《空间数据库》课程教学探讨

江浏光艳

（1.四川师范大学 地理与资源科学学院，四川 成都 610066；2.四川师范大学 西南土地资源评价与监测教育部重点实验室，四川 成都 610066）

《空间数据库》课程教学探讨

江浏光艳1,2

（1.四川师范大学 地理与资源科学学院，四川 成都 610066；2.四川师范大学 西南土地资源评价与监测教育部重点实验室，四川 成都 610066）

对《空间数据库》在GIS专业课程体系中的地位进行了梳理，结合实际情况完成了课程体系设计。教学实践表明，该课程体系能有效提高学生动手能力、空间数据库技术的综合应用能力。

空间数据库；课程；链式教学模式；教学内容；教学方法

空间数据是地理信息系统实现的基石，空间数据存储、组织与管理是地理信息系统的基本功能之一，近年来，国内众多高校为地理信息科学相关专业陆续开设《空间数据库》课程。《空间数据库》是一门综合性较强的课程，内容涉及地理学、测绘学和计算机科学等多学科。诸多学者在课程实践过程中，强调依据各自教学对象以及课程地位进行课程体系设计[1-4]。我校自2012年新版培养方案制定以来，将《空间数据库》列为地理信息科学专业（以下简称GIS专业）第五学期专业选修课程，包含理论课48学时，实验课24学时。

1 《空间数据库》课程教学中存在的问题

通过对国内开设《空间数据库》课程的高校进行比较发现，《空间数据库》课程缺乏普遍适用的教材，教学内容因校而异，实验教学环节重视程度不同，选用的实验平台既有共性也有差异，对于实验与理论教学结合问题、与其他课程的衔接问题必须充分考虑。此外，教学方法和手段也趋于多样化，科研项目案例式教学、互动研讨式学习大行其道。

1.1 教材选用问题

相关专家对当前空间数据库教材进行了对比分析[5-8]，归纳起来，现在的教材选择方式有两类，第一类结合各类型教学资料进行课程教学[6,8]；第二类依据专业学科背景选择主导教材，其中部分高校侧重于原理教学[7]，另一部分重视技术实践[5]。

1.2 教学内容组织问题

不同专业背景、不同地域的高校各有不同的教学内容组织。以张山山[5]、闫金凤为代表[9]，确立了以“空间数据模型”为基础，“空间数据库设计、建立和应用”为重点，“空间索引和空间查询”为难点，“空间数据库发展前沿”为拓展的基本教学框架。张海涛[4]、孙文彬认为应对“空间数据库与关系数据库区别”部分内容加强讲解[10]，厘清传统数据库与空间数据库差异，但也要注意避免重复教学。

1.3 实验教学问题

实验教学主要包含两个方面的问题，一为软件平台的选择，二为教学任务安排。从选用平台来看，较为集中于ArcGIS、Oracle。熊伟[2,11]提出可对开源空间数据库软件进行借鉴，以降低实验总体成本，加深抽象理论理解，符合技术发展趋势、提高学术创新能力。从教学任务内容安排来看，闫金凤安排了以Geodatabase模型为主的系列实验[9]；熊伟安排了开源软件支撑下的分阶段系列实验[11]；沈敬伟考虑到多种空间数据库管理方式差异[8]，建立了以空间数据管理方式为核心的系列实验。此外，个别高校还提出了基于集中实践形式的实验课程安排[12-13]。

1.4 教学方法或手段问题

现代科学技术的快速发展，教学方法和手段的选择趋于多样化。选用启发式、互动式教学方法，采用文献阅读、课后资料查阅等方式巩固课程知识[6]，增加案例教学，提高理论结合实际的教学效果[11]，项目教学、集中实践能有效的培养学生分析问题及独立解决问题的能力等[13]。

1.5 与其他课程衔接问题

对于本门课程在GIS专业课程中的地位问题，张山山[13]、张海涛[4]、闫金凤[14]进行了讨论。闫金凤[14]提倡使用链式教学模式，即从梳理专业教学先后顺序入手，共享共建教学与实验资源，增强课程后延性。

2 我校《空间数据库》课程教学体系设计

2.1 明确《空间数据库》地位

两组患者术后呼吸道感染发生率无统计学差异。清醒镇静麻醉方案保留了患者自主呼吸和生理反射，故没有患者发生术后呼吸道感染症状。虽S组患者麻醉后进行了气管插管和机械通气，但呼吸道感染的发生主要与术中机械通气及带管时间相关。研究中全麻患者机械通气时间约为2小时，短时间尚不至引起较多患者出现并发症。

在课程教学体系设计之初，应当重点考虑课程间的衔接。经过梳理得到表1，标明了其他课程与本门课程之间的区别、联系。

表1 与《空间数据库》有关的课程情况一览表

2.2 教学对象分析与教学目标的确立

我校的GIS专业由地理类专业延伸发展转变而来，区别于具有计算机类或测绘类背景的其他高校。通过近几年毕业生就业反馈来看，动手能力、持续学习能力已经处于就业竞争的首要位置。基于此，课程确立了“以空间数据库设计为核心，学会使用可视化建模工具，具有地理空间数据挖掘基本思想，强化地理空间数据组织与管理的应用实践”的教学目标。

课程选用了张新长等编著的《地理信息系统数据库》教材，构建了如图1的理论课程教学结构，加强空间数据库的应用和实践方面的训练。

图1 《空间数据库》课程教学结构图

2.3 教学体系框架

依据教学目标，确立了教学体系，包含理论教学内容、实验教学内容以及二者之间的关系，如图2所示。《空间数据库》的理论教学分为6个章节，具体教学内容如下：

1）空间数据库概述。掌握空间数据库的基本概念、发展历程及发展现状、空间数据库的体系结构，重点比较传统关系型数据库与空间数据库的区别。

2）空间数据的表达与管理。掌握从地理实体或地理现象到地理数据的空间抽象的方法，重点把握地理数据的概念模型和逻辑模型，对空间关系和空间索引部分的难点内容深入剖析，以Geodatabase空间数据模型为例，加强理论学习与实践操作的联系。

3）空间数据库设计与建立。讲解地理空间数据库设计流程，把握面向对象建模思路，结合项目案例，阐述一个完整的地理空间数据库设计建立过程，引导学生学会查阅相关的行业规范，要求学生掌握根据用户调研设计空间数据库ER图，并能按照规范化要求将其关系化。同时安排学生分组选题，以一个专题进行空间数据建设的综合实验。

4）空间数据库查询语言。简短对SQL语句进行回顾，在此基础之上讲解OGIS Simple Feature规范，进行SQL语句扩展，围绕经典的World数据库设计若干查询案例，使用开源软件Spatialite进行空间数据查、插、删、改等语句讲解、演示。

5）空间数据挖掘。从传统数据挖掘的方法手段入手，强调地理数据的特质，引入空间数据挖掘的相关概念，要求学生对计量统计学中的部分内容进行回顾，将空间统计内容概念融入到以后的学习中。

6）空间数据库发展前沿。以文献阅读，整理专题资料，课堂学生汇报与教师点评的形式展开，了解空间数据库发展趋势，包括GIS互操作、空间数据仓库、智能GIS数据库、Web GIS数据库、基于3G的移动地理信息服务等，为后续课程的开展打下基础。

《空间数据库》的实验教学分为7个，根据与其他课程的关系，选用了ArcGIS Desktop为主要软件平台，辅以ArcGIS Digrammer软件、Spatialite软件[15]。具体实验内容如下：

1）实验一：重点放在不同软件平台对于空间数据的表达与组织，并以此让学生熟悉ArcCatalog的操作。

2）实验二：掌握Geodatabase数据模型中要素集、要素类、对象类、子类型、域和关系类的创建，能验证矢量化过程中违反数据库完整性定义的数据。

3）实验三：选用ArcGIS Digrammer讲授使用UML进行数据库建模的方式，要求学生对比实验二中手动创建过程。

4）实验四：掌握Geodatabase数据模型中拓扑关系管理与维护方式，能正确选用恰当的拓扑规则对项目数据进行检查。

5）实验五：选用Spatialite，并与Select By Location方式对比，掌握基本空间函数，能完成基于空间对象的SQL语句编写。

6）实验六：使用人口重心点转移案例，使用点格局的分析思路，讲解如何定量刻画变化规律，以此掌握空间数据挖掘的基本概念。

7）实验七：空间数据库设计与建立综合实验，本实验自理论课第三讲后开始，穿插于实验五和实验六之间，由学生分组自主选题，教师指导，要求学生完成从需求分析到数据应用分析，一系列的数据建库工作，实验要求撰写报告，制作项目PPT，提交UML建模文件、数据库成果等。

图2 教学内容与实验内容对照关系图

3 教学与实践总结

“从前后课程关系入手，构建链式教学模式”的课程教学体系设计思路，阐述了作者对《空间数据库》课程教学的一些初步思考，强调应重视课程间的关系，避免同一内容的重复讲解，加大课程资源共建共享，为学生对专业知识、技能的融会贯通奠定基础。从教学实践来看，已经取得了一些有益的进展，如学生自发的将前期课程中的矢量化工作带入课程综合实验，用UML建模的方式创建图层，进一步规范矢量化工作，提高数据质量；也有毕业生在论文选题过程中思考使用空间数据库建设来改善现有数据管理模式。《空间数据库》的知识结构变化极快，一定要与时俱进，按期进行课程修订，突出空间数据库技术趋势和理论前沿方向。

[1] 俞艳,袁艳斌,黄解军．GIS拔尖创新人才培养课程体系设计[J]．地理空间信息, 2015,13(2)：177-178

[2] 熊伟,陈荦,吴秋云,等．在空间数据库课程中采用开源软件实验的教学实践[J]．地理信息世界,2015,13(1)：73-76

[3] 李天文,王林刚,李庚泽,等．地理信息系统专业课程体系建设研究[J]．中国大学教学, 2011(1)：33-35

[4] 张海涛,江畅,姜杰,等．《空间数据库》课程内容体系研究[J]．测绘与空间地理信息,2011， 34(3)：10-12

[5] 张山山．空间数据库课程教学实践与思考[J]．测绘课程,2007,32(5)：197-199

[6] 闫金凤,郭全军．空间数据库课程教学与实践探讨[J]．测绘与空间地理信息,2009, 32(6)： 9-14

[7] 吴正升,崔铁军,郭黎．空间数据库课程教学几点建议[J]．测绘科学,2009,34(S1)：238-240

[8] 沈敬伟,周廷刚,郭丽敏,等． GIS专业《空间数据库》教学内容与方法探讨[J]．安徽农业科学,2014,42(4)：1 270-1 271

[9] 闫金凤．GIS专业“空间数据库”课程教学内容研究与实践[J]．测绘工程,2010,19(6)：75-78

[10] 孙文彬,赵学胜,袁德宝,等．测绘专业“空间数据库”课程教学方法改革与探讨[J]．矿山测量,2014(3)：53-55

[11] 熊伟,刘露,陈荦,等．开源软件在空间数据库课程实验教学中的应用[J]．高等教育研究学报,2013,36(3)：40-44

[12] 朱海勇．地理信息系统专业空间数据库课程教学内容的思考[J]．教育教学论坛,2014 (43)：232-234

[13] 张山山．“空间数据库”课程教学内容研究[J]．测绘与空间地理信息,2009,32(16)：1-4

[14] 闫金凤．空间数据库课程链式教学模式改革及资源共建[J]．测绘与空间地理信息,2015， 38(11)：18-21

[15] 关昆,马骏,杨晓峰,等．基于Spatialite的空间数据组织管理与应用开发[J]．城市勘测,2014(2)：28-29

[16] 崔铁军．地理空间数据库原理[M]．北京：科学出版社,2007

[17] 张新长,马林兵,张青年． 地理信息系统数据库（第二版）[M]．北京：科学出版社,2010

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B文章编号：1672-4623（2017）06-0117-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.06.037

江浏光艳，讲师，主要从事GIS专业的教学与研究工作。

2015-12-21。

项目来源：四川师范大学校级开放实验项目（KFSY2016-36）。