地理国情监测专业“时空数据库”课程建设探索

张鹏林，杜 娟，余长慧，周军其，艾明耀

(武汉大学遥感信息工程学院，湖北 武汉 430079)

地理国情监测专业“时空数据库”课程建设探索

张鹏林，杜 娟，余长慧，周军其，艾明耀

(武汉大学遥感信息工程学院，湖北 武汉 430079)

依据地理国情监测新型专业的特点，结合“时空数据库”的教学与实践，针对地理国情监测专业的专业规划和培养目标，对“时空数据库”课程的目标、特点、内容体系、教学方法和实践环节进行了探讨和论述，为时空数据库课程建设和内容的优化提供了建议。

地理国情监测；时空数据库；课程建设；教学

早在2010年地理国情监测提出之初，陈俊勇院士就前瞻性指出地理国情反映的是一个国家赖以存在的疆域、地形地貌、自然资源、土地利用、土地覆盖、生态、环境、气候等因素的状态，以及它们所呈现出的区别于其他国家的量化信息、动态过程和空间特征[1]。此间不难发现，地理国情监测与地理现象的时空过程有着天然不可分割的联系。时空数据库成为地理国情动态过程和空间特征监测的科学基础和驱动。培养时空数据组织和管理的专业人才或掌握相关基础理论和技能的人才成为一项重要的工作。特别是教育部于2012年2月公布了2011年度高等学校本科专业设置备案或审批结果，其中，明确规定地理国情监测(080905S)为高等学校本科专业[2]。同年，武汉大学率先在国内高校开设了地理国情监测本科专业并开始招生。在武汉大学的组织下，经过相关行业和专业的专家充分酝酿、讨论和修改后，提出的地理国情监测专业人才培养方案中将时空数据库作为该专业的基础课程。陈江平等[3]将“空间数据库”课程列为地理国情监测技术专业的专业主干课程。因此，时空数据库课程的内容设置和建设对地理国情监测专业技术人才的培养具有非常重要意义。

课程建设一般包括大纲建设、理论教学内容规划、实践教学和教材等环节的建设。然而，根据本文研究所了解的信息，国内外高校的相关专业中，除武汉大学地理国情监测专业外，鲜有将时空数据库设置为一门独立的专业基础课程的。因此，关于课程大纲、理论教学内容、实践教学，在武汉大学的地理国情监测专业建设中虽经过了反复讨论和修改，但随着地理国情专业建设的逐步完善，时空数据库课程的建设还需要进一步完善。教材的建设是课程建设的重要内容之一，时空数据库有关的编著近年在图书市场中虽不能说空白，但针对专业基础教材的要求，其内容体系的完整性和系统性有待进一步完善。

基于“时空数据库”课程设置的必要性，并针对“时空数据库”课程建设的现状，本文从地理国情监测专业的特点出发，探讨“时空数据库”课程目标、内容、实践环节和教学方法等的建设思路，为“时空数据库”课程内容的优化和体系的完善提供建议。

1 课程特点

“时空数据库”课程是针对地理国情监测专业对于时变动态数据管理的需求而设置的课程。地理国情监测数据具有动态性、空间几何、非结构化、空间关系、多源、多尺度和海量的特征[4]。因此，相对于常规数据库或空间数据库而言，地理国情监测时空数据管理和时空数据库显得更为复杂。为了适应地理国情监测动态数据管理的需求，“时空数据库”课程的特点可以归纳为以下几点：

(1) 内容全面。为了让学生掌握动态、非结构化和具有时空关系数据的组织管理理论和技术，“时空数据库”课程不仅要涵盖常规数据库、空间数据库、时态数据库的理论技术，更需要包括时空一体化组织、存储和管理的一般理论方法。

(2) 模型复杂。时空数据库模型要求能对既有空间参考又有时间参考的数据进行组织，即实现时变空间数据的逻辑组织，因此，其模型相对于常规数据库模型、空间数据库模型和时态数据库模型要复杂得多。

(3) 实践性强。时空数据库不仅要求学生掌握数据管理、数据库有关的基础理论和一般性技术，还要求学生能够掌握如何将一般性理论应用于实践，解决地理国情普查、监测动态数据管理的问题。

(4) 时空分析复杂。不同于空间数据库，时空数据库用于管理海量的时变数据，其分析不仅涉及空间关系问题，还包括时间关系；不仅是空间分布问题，更重要的是时空动态建模是可靠性地理国情监测的基础理论[5]。因此，时空数据库分析模型和方法比常规数据库、空间数据库都要复杂得多。

(5) 数据的多维性。时空数据库管理的是随时间变化的时变空间数据，数据维数在空间维的基础上增加了时间维，因此，时空数据库的结构具有多维性。

2 理论教学探讨

任何一个专业要培养适应社会发展的创新性人才,必须要有新的课程理念、课程制度、课程实施方法及手段，以确保学生在社会环境中个性能够健康发展,尤其是创新思想、创新意识和创新能力的培育与发展[6]。因此，针对地理国情监测对时空动态数据的管理需求，本文对“时空数据库”课程的内容体系和教学方法进行了探讨。

2.1 理论教学内容

根据创新、以人为本和地理国情监测人才知识结构的需求，本着不再增加前导基础课程，同时保证知识体系的完整性和系统性，“时空数据库”课程的课堂教学内容应包括：数据库基础、空间数据及其表达、时空数据组织、时空数据逻辑模型、时空数据管理和时空数据分析与挖掘等模块。“时空数据库”课程的具体内容体系如图1所示。

图1 时空数据库课程内容体系

图1中，时空数据库的内容设置兼顾了数据库、空间数据库和时态数据库的知识及其理论方法。通过“时空数据库”课程的学习，让学生具备数据、空间数据、时态数据和时空数据的组织、存储、管理和分析的能力。这样，一方面可以减轻因需要开设数据库、空间数据库等先导课程而给学生造成的课程负担；另一方面，可以有效避免基础理论在内容上的重复。

2.2 理论教学方法

针对地理国情监测对时空动态数据管理人才的能力需求，本文认为“时空数据库”课程的理论部分仍应以主讲模式为主，配合以适当课时的案例教学模式，以激发学生独立思考的能力。

2.2.1 主讲模式

主讲模式是以主讲教师的讲授为主体的教学模式，也是目前大多课堂采用的主流教学模式。对于地理国情监测专业而言，“时空数据库”课程的主讲阶段应主要介绍地理时空数据管理与分析各环节中必须的理论和方法基础，包括地理时空数据库的概念、地理时空数据的存储和索引机制、地理时空数据库的完整性、时空长事务处理、时空查询语言、时空间数据标准、元数据、时空数据共享及时空大数据挖掘与分析等理论、技术和方法。通过课堂的主讲可使学生对地理时空数据的存储、组织和管理技术有较全面的了解，让学生掌握地理国情监测领域地理时空数据库设计与实现的一般理论和方法，为将来从事地理国情动态监测数据管理和分析奠定一般性理论和方法基础。

2.2.2 案例模式

互动教学长期以来是高等教育所倡导的理论教学方式之一，但如何加强主讲教师和学生之间的互动确是一个难题，因此，理论教学往往以教师主讲的模式为主。因此，时空数据库课程的理论教学中应将在重要知识环节中引入案例教学作为课堂教学的探索，通过案例实现教师和学生双向交流的同时激发学生独立思考的能力和创造性。本文研究认为，一个案例的设计应包括以下几个方面：

(1) 案例精选，根据理论知识内容，精选具有代表性的典型案例。

(2) 案例分析。分析案例问题的层次结构，即，要做什么？→已知和未知是什么？→怎么做？→结果是什么？通过案例分析，让学生明白案例的学习目标、用到的知识、重难点和方法。

(3) 案例实施。以案例分析为基础，学生应用所掌握的知识，自主探究、分析案例问题，协同实施，共同取得案例成果。

(4) 案例评价。对案例的实施效果进行评价。

3 实践教学探讨

实践教学体系是应用型人才培养的重要环节[7-8]。“时空数据库”是一门理论性和实践性相互促进的课程，作为专业基础课的“时空数据库”除了需要向学生阐释清楚基本原理、技术思路、技术特点外，更重要的是要学生明白，如何应用所讲的理论知识和技术方法解决生产问题。通过实践环节加强对理论和技术的感性认识，促进理论应用。正如文献[9]指出，理论教学和实践教学是互释、互补和互融的关系。因此，为了更好地配合理论教学，同时提升学生对理论知识的应用能力，本文认为“时空数据库”课程应设计课间实习和课程实习两阶段。

“时空数据库”的课间实习穿插于理论教学期间，是为帮助学生加深对关键理论方法的理解和感性认识而设计的实践环节。本文研究认为应针对数据库基础、时空数据模型、时空索引3个专题进行设计。数据库基础实习的目标是增强学生对数据库的感性认识，了解数据库的基本操作和典型数据库模型；时空数据模型应设计统计数据、空间数据和时空数据的组织存储，让学生掌握逻辑模型在数据库中的作用，以及不同类型数据在数据库中的逻辑组织；时空索引专题是使学生认识索引的作用，掌握不同类型数据库的索引建立方法。

课程实习是在理论教学结束之后，应有益于学生对时空数据库理论、技术方法和过程的全面理解。因此，本文认为“时空数据库”课程的实习内容不仅应加强和丰富课间实习中所设置的基本内容，还应包括时空数据库访问、时空数据库查询、时空数据库完整性约束、事务处理机制和时空数据库分析等内容的实习。

4 结 语

地理国情监测的发展为我国测绘行业的飞速发展注入了新的活力,提供了新的契机。因此，地理国情监测专业基础课程设置“时空数据库”也是地理国情监测动态数据管理的要求,是顺应地理国情普查和地理国情监测数据管理的需要。“时空数据库”作为当前地理国情监测专业的一门重要的专业基础课程，其特点是具有一定的理论性，同时有较强的实践性。因此，改变传统的理论教学观念和方式，不断改革探索新的教学模式和方法,充分调动学生的学习积极性,提高学生的学习兴趣,更好地讲授“时空数据库”这门课程,力争培养出具有良好时空数据管理技术的地理国情监测技术人才，是必要的，也是培养地理国情监测专业技术人才的要求。

[1] 陈俊勇. 地理国情监测的学习札记[J].测绘学报，2012，41(5)：633-635.

[2] 中华人民共和国教育部. 教育部关于公布2011年度高等学校本科专业设置备案或审批结果的通知[EB/OL].2012-02-28[2016-03-24].http:∥www.gov.cn/zwgk/2012-02/28/content_2078487.htm.

[3] 陈江平，潘励，单杰. 浅谈地理国情监测技术专业课程体系建设[J]. 测绘通报，2013(10): 125-128.

[4] 史文中. 地理国情监测理论与技术[M]. 北京：科学出版社，2013.

[5] 史文中, 秦昆, 陈江平，等. 可靠性地理国情动态监测的理论与关键技术探讨[J]. 科学通报，2012，57(24)：2239-2248.

[6] 许才军. 测绘工程专业课程创新体系初探[J]. 测绘通报，2007(11):74-77.

[7] 张明华, 肖桂荣, 张爱国,等. 面向经济建设的测绘工程专业课程体系探讨[J]. 测绘工程，2013, 22(3):93-96.

[8] 焦明连．产学合作教育培养测绘应用型创新人才的探索[J]．测绘工程，2011，20(1):74-76．

[9] 甄阜铭. 理论教学与实践教学的同构关系[J]. 现代教育科学，2011(5):78-80.

[10] 赵健赟，宋宜容.测绘工程专业地理国情监测人才体系的构建与探索[J].测绘通报，2015(2)：125-128.

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

张鹏林，杜娟，余长慧,等.地理国情监测专业“时空数据库”课程建设探索[J].测绘通报，2017(10)：148-150.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0335.

2016-09-18

2015湖北省高等学校省级教学研究项目(2015035)

张鹏林(1970—)，男，教授，主要从事变化检测与分析、时空数据管理、地理国情监测相关的科研与教学工作。E-mail：zpl@whu.edu.cn

杜 娟。E-mail：dujuan_rs@whu.edu.cn

G64

A

0494-0911(2017)10-0148-03