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篇1
數(shù)據(jù)是信息的具體表現(xiàn)形式,數(shù)據(jù)管理在社會信息流程中占有重要地位。近年,隨著在數(shù)據(jù)庫中存儲和處理復(fù)雜地理數(shù)據(jù)的需求越來越多,GIS(地理信息系統(tǒng),Geographic information system)中管理和分析的空間數(shù)據(jù)不斷增長,這些因素都導(dǎo)致了空間數(shù)據(jù)庫組織與管理成為了近20年來活躍的研究領(lǐng)域。
一、空間數(shù)據(jù)庫課程在高校中的現(xiàn)狀
近年來,國際上成立了許多專門制定空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)盟,商業(yè)數(shù)據(jù)庫公司推出了針對空間數(shù)據(jù)庫管理的系統(tǒng),一些大學(xué)陸續(xù)開設(shè)了空間數(shù)據(jù)庫方面的課程。并且近二十年以來空間數(shù)據(jù)庫的研究已經(jīng)產(chǎn)生了大量的空間數(shù)據(jù)模型、空間操作、空間查詢方面的技術(shù)[1]。在空間數(shù)據(jù)庫教學(xué)過程中選擇什么,以及如何更好地在大學(xué)課堂教授空間數(shù)據(jù)庫的知識成為高等教育所關(guān)注的一個問題。目前,我國開設(shè)地理信息系統(tǒng)專業(yè)的有超過170所高校,加上一些科研機構(gòu),全國約有200多個教育單位,每年培養(yǎng)GIS畢業(yè)生近萬人[2]。各高校開設(shè)地理信息系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)科背景不同,數(shù)據(jù)庫相關(guān)課程教學(xué)內(nèi)容和教授方法會形成差異,下面列舉幾門我國高校地理信息系統(tǒng)專業(yè)開設(shè)的與數(shù)據(jù)庫相關(guān)課程,如數(shù)據(jù)庫應(yīng)用與技術(shù)、數(shù)據(jù)庫原理、數(shù)據(jù)庫原理與技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫原理、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)等,從課程名稱上可以得出自教學(xué)內(nèi)容中有些高校偏重原理,有些高校偏重技術(shù)實踐。從數(shù)據(jù)流的角度來看,數(shù)據(jù)作為GIS的基礎(chǔ),在采集、編輯、存儲、管理、查詢、分析、制圖輸出等各個GIS的應(yīng)用環(huán)節(jié)中都要涉及到??臻g數(shù)據(jù)的組織與管理是地理學(xué)研究的一個重要領(lǐng)域,時空數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)、時空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)模型、空間數(shù)據(jù)管理等方向,無一不是現(xiàn)今地理信息系統(tǒng)研究中的熱點問題,因此,可以說空間數(shù)據(jù)庫是GIS的核心,由上述可知,《空間數(shù)據(jù)庫》課程是一門較新的GIS專業(yè)課,同時也是GIS專業(yè)的核心課程,通過本課程的教學(xué),目的是讓學(xué)生能夠清楚空間數(shù)據(jù)庫的基本概念、基本原理,掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫與空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用,并能完成合理的數(shù)據(jù)庫設(shè)計;同時掌握Geodatabase相關(guān)理論,能夠應(yīng)用Geodatabase實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫,對部分學(xué)生要求具備地理信息專業(yè)領(lǐng)域中數(shù)據(jù)庫的設(shè)計開發(fā)能力。因此針對于學(xué)生能力的培養(yǎng),如何在《空間數(shù)據(jù)庫》的教學(xué)中布置教學(xué)內(nèi)容,如何合理地安排教學(xué)環(huán)節(jié),對我們的教學(xué)工作提出了要求。
二、空間數(shù)據(jù)庫課程相關(guān)問題
1.學(xué)科體系不同對教學(xué)內(nèi)容的影響。在我國涉及地理信息系統(tǒng)的學(xué)科有工學(xué)、理學(xué)和管理學(xué)等,工科學(xué)校注重學(xué)生的工程系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)能力,理科學(xué)校更注重培養(yǎng)學(xué)生的地理學(xué)思考和分析能力,但GIS領(lǐng)域人才培養(yǎng)的專業(yè)體系應(yīng)不同于學(xué)科體系的劃分,而是要針對人才培養(yǎng)的目的來確定。本科專業(yè)劃分強調(diào)GIS領(lǐng)域各行各業(yè)人才的需求,即為就業(yè)教育,而不強調(diào)專業(yè)教育[3]。
2.畢業(yè)生就業(yè)中存在的問題。根據(jù)《2009年中國地理信息產(chǎn)業(yè)高校畢業(yè)生就業(yè)報告》及《2010年中國地理信息產(chǎn)業(yè)高校畢業(yè)生就業(yè)報告》的調(diào)查結(jié)果顯示,招聘單位認(rèn)為畢業(yè)生自身能力上的不足及學(xué)校課程設(shè)置不合理這兩個原因,已經(jīng)連續(xù)兩年成為地理信息系統(tǒng)方向就業(yè)困難的主要因素。用人單位關(guān)注求職者的特點中,“擁有較強的動手能力,保證短期內(nèi)上崗”這一要求也在近兩年的調(diào)查中處于首要位置。在具體的行業(yè)應(yīng)用中,空間數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用十分廣泛,現(xiàn)在我國城市道路交通管理、城鎮(zhèn)社會信息管理、國土資源管理等諸多方面都會使用空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)。但是地理信息系統(tǒng)專業(yè)本科畢業(yè)生在這些行業(yè)中能做什么,用人單位面向本科畢業(yè)生提供的崗位是什么性質(zhì),這些問題,對實際的教學(xué)工作提出了要求。
3.根據(jù)本專業(yè)教學(xué)計劃制定課程內(nèi)容。在本專業(yè)的專業(yè)課程當(dāng)中,空間數(shù)據(jù)庫課程的先導(dǎo)課程地理系統(tǒng)原理,在該門課程中空間數(shù)據(jù)模型、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和空間索引技術(shù)等內(nèi)容會作為重點講述內(nèi)容,那么,在空間數(shù)據(jù)庫課程中如何更好地承接之前學(xué)習(xí)過的知識,如何布置教學(xué)計劃。同時,空間數(shù)據(jù)庫能夠?qū)W(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程有什么作用,也是空間數(shù)據(jù)庫課程要注意的問題。
三、空間數(shù)據(jù)庫教學(xué)內(nèi)容探討
1.合理組織空間數(shù)據(jù)庫內(nèi)容。在針對于本科生的教學(xué)中,要重視基本概念的講解,為學(xué)生將來的自我學(xué)習(xí)打下一個較好的基礎(chǔ),因此空間數(shù)據(jù)庫課程中應(yīng)該涵蓋空間數(shù)據(jù)模型、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)管理、空間查詢語言(SQL基礎(chǔ)及空間查詢)、空間數(shù)據(jù)行業(yè)規(guī)范等內(nèi)容。同時,在原理部分要對應(yīng)一定的上機實習(xí),例如在實際教學(xué)中遇到過學(xué)生對Arcgis中的數(shù)據(jù)模型不理解,創(chuàng)建數(shù)據(jù)集的時候不知道屬性到底是什么,那么在講授地理數(shù)據(jù)模型時既要講清楚相關(guān)概念,可以以ArcGIS應(yīng)用平臺中的Geodatabase模型為例,由教師首先在文件地理數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建一整套的北京市的數(shù)據(jù),包含行政區(qū)劃、主干道、軌道交通、餐飲、住宿、文化設(shè)施等內(nèi)容,通過實際的例子告訴學(xué)生地理數(shù)據(jù)模型到底是什么,怎么建立模型,怎么通過數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)集、要素類來逐層地組織數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)表中的每一行代表一個現(xiàn)實中的對象,每一列是對象特征的抽象,怎么表現(xiàn)數(shù)據(jù),建立好的模型適用于什么應(yīng)用,這樣使得學(xué)生可以更好地理解原來較為抽象的概念。在原理內(nèi)容的講解中還要盡量避免和地理信息系統(tǒng)原理、地理信息系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)等前導(dǎo)或后繼課程的內(nèi)容重復(fù)。
2.圍繞空間數(shù)據(jù)庫建模開展教學(xué)。在教學(xué)過程中,要讓學(xué)生從初始就注重空間數(shù)據(jù)庫建模流程??臻g數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和創(chuàng)建與關(guān)系數(shù)據(jù)庫建庫流程相仿,也需要經(jīng)過概念設(shè)計、邏輯設(shè)計和物理設(shè)計這樣三個步驟。這樣,就需要在教學(xué)過程中要重點講解數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計和邏輯設(shè)計環(huán)節(jié),使學(xué)生掌握通過對具體問題進行需求分析進行概念模型設(shè)計,并掌握概念模型向邏輯模型的轉(zhuǎn)換方法。在這一環(huán)節(jié)中可以引入一個貫穿于整門課中的案例,要求學(xué)生按照擴展ER模型來抽象實體,描繪實體屬性,并構(gòu)建實體之間的聯(lián)系;通過規(guī)則將擴展ER模型中的實體和屬性合理地轉(zhuǎn)換到地理數(shù)據(jù)庫中的要素類和數(shù)據(jù)集中,并按實體之間的聯(lián)系建立相關(guān)規(guī)則;最后向建立好的數(shù)據(jù)集導(dǎo)入空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。同時,這類內(nèi)容可以讓學(xué)生通過以分小組討論的方式來分析問題和解決問題,以此來帶動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
3.SQL語言及其擴展。SQL語言對于所有數(shù)據(jù)庫的學(xué)習(xí)來說都是最為核心的部分,因此在空間數(shù)據(jù)庫教學(xué)中,也應(yīng)該要求學(xué)生掌握SQL相關(guān)內(nèi)容。在ArcGIS等地理信息系統(tǒng)軟件中,對于屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的查詢都是封裝好的,查詢工作主要通過點選按鈕以及列表選擇為主,這樣使得學(xué)生對于創(chuàng)建及查詢數(shù)據(jù)只能看到表面現(xiàn)象,沒有辦法去了解軟件的底層到底做了哪些工作,為了使學(xué)生能更好地理解數(shù)據(jù)的組織及應(yīng)用,我們在課程中就要讓學(xué)生使用SQL來對數(shù)據(jù)進行操作。在這一教學(xué)內(nèi)容中可以分為以下兩個階段,第一,掌握標(biāo)準(zhǔn)SQL語言,包括數(shù)據(jù)表的創(chuàng)建,數(shù)據(jù)的查詢,在這一階段主要用標(biāo)準(zhǔn)SQL語言對非空間數(shù)據(jù)進行操作。第二,利用Oracle Spatial學(xué)習(xí)擴展SQL語言,包括創(chuàng)建具有SDO_GEOMETRY數(shù)據(jù)類型的表、創(chuàng)建控件索引、創(chuàng)建空間索引、插入空間數(shù)據(jù)、利用空間計算函數(shù)實現(xiàn)空間查詢等。
4.教學(xué)平臺的選擇。教學(xué)中緊貼現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展,讓學(xué)生掌握最新的相關(guān)知識數(shù)據(jù)庫的管理,例如數(shù)據(jù)庫中事務(wù)的管理及版本控制等。在授課中選取Geodatabase、Oracle及數(shù)據(jù)存儲中間件ArcSDE這樣三個空間數(shù)據(jù)組織管理比較成熟的產(chǎn)品來進行練習(xí),實踐內(nèi)容主要圍繞以下幾部分:Oracle中屬性查詢和空間查詢相關(guān)方法、通過空間算子進行查詢、如何在Oracle中進行事務(wù)管理;ArcSDE的安裝及其與Oracle的連接配置,ArcSDE的版本管理機制;在Geodatabase文件地理數(shù)據(jù)庫中進行數(shù)據(jù)加載,規(guī)則創(chuàng)建以及數(shù)據(jù)組織。
四、集中實踐環(huán)節(jié)教學(xué)方法