環節的得失，促進教師及時、有效地調整教學策略，以更好地識別和處理學生的個體化需求，實現分層教學和精準培養。

2．1．3知識傳遞向文化傳承創新轉變隨時隨地獲取知識的能力、特定問題的決策能力和解決現實問題的創新能力是人工智能時代教育培養的本質［13］。由于人工智能技術能夠勝任很多人類的體力勞動和部分腦力勞動，測繪工程專業教育的重心將從傳授理論知識和專業技能向挖掘人腦的存量知識和培養創新思維轉變，目的是培養學生不斷探索新領域和新知識的意識，推動教育目標從知識傳遞向文化傳承與創新轉變。

2．2知識結構的調整

2．2．1培養目標的轉變人工智能時代的測繪工程教育將把專業基礎教育同人工智能技術相結合形成新的培養目標。人工智能時代對測繪專業人才的培養，側重既具有測繪地理信息專業基礎，又能夠綜合運用人工智能的理論和技術進行空間數據的采集、處理、分析和應用。

2．2．2課程體系的重構(1)增設智能課程，重構課程類型。教學要緊跟時展，將人工智能類課程引入課堂，同傳統的基礎計算機類課程一樣，成為專業學習的基礎。將傳統的基礎類、專業基礎類和專業核心類課程拓展為通識基礎類、智能基礎類、專業基礎類和專業核心類課程。(2)統籌教學內容，做好層次設計。人工智能理論引領信息技術發展的前沿，人工智能研究帶來的理論成果和技術創新指引著測繪行業應用的洞察力。突出測繪學科各學歷層次課程的重心和特點，做好本科、碩士和博士階段課程內容的規劃，增強各階段教學內容的進階性，避免重復。(3)注重實踐教學，拓展實踐形式。實踐教學是提高人才素質與能力的重要途徑，研究生教育比本科教育更應重視實踐創新能力培養。研究生教育的實踐為更廣義的實踐，包括項目研究、學術論壇、高水平研討、實驗測試等多種形式，在實踐中培養學生的創新意識和創新思維。(4)突出智能特色，重建教學大綱。針對不同階段的人才培養要求編寫合理的教學大綱。根據工程技術應用、科學理論研究等不同出口方向，考慮本、碩、博不同學歷層次人才的需求，結合國家和院校自身在教學、科研和工程應用方面的定位，制定具有學科特色的分階段教學大綱。(5)改革課程考核，重視能力評價。課程考核是目前了解和評價學生課程學習效果的一種有效方法，應注重對學生分析問題和解決問題能力的評價。本科注重基本技能和專業基礎的考查，研究生課程考核關鍵在于對實踐能力和創新思維的考查。對于碩士研究生，多以項目設計的形式，重點考查解決復雜科學和工程問題的能力;對于博士研究生，多以科研學術報告為載體，考查學生對人工智能泛測繪領域的發展現狀和前沿問題的掌握情況和獨立觀點，并鼓勵其物化成果進行學術發表。

2．3教學方法的改革

人工智能以其個性化、游戲化和沉浸式的在線互動教學模式沖擊著傳統的學校課堂，必將迫使教師改進教學模式［14］。以教材、板書和多媒體課件為核心的傳統教學媒介將走下講臺成為輔助教學工具，移動互聯網、線上課堂和虛擬現實等智慧教學平臺將逐步成為主流。

2．3．1課程教學個性化以現階段的慕課、翻轉課堂等作為智能化教學的初級階段，將逐步發展形成智能化的教學載體能為每名學生量身打造個性化的學習平臺。由學生的個人信息、認知特征、學習記錄、位置信息和媒體社交等信息構成數據庫，通過人工智能技術不斷調整優化模型參數構建學生模型。針對學生的個性化需求，實現個性化的學習資源、路徑和服務的推送。課程教學個性化主要服務于課下自主學習、課后作業訓練及師生個體探討等環節。

2．3．2自主在線學習規范化借助計算機和互聯網，開發智慧教學平臺。依據學生的預習、聽課和作業情況對課堂學習效果進行評價，預測未來的學習表現。對于學習高風險的學生給出預警，并根據評價結果推薦個性化的學習內容和方法，提升學習效率。在教學活動結束時提供教學反饋，將個性化、自主化學習規范到日常教學管理工作中，一方面減輕教師的測評負擔，另一方面為教學決策和教學改革提供可靠的依據。

2．3．3虛擬場景實踐教學常態化傳統的測繪實踐教學往往由于時間、空間、儀器設備和學生安全等因素的限制，導致教學實踐項目與教學內容符合程度低，與生產工作需求相脫節。依托于人工智能技術構建的虛擬仿真實踐基地，允許學生靈活安排實踐時間和實踐內容，提供個性化的實踐訓練需求，大大提高學生的實踐參與度和完成度，更加貼合生產一線的實踐內容，克服現實中因實習基地的局限性而影響實習效果的弊端。指導教師運用虛擬實踐教學場景實時地獲取、跟蹤學生的實踐訓練情況，及時制定反饋信息，提高指導效果，保證實踐教學質量，形成虛實結合、優勢互補的實踐教學模式，同時降低實踐教學的經濟成本和安全成本，有利于提高學生的實踐創新能力。

2．4創新能力的培養

人工智能將成為教與學的關系主要因素之一，教與學的關系發展為人工智能與教師、學生三者之間的關系，教師要借助人工智能與學生一起學習，人工智能通過教師與學生之間的交流反饋，進行信息加工分析，為教師獻出教改策略，向學生提供學習建議。在以學生為中心的學習模式下，學生對教師和人工智能提出問題，實現綜合知識和創新能力的提高。

2．4．1教師創新能力提升人工智能時代，教師的一些日常性、重復性、規則性和單調性工作，將由人工智能技術代替。通過自動命題和自動批閱作業發現教學問題，針對學生個體的知識薄弱點提供有效教學資源，達到真正意義上的因材施教。同時，促使教師提高創新能力，改進傳統教學方法，把教學過程中以知識傳授的重心向情感和人格方面轉移，把傳統的“教書”為主轉向新型的“育人”為主，增強教師角色本身的不可替代性。

2．4．2學生創新能力培養創新能力決定了人與學科的生命力。學生天賦的發掘、興趣的激發和創造力的激活在人工智能時代更具一般性。人工智能可以通過構建知識圖譜結合大數據分析，引導學生找準學習定位，發現自身天賦和興趣，以便在擅長的領域發力，進而在最大程度上發散思維，不斷培養創新意識，逐步產生創新思維，最終形成創新能力，從而真正意義上實現創新型人才的培養。

3總結

人工智能時代的到來給測繪行業帶來了前所未有的沖擊和機遇，也必將對測繪高等教育帶來革命性的影響。現代測繪學科已經融入了更多學科的交叉，人工智能技術的應用為測繪工程教育帶了很多創新型的改變，促進了測繪工程教育在培養理念、知識結構、教學方法和創新能力多方面的變革。作為測繪教育工作者應緊跟時代需求，做好充分準備，抓住時代機遇，穩步推動測繪工程教育改革，為我國的高等教育改革與發展作出貢獻。

作者：岳建平 叢康林 單位：河海大學地球科學與工程學院