空間數(shù)據(jù)庫原理與數(shù)據(jù)庫原理融合教學(xué)的模式探討

王媛妮 何珍文 葛非

摘 要 空間數(shù)據(jù)原理是空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的專業(yè)主干課之一，在沒有數(shù)據(jù)庫原理課程的先導(dǎo)下，如何較好地開展空間數(shù)據(jù)庫原理課程的教學(xué)是值得探索和思考的。結(jié)合我校的空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的實際情況，以及空間數(shù)據(jù)庫原理課程的現(xiàn)狀，探討一種適合的教學(xué)模式，既能較快地吸引學(xué)生，也能保證教學(xué)質(zhì)量，真正達到教學(xué)目的。

關(guān)鍵詞 空間數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫 教學(xué)質(zhì)量 融合教學(xué) 模式思考

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A

Probe into the Integration Teaching of Principles of

Spatial Database and Principles of Database

WANG Yuanni[1]， HE Zhenwen[1]， GE Fei[2]

（[1] Computer College of China University of Geosciences， Wuhan， Hubei 430074；

[2] Computer Science of Central China Normal University， Wuhan， Hubei 430079）

Abstract Principles of spatial database is one of the main courses of the major of spatial information and digital technology. It is worth exploring and thinking of how to conduct the teaching of space database principles better in the absence of the curriculum of database principle as the pilot. Combining the reality of the major and the status of the curriculum of spatial database principle of our school， this paper puts forward a suitable teaching model. It could introduce students faster and also ensure the quality of teaching， so as to reach the teaching purposes.

Key words spatial database； database； teaching quality； integration of teaching； pattern thinking

空間數(shù)據(jù)庫原理課程是空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的主干課程之一，要求學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握空間數(shù)據(jù)庫的基本原理與建設(shè)方法。經(jīng)過課程學(xué)習(xí)和上機實踐訓(xùn)練，使學(xué)生掌握空間數(shù)據(jù)庫的基本原理以及建立空間數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方法，具有使用、管理以及建立空間數(shù)據(jù)庫的基本能力。我?？臻g信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)該課程配套有2周的課程設(shè)計，通過課程設(shè)計，使學(xué)生掌握空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念、原理和技術(shù)，將理論與實際相結(jié)合，應(yīng)用現(xiàn)有的空間數(shù)據(jù)建模工具和空間數(shù)據(jù)信息管理技術(shù)，學(xué)會完成空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)。該課程開設(shè)已經(jīng)兩年，頭年是在大二下，次年調(diào)整到大三下開設(shè)，但是都由于學(xué)生沒有學(xué)習(xí)過數(shù)據(jù)庫原理課程，在該課程的學(xué)習(xí)中暴露出一些問題，教學(xué)效果欠佳。為此，本文根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗和實踐，就如何開展空間數(shù)據(jù)庫原理課程，提出一些建議，共探討。

1 數(shù)據(jù)庫原理基礎(chǔ)知識有機融合

針對本?？臻g信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)來說，并未設(shè)置數(shù)據(jù)庫原理課程。面臨這一現(xiàn)狀，空間數(shù)據(jù)庫原理課程在講解時如何引入數(shù)據(jù)庫的相關(guān)知識是需要思考的問題。如何更有效地引入數(shù)據(jù)庫原理的基礎(chǔ)知識，從一般數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進入到空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)從一般數(shù)據(jù)上升到空間數(shù)據(jù)。這需要將數(shù)據(jù)庫原理的基礎(chǔ)知識與空間數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)知識有機結(jié)合起來，讓學(xué)生體會到空間數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫的相異性。從基礎(chǔ)原理上講，空間數(shù)據(jù)庫滿足數(shù)據(jù)庫的一般特性，只是數(shù)據(jù)上升到空間數(shù)據(jù)后，對于帶空間地理位置的數(shù)據(jù)表達及存儲、查詢等多了一些方法。實際中，可先介紹的一般概念、原理包括數(shù)據(jù)表達、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)查詢等，在弄清楚一般數(shù)據(jù)庫的使用后，再來看空間數(shù)據(jù)庫對應(yīng)各部分就比較容易看出相同和相異的地方，可以更好地理解二者的關(guān)系。

當(dāng)然也不能完全分為數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫兩部分來講解，不能形成兩張皮的局面。一是效果不好，二是學(xué)時不夠，重點不突出。所以，應(yīng)該想辦法融合數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫的知識，以空間數(shù)據(jù)庫為主體，按照空間數(shù)據(jù)庫的基本原理以及空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的各個環(huán)節(jié)為主線來貫穿，在講解每部分內(nèi)容時可以按照先從一般數(shù)據(jù)庫的表示方法入手，先用一般數(shù)據(jù)來做示例講解基本方法，然后引入空間數(shù)據(jù)，再來看方法的變化之處。從一般數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)圍繞數(shù)據(jù)的變化設(shè)計內(nèi)容，最終實現(xiàn)知識的融合，既了解了一般數(shù)據(jù)庫的思想，也學(xué)會了空間數(shù)據(jù)庫的使用。

2 一般數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的階梯介入

對于沒有接觸過數(shù)據(jù)庫知識的學(xué)生來說，如果一下子上升到空間數(shù)據(jù)的處理，可能存在著一定的困難。畢竟，空間數(shù)據(jù)的處理相對比較復(fù)雜。在課堂案例的選擇與設(shè)計以及上機實習(xí)環(huán)節(jié)，一般數(shù)據(jù)的處理方法和空間數(shù)據(jù)的處理方法，需要一個漸進的過程。比如空間數(shù)據(jù)的查詢，單純來看空間數(shù)據(jù)的查詢，涉及到很多的空間操作方法。如果一下子介入進去，學(xué)生很可能消化不了，不妨先介紹一般的查詢方法，也就是簡單的select結(jié)構(gòu)。用一般數(shù)據(jù)容易理解的實例先來看select的基本用法，再弄清select查詢的使用后，再來變換實例，選擇實際中帶有空間數(shù)據(jù)的查詢，如果只是簡單的信息查詢，可能基本只會用到一般數(shù)據(jù)的select結(jié)構(gòu)就夠了，如果涉及到相關(guān)空間位置的操作，再來看在對應(yīng)select基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上需要增加什么謂詞和字句，對應(yīng)不同的情況劃分，謂詞和字句結(jié)構(gòu)都是固定的，只是要根據(jù)查詢條件給予不同的參數(shù)而已。通過一般數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的漸進變換，逐步理解空間數(shù)據(jù)操作與一般數(shù)據(jù)操作的相異性，理清楚后會發(fā)現(xiàn)其實二者很多基本方法都是一致的，只不過空間數(shù)據(jù)為了實現(xiàn)空間位置的信息需求，增加了一些使用方法以及細化了一般數(shù)據(jù)問題處理的基本方法。

采用從一般到特殊，從簡單到復(fù)雜的思路，學(xué)生學(xué)起來會輕松得多。漸進式的導(dǎo)入也是一個逐步消化和理解的最好方式。

3 主線貫穿式

空間數(shù)據(jù)庫原理概念頗多，如果泛泛都講到，效果是可想而知的。建議圍繞空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)這一主線來講解，上完這門課也是讓學(xué)生學(xué)會如何設(shè)計與實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫。如何設(shè)計一個空間數(shù)據(jù)庫，各個環(huán)節(jié)的工作如何實現(xiàn)，應(yīng)該讓學(xué)生帶著這些問題來學(xué)習(xí)這門課，既明白課程目標(biāo)，也能理清課程思路。

有了主線，圍繞這一主線，空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的每一步涉及到哪些原理和方法也就自然而然地引出來了。某一個知識點是為某一個環(huán)節(jié)服務(wù)的，某一個環(huán)節(jié)是空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的不可缺少的某一步。這樣，就不會覺得理論知識零散。圍繞各環(huán)節(jié)設(shè)計的原理和方法去講，不用面面俱到，具體設(shè)計涉及到哪些方法講清楚就行，這樣才能體現(xiàn)主線的清晰度，同時做到重點突出。

只有理清主線，利用主線將知識點連接起來，才能更加明確課程的目的。一般原理類課程沒有主線的貫穿，學(xué)生學(xué)完了感覺都是凌亂的，不知道能做什么，學(xué)了有什么用。因此，梳理一條主線，圍繞主線設(shè)計知識點和授課內(nèi)容是很重要的。

4 循序漸進式實踐

學(xué)生的實習(xí)實踐教材我們選用的是Oracle Spatial 空間信息管理——Oracle Database 11g. Ravi Kothuri（美）Albert Godfrind 著，管會生等譯。之所以選用該教材是因為這本書圍繞空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)操作講解非常詳細，也有數(shù)據(jù)案例，基本上涉及到了空間數(shù)據(jù)庫的各個方面。實踐環(huán)節(jié)包括平時上機和課程結(jié)束后的課程設(shè)計。

實踐中，發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生都能按要求掌握知識點，但存在著一些不足。比如基本上是按照所給資料在做，處于趕著進度完成的狀態(tài)，對于問題的思考較少，理解程度不夠。學(xué)生對空間數(shù)據(jù)庫建模理解不透徹，缺乏獨立設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫方面的能力。分析原因主要在于需要一些先導(dǎo)課程，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中對樹的一些知識點涉及到與空間數(shù)據(jù)建模方面相關(guān)的樹介紹不夠等。 知識點分散，沒有最后的整體設(shè)計等等。

對于諸如上述之類情況，在今后的實踐中如何更好地做到理論與實踐相結(jié)合，重點突出，建議采用漸進式的實踐方式。圍繞最終目標(biāo)學(xué)會設(shè)計并實現(xiàn)小型空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，設(shè)計并精煉每次實習(xí)任務(wù)，而不是泛泛實習(xí)。根據(jù)空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立與設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，分解到平時每次任務(wù)中學(xué)習(xí)，先學(xué)習(xí)各環(huán)節(jié)的主要知識點，待重點知識點消化后，課程設(shè)計環(huán)節(jié)再圍繞設(shè)計一個小型空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將平時上機零散的知識點串接起來。把Oracle Spatial 空間信息部分的重要內(nèi)容移到平時上課的上機中，增加平時上機學(xué)時。在平時上機過程中就掌握如何使用Oracle Import工具導(dǎo)入數(shù)據(jù)，如何實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的加載、傳輸和驗證；如何在應(yīng)用程序中訪問和操作空間對象，重點在于用PL/SQL操作幾何體；如何創(chuàng)建空間索引以及空間索引參數(shù)的設(shè)置；學(xué)會幾何處理函數(shù)等。做到平時上機完成基本知識的學(xué)習(xí)，課程設(shè)計開始就先通過案例研究學(xué)會使用Oracle Spatial對空間數(shù)據(jù)的存儲、分析、可視化和集成等。接著，進行空間數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用開發(fā)，利用高級語言針對Oracle Spatial等進行二次開發(fā)。這樣的話，空間數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計就可以順利進入空間數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用開發(fā)，完成從設(shè)計到實現(xiàn)的過程。整體上經(jīng)歷空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的各個環(huán)節(jié)。

采用循序漸進式實踐方法，可以保證學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中能夠由淺入深、由局部到整體、逐步深化、有條不紊地進行。

5 自主與團隊精神的有效融合

在學(xué)習(xí)的過程中，應(yīng)該注重學(xué)生的自主能力以及團隊合作能力。就空間數(shù)據(jù)庫原理課程而言，該課程的最終目標(biāo)是學(xué)生能夠?qū)W會設(shè)計與實現(xiàn)小型的空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。為了達到這一教學(xué)目標(biāo)，我們應(yīng)該有機地融合學(xué)生的自主能力和團隊合作能力。通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，掌握基本原理方法和基本訓(xùn)練；通過小團隊的集體力量設(shè)計完成小型空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)。

在自主學(xué)習(xí)的過程中，可以培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力。在教師引導(dǎo)下，發(fā)揮學(xué)生主體作用，學(xué)會自我思考，培養(yǎng)自我解決問題的能力。在自主學(xué)習(xí)中，通過查閱資料，分析總結(jié)，掌握新知識。

同時，團隊合作精神也是非常重要的。作為一個學(xué)生，不但要具備自我學(xué)習(xí)的能力，也應(yīng)該具備團隊合作的能力。在團隊中體現(xiàn)自我，發(fā)揮個人價值。

該課程有理論有實踐，如果能夠有效地融合學(xué)生自主學(xué)習(xí)與團隊學(xué)習(xí)，不論是從課程本身的講授，還是從學(xué)生個人能力的培養(yǎng)來說，都是非常有意義的。兩者相輔相成。因此，課程設(shè)置時可以將平時的上機實踐安排為個人獨立完成，課程設(shè)計安排為小團隊分組設(shè)計與實現(xiàn)。在每個人掌握基本知識之后，將問題融入到團隊中一起實現(xiàn)，既能培養(yǎng)團隊協(xié)作能力，也能發(fā)揮個人的主觀能動性。

6 總結(jié)

空間數(shù)據(jù)庫原理課程理論偏多，尤其在學(xué)生缺乏對數(shù)據(jù)庫理論知識了解的背景下，如何合理安排教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，有機地融合數(shù)據(jù)庫原理基礎(chǔ)知識，突出空間數(shù)據(jù)庫的特色與重點，本文探討了其有效的教學(xué)模式，主要從五個方面提出了建議。在今后的教學(xué)過程中我們也需要根據(jù)實際的教學(xué)效果逐步調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)模式，使其不斷完善。

參考文獻

[1] 吳信才.空間數(shù)據(jù)庫.科學(xué)出版社，2009.

[2] 崔鐵軍.地理空間數(shù)據(jù)庫原理.科學(xué)出版社，2007.

[3] 楊勇.GIS 專業(yè)“空間數(shù)據(jù)庫”課程教學(xué)內(nèi)容和方法探討.測繪與空間地理信息，2013.36（2）：31-33.

[4] 王家耀.空間數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)原理.科學(xué)出版社，2001.

[5] 龔健雅.空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的概念與發(fā)展趨勢.測繪科學(xué)，2001.26（3）：4-9.

[6] 曹敏.測繪工程專業(yè)《空間數(shù)據(jù)庫原理》課程教學(xué)探討.現(xiàn)代測繪，2011.34（6）：62-64.

[7] 閆金鳳.GIS專業(yè)“空間數(shù)據(jù)庫”課程教學(xué)內(nèi)容研究與實踐.測繪工程，2010.19（6）：75-78.

[8] 熊偉，劉露，陳犖等.開源軟件在空間數(shù)據(jù)庫課程實驗教學(xué)中的應(yīng)用.高等教育研究學(xué)報，2013.36（3）：40-44.

[9] 吳正升，崔鐵軍，郭黎.空間數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)幾點建議.測繪科學(xué)，2009.34：238-240.