張鵬林，杜 娟，余長(zhǎng)慧，周軍其，艾明耀

(武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079)

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)專業(yè)“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程建設(shè)探索

張鵬林，杜 娟，余長(zhǎng)慧，周軍其，艾明耀

(武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079)

依據(jù)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)新型專業(yè)的特點(diǎn)，結(jié)合“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”的教學(xué)與實(shí)踐，針對(duì)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)專業(yè)的專業(yè)規(guī)劃和培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程的目標(biāo)、特點(diǎn)、內(nèi)容體系、教學(xué)方法和實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行了探討和論述，為時(shí)空數(shù)據(jù)庫課程建設(shè)和內(nèi)容的優(yōu)化提供了建議。

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)；時(shí)空數(shù)據(jù)庫；課程建設(shè)；教學(xué)

早在2010年地理國(guó)情監(jiān)測(cè)提出之初，陳俊勇院士就前瞻性指出地理國(guó)情反映的是一個(gè)國(guó)家賴以存在的疆域、地形地貌、自然資源、土地利用、土地覆蓋、生態(tài)、環(huán)境、氣候等因素的狀態(tài)，以及它們所呈現(xiàn)出的區(qū)別于其他國(guó)家的量化信息、動(dòng)態(tài)過程和空間特征[1]。此間不難發(fā)現(xiàn)，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)與地理現(xiàn)象的時(shí)空過程有著天然不可分割的聯(lián)系。時(shí)空數(shù)據(jù)庫成為地理國(guó)情動(dòng)態(tài)過程和空間特征監(jiān)測(cè)的科學(xué)基礎(chǔ)和驅(qū)動(dòng)。培養(yǎng)時(shí)空數(shù)據(jù)組織和管理的專業(yè)人才或掌握相關(guān)基礎(chǔ)理論和技能的人才成為一項(xiàng)重要的工作。特別是教育部于2012年2月公布了2011年度高等學(xué)校本科專業(yè)設(shè)置備案或?qū)徟Y(jié)果，其中，明確規(guī)定地理國(guó)情監(jiān)測(cè)(080905S)為高等學(xué)校本科專業(yè)[2]。同年，武漢大學(xué)率先在國(guó)內(nèi)高校開設(shè)了地理國(guó)情監(jiān)測(cè)本科專業(yè)并開始招生。在武漢大學(xué)的組織下，經(jīng)過相關(guān)行業(yè)和專業(yè)的專家充分醞釀、討論和修改后，提出的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)專業(yè)人才培養(yǎng)方案中將時(shí)空數(shù)據(jù)庫作為該專業(yè)的基礎(chǔ)課程。陳江平等[3]將“空間數(shù)據(jù)庫”課程列為地理國(guó)情監(jiān)測(cè)技術(shù)專業(yè)的專業(yè)主干課程。因此，時(shí)空數(shù)據(jù)庫課程的內(nèi)容設(shè)置和建設(shè)對(duì)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)具有非常重要意義。

課程建設(shè)一般包括大綱建設(shè)、理論教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃、實(shí)踐教學(xué)和教材等環(huán)節(jié)的建設(shè)。然而，根據(jù)本文研究所了解的信息，國(guó)內(nèi)外高校的相關(guān)專業(yè)中，除武漢大學(xué)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)專業(yè)外，鮮有將時(shí)空數(shù)據(jù)庫設(shè)置為一門獨(dú)立的專業(yè)基礎(chǔ)課程的。因此，關(guān)于課程大綱、理論教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)，在武漢大學(xué)的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)專業(yè)建設(shè)中雖經(jīng)過了反復(fù)討論和修改，但隨著地理國(guó)情專業(yè)建設(shè)的逐步完善，時(shí)空數(shù)據(jù)庫課程的建設(shè)還需要進(jìn)一步完善。教材的建設(shè)是課程建設(shè)的重要內(nèi)容之一，時(shí)空數(shù)據(jù)庫有關(guān)的編著近年在圖書市場(chǎng)中雖不能說空白，但針對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)教材的要求，其內(nèi)容體系的完整性和系統(tǒng)性有待進(jìn)一步完善。

基于“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程設(shè)置的必要性，并針對(duì)“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程建設(shè)的現(xiàn)狀，本文從地理國(guó)情監(jiān)測(cè)專業(yè)的特點(diǎn)出發(fā)，探討“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程目標(biāo)、內(nèi)容、實(shí)踐環(huán)節(jié)和教學(xué)方法等的建設(shè)思路，為“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程內(nèi)容的優(yōu)化和體系的完善提供建議。

1 課程特點(diǎn)

“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程是針對(duì)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)專業(yè)對(duì)于時(shí)變動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理的需求而設(shè)置的課程。地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有動(dòng)態(tài)性、空間幾何、非結(jié)構(gòu)化、空間關(guān)系、多源、多尺度和海量的特征[4]。因此，相對(duì)于常規(guī)數(shù)據(jù)庫或空間數(shù)據(jù)庫而言，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)時(shí)空數(shù)據(jù)管理和時(shí)空數(shù)據(jù)庫顯得更為復(fù)雜。為了適應(yīng)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理的需求，“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程的特點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn)：

(1) 內(nèi)容全面。為了讓學(xué)生掌握動(dòng)態(tài)、非結(jié)構(gòu)化和具有時(shí)空關(guān)系數(shù)據(jù)的組織管理理論和技術(shù)，“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程不僅要涵蓋常規(guī)數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫的理論技術(shù)，更需要包括時(shí)空一體化組織、存儲(chǔ)和管理的一般理論方法。

(2) 模型復(fù)雜。時(shí)空數(shù)據(jù)庫模型要求能對(duì)既有空間參考又有時(shí)間參考的數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，即實(shí)現(xiàn)時(shí)變空間數(shù)據(jù)的邏輯組織，因此，其模型相對(duì)于常規(guī)數(shù)據(jù)庫模型、空間數(shù)據(jù)庫模型和時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫模型要復(fù)雜得多。

(3) 實(shí)踐性強(qiáng)。時(shí)空數(shù)據(jù)庫不僅要求學(xué)生掌握數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫有關(guān)的基礎(chǔ)理論和一般性技術(shù)，還要求學(xué)生能夠掌握如何將一般性理論應(yīng)用于實(shí)踐，解決地理國(guó)情普查、監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理的問題。

(4) 時(shí)空分析復(fù)雜。不同于空間數(shù)據(jù)庫，時(shí)空數(shù)據(jù)庫用于管理海量的時(shí)變數(shù)據(jù)，其分析不僅涉及空間關(guān)系問題，還包括時(shí)間關(guān)系；不僅是空間分布問題，更重要的是時(shí)空動(dòng)態(tài)建模是可靠性地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)理論[5]。因此，時(shí)空數(shù)據(jù)庫分析模型和方法比常規(guī)數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫都要復(fù)雜得多。

(5) 數(shù)據(jù)的多維性。時(shí)空數(shù)據(jù)庫管理的是隨時(shí)間變化的時(shí)變空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)維數(shù)在空間維的基礎(chǔ)上增加了時(shí)間維，因此，時(shí)空數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)具有多維性。

2 理論教學(xué)探討

任何一個(gè)專業(yè)要培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的創(chuàng)新性人才,必須要有新的課程理念、課程制度、課程實(shí)施方法及手段，以確保學(xué)生在社會(huì)環(huán)境中個(gè)性能夠健康發(fā)展,尤其是創(chuàng)新思想、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培育與發(fā)展[6]。因此，針對(duì)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)對(duì)時(shí)空動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的管理需求，本文對(duì)“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程的內(nèi)容體系和教學(xué)方法進(jìn)行了探討。

2.1 理論教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)創(chuàng)新、以人為本和地理國(guó)情監(jiān)測(cè)人才知識(shí)結(jié)構(gòu)的需求，本著不再增加前導(dǎo)基礎(chǔ)課程，同時(shí)保證知識(shí)體系的完整性和系統(tǒng)性，“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程的課堂教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包括：數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)、空間數(shù)據(jù)及其表達(dá)、時(shí)空數(shù)據(jù)組織、時(shí)空數(shù)據(jù)邏輯模型、時(shí)空數(shù)據(jù)管理和時(shí)空數(shù)據(jù)分析與挖掘等模塊。“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程的具體內(nèi)容體系如圖1所示。

圖1 時(shí)空數(shù)據(jù)庫課程內(nèi)容體系

圖1中，時(shí)空數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容設(shè)置兼顧了數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫和時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫的知識(shí)及其理論方法。通過“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生具備數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)和時(shí)空數(shù)據(jù)的組織、存儲(chǔ)、管理和分析的能力。這樣，一方面可以減輕因需要開設(shè)數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫等先導(dǎo)課程而給學(xué)生造成的課程負(fù)擔(dān)；另一方面，可以有效避免基礎(chǔ)理論在內(nèi)容上的重復(fù)。

2.2 理論教學(xué)方法

針對(duì)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)對(duì)時(shí)空動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理人才的能力需求，本文認(rèn)為“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程的理論部分仍應(yīng)以主講模式為主，配合以適當(dāng)課時(shí)的案例教學(xué)模式，以激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考的能力。

2.2.1 主講模式

主講模式是以主講教師的講授為主體的教學(xué)模式，也是目前大多課堂采用的主流教學(xué)模式。對(duì)于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)專業(yè)而言，“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程的主講階段應(yīng)主要介紹地理時(shí)空數(shù)據(jù)管理與分析各環(huán)節(jié)中必須的理論和方法基礎(chǔ)，包括地理時(shí)空數(shù)據(jù)庫的概念、地理時(shí)空數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和索引機(jī)制、地理時(shí)空數(shù)據(jù)庫的完整性、時(shí)空長(zhǎng)事務(wù)處理、時(shí)空查詢語言、時(shí)空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、元數(shù)據(jù)、時(shí)空數(shù)據(jù)共享及時(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘與分析等理論、技術(shù)和方法。通過課堂的主講可使學(xué)生對(duì)地理時(shí)空數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、組織和管理技術(shù)有較全面的了解，讓學(xué)生掌握地理國(guó)情監(jiān)測(cè)領(lǐng)域地理時(shí)空數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的一般理論和方法，為將來從事地理國(guó)情動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理和分析奠定一般性理論和方法基礎(chǔ)。

2.2.2 案例模式

互動(dòng)教學(xué)長(zhǎng)期以來是高等教育所倡導(dǎo)的理論教學(xué)方式之一，但如何加強(qiáng)主講教師和學(xué)生之間的互動(dòng)確是一個(gè)難題，因此，理論教學(xué)往往以教師主講的模式為主。因此，時(shí)空數(shù)據(jù)庫課程的理論教學(xué)中應(yīng)將在重要知識(shí)環(huán)節(jié)中引入案例教學(xué)作為課堂教學(xué)的探索，通過案例實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生雙向交流的同時(shí)激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考的能力和創(chuàng)造性。本文研究認(rèn)為，一個(gè)案例的設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：

(1) 案例精選，根據(jù)理論知識(shí)內(nèi)容，精選具有代表性的典型案例。

(2) 案例分析。分析案例問題的層次結(jié)構(gòu)，即，要做什么？→已知和未知是什么？→怎么做？→結(jié)果是什么？通過案例分析，讓學(xué)生明白案例的學(xué)習(xí)目標(biāo)、用到的知識(shí)、重難點(diǎn)和方法。

(3) 案例實(shí)施。以案例分析為基礎(chǔ)，學(xué)生應(yīng)用所掌握的知識(shí)，自主探究、分析案例問題，協(xié)同實(shí)施，共同取得案例成果。

(4) 案例評(píng)價(jià)。對(duì)案例的實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 實(shí)踐教學(xué)探討

實(shí)踐教學(xué)體系是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)[7-8]?！皶r(shí)空數(shù)據(jù)庫”是一門理論性和實(shí)踐性相互促進(jìn)的課程，作為專業(yè)基礎(chǔ)課的“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”除了需要向?qū)W生闡釋清楚基本原理、技術(shù)思路、技術(shù)特點(diǎn)外，更重要的是要學(xué)生明白，如何應(yīng)用所講的理論知識(shí)和技術(shù)方法解決生產(chǎn)問題。通過實(shí)踐環(huán)節(jié)加強(qiáng)對(duì)理論和技術(shù)的感性認(rèn)識(shí)，促進(jìn)理論應(yīng)用。正如文獻(xiàn)[9]指出，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)是互釋、互補(bǔ)和互融的關(guān)系。因此，為了更好地配合理論教學(xué)，同時(shí)提升學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用能力，本文認(rèn)為“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程應(yīng)設(shè)計(jì)課間實(shí)習(xí)和課程實(shí)習(xí)兩階段。

“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”的課間實(shí)習(xí)穿插于理論教學(xué)期間，是為幫助學(xué)生加深對(duì)關(guān)鍵理論方法的理解和感性認(rèn)識(shí)而設(shè)計(jì)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。本文研究認(rèn)為應(yīng)針對(duì)數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)、時(shí)空數(shù)據(jù)模型、時(shí)空索引3個(gè)專題進(jìn)行設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)實(shí)習(xí)的目標(biāo)是增強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)庫的感性認(rèn)識(shí)，了解數(shù)據(jù)庫的基本操作和典型數(shù)據(jù)庫模型；時(shí)空數(shù)據(jù)模型應(yīng)設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和時(shí)空數(shù)據(jù)的組織存儲(chǔ)，讓學(xué)生掌握邏輯模型在數(shù)據(jù)庫中的作用，以及不同類型數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的邏輯組織；時(shí)空索引專題是使學(xué)生認(rèn)識(shí)索引的作用，掌握不同類型數(shù)據(jù)庫的索引建立方法。

課程實(shí)習(xí)是在理論教學(xué)結(jié)束之后，應(yīng)有益于學(xué)生對(duì)時(shí)空數(shù)據(jù)庫理論、技術(shù)方法和過程的全面理解。因此，本文認(rèn)為“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程的實(shí)習(xí)內(nèi)容不僅應(yīng)加強(qiáng)和豐富課間實(shí)習(xí)中所設(shè)置的基本內(nèi)容，還應(yīng)包括時(shí)空數(shù)據(jù)庫訪問、時(shí)空數(shù)據(jù)庫查詢、時(shí)空數(shù)據(jù)庫完整性約束、事務(wù)處理機(jī)制和時(shí)空數(shù)據(jù)庫分析等內(nèi)容的實(shí)習(xí)。

4 結(jié) 語

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的發(fā)展為我國(guó)測(cè)繪行業(yè)的飛速發(fā)展注入了新的活力,提供了新的契機(jī)。因此，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)置“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”也是地理國(guó)情監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理的要求,是順應(yīng)地理國(guó)情普查和地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理的需要?！皶r(shí)空數(shù)據(jù)庫”作為當(dāng)前地理國(guó)情監(jiān)測(cè)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其特點(diǎn)是具有一定的理論性，同時(shí)有較強(qiáng)的實(shí)踐性。因此，改變傳統(tǒng)的理論教學(xué)觀念和方式，不斷改革探索新的教學(xué)模式和方法,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,更好地講授“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”這門課程,力爭(zhēng)培養(yǎng)出具有良好時(shí)空數(shù)據(jù)管理技術(shù)的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)技術(shù)人才，是必要的，也是培養(yǎng)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)專業(yè)技術(shù)人才的要求。

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InvestigationonCurriculumConstructionofSpatio-temporalDatabaseforMajorofNationalGeographicStateMonitoring

ZHANG Penglin,DU Juan,YU Changhui,ZHOU Junqi,AI Mingyao
(School of Remote Sensing and Information Engineering, Wuhan University, Wuhan 430079， China)

According to the characteristics of the major of National Geographic State Monitoring, aiming at the plan and objectives of the major of National Geographic State Monitoring, combining the teaching and practice of the spatio-temporal database course, this paper investigates the instructional objectives, characteristics contensts and content construction. Moreover, teaching methodology and practice teaching are also the main content in the paper. The purpose of the paper is to provide some useful suggestions for curriculum construction of spatio-temporal database.

National Geographic State Monitoring; spatio-temporal database; curriculum construction; teaching

張鵬林，杜娟，余長(zhǎng)慧,等.地理國(guó)情監(jiān)測(cè)專業(yè)“時(shí)空數(shù)據(jù)庫”課程建設(shè)探索[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(10)：148-150.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0335.

2016-09-18

2015湖北省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目(2015035)

張鵬林(1970—)，男，教授，主要從事變化檢測(cè)與分析、時(shí)空數(shù)據(jù)管理、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)相關(guān)的科研與教學(xué)工作。E-mail：zpl@whu.edu.cn

杜 娟。E-mail：dujuan_rs@whu.edu.cn

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0494-0911(2017)10-0148-03