《空間數(shù)據(jù)庫》課程教學(xué)探討

江瀏光艷

（1.四川師范大學(xué) 地理與資源科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610066；2.四川師范大學(xué) 西南土地資源評價與監(jiān)測教育部重點實驗室，四川 成都 610066）

《空間數(shù)據(jù)庫》課程教學(xué)探討

江瀏光艷1,2

（1.四川師范大學(xué) 地理與資源科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610066；2.四川師范大學(xué) 西南土地資源評價與監(jiān)測教育部重點實驗室，四川 成都 610066）

對《空間數(shù)據(jù)庫》在GIS專業(yè)課程體系中的地位進行了梳理，結(jié)合實際情況完成了課程體系設(shè)計。教學(xué)實踐表明，該課程體系能有效提高學(xué)生動手能力、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)的綜合應(yīng)用能力。

空間數(shù)據(jù)庫；課程；鏈?zhǔn)浇虒W(xué)模式；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

空間數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)實現(xiàn)的基石，空間數(shù)據(jù)存儲、組織與管理是地理信息系統(tǒng)的基本功能之一，近年來，國內(nèi)眾多高校為地理信息科學(xué)相關(guān)專業(yè)陸續(xù)開設(shè)《空間數(shù)據(jù)庫》課程。《空間數(shù)據(jù)庫》是一門綜合性較強的課程，內(nèi)容涉及地理學(xué)、測繪學(xué)和計算機科學(xué)等多學(xué)科。諸多學(xué)者在課程實踐過程中，強調(diào)依據(jù)各自教學(xué)對象以及課程地位進行課程體系設(shè)計[1-4]。我校自2012年新版培養(yǎng)方案制定以來，將《空間數(shù)據(jù)庫》列為地理信息科學(xué)專業(yè)（以下簡稱GIS專業(yè)）第五學(xué)期專業(yè)選修課程，包含理論課48學(xué)時，實驗課24學(xué)時。

1 《空間數(shù)據(jù)庫》課程教學(xué)中存在的問題

通過對國內(nèi)開設(shè)《空間數(shù)據(jù)庫》課程的高校進行比較發(fā)現(xiàn)，《空間數(shù)據(jù)庫》課程缺乏普遍適用的教材，教學(xué)內(nèi)容因校而異，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)重視程度不同，選用的實驗平臺既有共性也有差異，對于實驗與理論教學(xué)結(jié)合問題、與其他課程的銜接問題必須充分考慮。此外，教學(xué)方法和手段也趨于多樣化，科研項目案例式教學(xué)、互動研討式學(xué)習(xí)大行其道。

1.1 教材選用問題

相關(guān)專家對當(dāng)前空間數(shù)據(jù)庫教材進行了對比分析[5-8]，歸納起來，現(xiàn)在的教材選擇方式有兩類，第一類結(jié)合各類型教學(xué)資料進行課程教學(xué)[6,8]；第二類依據(jù)專業(yè)學(xué)科背景選擇主導(dǎo)教材，其中部分高校側(cè)重于原理教學(xué)[7]，另一部分重視技術(shù)實踐[5]。

1.2 教學(xué)內(nèi)容組織問題

不同專業(yè)背景、不同地域的高校各有不同的教學(xué)內(nèi)容組織。以張山山[5]、閆金鳳為代表[9]，確立了以“空間數(shù)據(jù)模型”為基礎(chǔ)，“空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計、建立和應(yīng)用”為重點，“空間索引和空間查詢”為難點，“空間數(shù)據(jù)庫發(fā)展前沿”為拓展的基本教學(xué)框架。張海濤[4]、孫文彬認為應(yīng)對“空間數(shù)據(jù)庫與關(guān)系數(shù)據(jù)庫區(qū)別”部分內(nèi)容加強講解[10]，厘清傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與空間數(shù)據(jù)庫差異，但也要注意避免重復(fù)教學(xué)。

1.3 實驗教學(xué)問題

實驗教學(xué)主要包含兩個方面的問題，一為軟件平臺的選擇，二為教學(xué)任務(wù)安排。從選用平臺來看，較為集中于ArcGIS、Oracle。熊偉[2,11]提出可對開源空間數(shù)據(jù)庫軟件進行借鑒，以降低實驗總體成本，加深抽象理論理解，符合技術(shù)發(fā)展趨勢、提高學(xué)術(shù)創(chuàng)新能力。從教學(xué)任務(wù)內(nèi)容安排來看，閆金鳳安排了以Geodatabase模型為主的系列實驗[9]；熊偉安排了開源軟件支撐下的分階段系列實驗[11]；沈敬偉考慮到多種空間數(shù)據(jù)庫管理方式差異[8]，建立了以空間數(shù)據(jù)管理方式為核心的系列實驗。此外，個別高校還提出了基于集中實踐形式的實驗課程安排[12-13]。

1.4 教學(xué)方法或手段問題

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，教學(xué)方法和手段的選擇趨于多樣化。選用啟發(fā)式、互動式教學(xué)方法，采用文獻閱讀、課后資料查閱等方式鞏固課程知識[6]，增加案例教學(xué)，提高理論結(jié)合實際的教學(xué)效果[11]，項目教學(xué)、集中實踐能有效的培養(yǎng)學(xué)生分析問題及獨立解決問題的能力等[13]。

1.5 與其他課程銜接問題

對于本門課程在GIS專業(yè)課程中的地位問題，張山山[13]、張海濤[4]、閆金鳳[14]進行了討論。閆金鳳[14]提倡使用鏈?zhǔn)浇虒W(xué)模式，即從梳理專業(yè)教學(xué)先后順序入手，共享共建教學(xué)與實驗資源，增強課程后延性。

2 我?！犊臻g數(shù)據(jù)庫》課程教學(xué)體系設(shè)計

2.1 明確《空間數(shù)據(jù)庫》地位

兩組患者術(shù)后呼吸道感染發(fā)生率無統(tǒng)計學(xué)差異。清醒鎮(zhèn)靜麻醉方案保留了患者自主呼吸和生理反射，故沒有患者發(fā)生術(shù)后呼吸道感染癥狀。雖S組患者麻醉后進行了氣管插管和機械通氣，但呼吸道感染的發(fā)生主要與術(shù)中機械通氣及帶管時間相關(guān)。研究中全麻患者機械通氣時間約為2小時，短時間尚不至引起較多患者出現(xiàn)并發(fā)癥。

在課程教學(xué)體系設(shè)計之初，應(yīng)當(dāng)重點考慮課程間的銜接。經(jīng)過梳理得到表1，標(biāo)明了其他課程與本門課程之間的區(qū)別、聯(lián)系。

表1 與《空間數(shù)據(jù)庫》有關(guān)的課程情況一覽表

2.2 教學(xué)對象分析與教學(xué)目標(biāo)的確立

我校的GIS專業(yè)由地理類專業(yè)延伸發(fā)展轉(zhuǎn)變而來，區(qū)別于具有計算機類或測繪類背景的其他高校。通過近幾年畢業(yè)生就業(yè)反饋來看，動手能力、持續(xù)學(xué)習(xí)能力已經(jīng)處于就業(yè)競爭的首要位置?；诖?，課程確立了“以空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計為核心，學(xué)會使用可視化建模工具，具有地理空間數(shù)據(jù)挖掘基本思想，強化地理空間數(shù)據(jù)組織與管理的應(yīng)用實踐”的教學(xué)目標(biāo)。

課程選用了張新長等編著的《地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫》教材，構(gòu)建了如圖1的理論課程教學(xué)結(jié)構(gòu)，加強空間數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用和實踐方面的訓(xùn)練。

圖1 《空間數(shù)據(jù)庫》課程教學(xué)結(jié)構(gòu)圖

2.3 教學(xué)體系框架

依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，確立了教學(xué)體系，包含理論教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)內(nèi)容以及二者之間的關(guān)系，如圖2所示?！犊臻g數(shù)據(jù)庫》的理論教學(xué)分為6個章節(jié)，具體教學(xué)內(nèi)容如下：

1）空間數(shù)據(jù)庫概述。掌握空間數(shù)據(jù)庫的基本概念、發(fā)展歷程及發(fā)展現(xiàn)狀、空間數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)，重點比較傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與空間數(shù)據(jù)庫的區(qū)別。

2）空間數(shù)據(jù)的表達與管理。掌握從地理實體或地理現(xiàn)象到地理數(shù)據(jù)的空間抽象的方法，重點把握地理數(shù)據(jù)的概念模型和邏輯模型，對空間關(guān)系和空間索引部分的難點內(nèi)容深入剖析，以Geodatabase空間數(shù)據(jù)模型為例，加強理論學(xué)習(xí)與實踐操作的聯(lián)系。

3）空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計與建立。講解地理空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計流程，把握面向?qū)ο蠼Ｋ悸?，結(jié)合項目案例，闡述一個完整的地理空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計建立過程，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會查閱相關(guān)的行業(yè)規(guī)范，要求學(xué)生掌握根據(jù)用戶調(diào)研設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫ER圖，并能按照規(guī)范化要求將其關(guān)系化。同時安排學(xué)生分組選題，以一個專題進行空間數(shù)據(jù)建設(shè)的綜合實驗。

4）空間數(shù)據(jù)庫查詢語言。簡短對SQL語句進行回顧，在此基礎(chǔ)之上講解OGIS Simple Feature規(guī)范，進行SQL語句擴展，圍繞經(jīng)典的World數(shù)據(jù)庫設(shè)計若干查詢案例，使用開源軟件Spatialite進行空間數(shù)據(jù)查、插、刪、改等語句講解、演示。

5）空間數(shù)據(jù)挖掘。從傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘的方法手段入手，強調(diào)地理數(shù)據(jù)的特質(zhì)，引入空間數(shù)據(jù)挖掘的相關(guān)概念，要求學(xué)生對計量統(tǒng)計學(xué)中的部分內(nèi)容進行回顧，將空間統(tǒng)計內(nèi)容概念融入到以后的學(xué)習(xí)中。

6）空間數(shù)據(jù)庫發(fā)展前沿。以文獻閱讀，整理專題資料，課堂學(xué)生匯報與教師點評的形式展開，了解空間數(shù)據(jù)庫發(fā)展趨勢，包括GIS互操作、空間數(shù)據(jù)倉庫、智能GIS數(shù)據(jù)庫、Web GIS數(shù)據(jù)庫、基于3G的移動地理信息服務(wù)等，為后續(xù)課程的開展打下基礎(chǔ)。

《空間數(shù)據(jù)庫》的實驗教學(xué)分為7個，根據(jù)與其他課程的關(guān)系，選用了ArcGIS Desktop為主要軟件平臺，輔以ArcGIS Digrammer軟件、Spatialite軟件[15]。具體實驗內(nèi)容如下：

1）實驗一：重點放在不同軟件平臺對于空間數(shù)據(jù)的表達與組織，并以此讓學(xué)生熟悉ArcCatalog的操作。

2）實驗二：掌握Geodatabase數(shù)據(jù)模型中要素集、要素類、對象類、子類型、域和關(guān)系類的創(chuàng)建，能驗證矢量化過程中違反數(shù)據(jù)庫完整性定義的數(shù)據(jù)。

3）實驗三：選用ArcGIS Digrammer講授使用UML進行數(shù)據(jù)庫建模的方式，要求學(xué)生對比實驗二中手動創(chuàng)建過程。

4）實驗四：掌握Geodatabase數(shù)據(jù)模型中拓撲關(guān)系管理與維護方式，能正確選用恰當(dāng)?shù)耐負湟?guī)則對項目數(shù)據(jù)進行檢查。

5）實驗五：選用Spatialite，并與Select By Location方式對比，掌握基本空間函數(shù)，能完成基于空間對象的SQL語句編寫。

6）實驗六：使用人口重心點轉(zhuǎn)移案例，使用點格局的分析思路，講解如何定量刻畫變化規(guī)律，以此掌握空間數(shù)據(jù)挖掘的基本概念。

7）實驗七：空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計與建立綜合實驗，本實驗自理論課第三講后開始，穿插于實驗五和實驗六之間，由學(xué)生分組自主選題，教師指導(dǎo)，要求學(xué)生完成從需求分析到數(shù)據(jù)應(yīng)用分析，一系列的數(shù)據(jù)建庫工作，實驗要求撰寫報告，制作項目PPT，提交UML建模文件、數(shù)據(jù)庫成果等。

圖2 教學(xué)內(nèi)容與實驗內(nèi)容對照關(guān)系圖

3 教學(xué)與實踐總結(jié)

“從前后課程關(guān)系入手，構(gòu)建鏈?zhǔn)浇虒W(xué)模式”的課程教學(xué)體系設(shè)計思路，闡述了作者對《空間數(shù)據(jù)庫》課程教學(xué)的一些初步思考，強調(diào)應(yīng)重視課程間的關(guān)系，避免同一內(nèi)容的重復(fù)講解，加大課程資源共建共享，為學(xué)生對專業(yè)知識、技能的融會貫通奠定基礎(chǔ)。從教學(xué)實踐來看，已經(jīng)取得了一些有益的進展，如學(xué)生自發(fā)的將前期課程中的矢量化工作帶入課程綜合實驗，用UML建模的方式創(chuàng)建圖層，進一步規(guī)范矢量化工作，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量；也有畢業(yè)生在論文選題過程中思考使用空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)來改善現(xiàn)有數(shù)據(jù)管理模式?！犊臻g數(shù)據(jù)庫》的知識結(jié)構(gòu)變化極快，一定要與時俱進，按期進行課程修訂，突出空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)趨勢和理論前沿方向。

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P208

B文章編號：1672-4623（2017）06-0117-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.06.037

江瀏光艷，講師，主要從事GIS專業(yè)的教學(xué)與研究工作。

2015-12-21。

項目來源：四川師范大學(xué)校級開放實驗項目（KFSY2016-36）。