李世祥，王日升，赵之仲，赵瑜隆

（山东交通学院，山东济南 250357）

一、背景

地理位置信息与人类、社会、经济等多领域息息相关，是信息集合中非常重要的信息来源[1]。有研究表明，人类活动中80%的信息都与地理位置信息有关联。地理信息科学就是以地理位置信息为核心及研究对象的一门科学[2]。地理信息科学（Geographic Information Science，简称“GIS”）是一门研究地理信息的采集、显示、存储、管理、应用，以及地理信息流的产生、传输和转化规律的科学[3]。因此，在GIS中，我们需要对地理位置信息进行有效管理。空间数据库作为一种能够有效地存储、操作和管理包含地理位置信息空间数据的数据库管理系统，在GIS专业的人才培养中占据着非常重要的位置[4]。因此，国内外很多大学均将空间数据库课程作为GIS专业的核心课程进行讲授[5]。本文分析了美国加州大学圣芭芭拉分校、波士顿大学、马里兰大学等GIS专业的知名高校的课程体系设置及讲授特点，并重点研究空间数据库课程的讲授特点，以供相关学校借鉴。

二、国外空间数据库课程讲授的基本特点

（一）学习目标

空间数据库作为GIS专业的核心课程，其主要学习目标为：理解数据库和空间数据库的基本概念和理论；掌握空间数据库的设计与应用；通过相关实验练习，掌握空间数据库的操作。课堂内容主要涉及以下知识点：数据库简介；数据库的设计、查询、操作；面向对象数据库；基于网络的数据库与GIS的互操作；空间数据库以及相关的操作（空间拓扑查询、空间索引等）；B/S（浏览器/服务器）模式下的空间数据库开发设计。

（二）师资配备及班级学生规模

一般情况下，该课程的师资配备为：主讲教师1名，助教1～2人（2人居多）。其中，主讲教师主要负责课程的课堂讲授工作，助教主要负责与该课程相关的实验课程指导、作业批阅、软硬件配置、学习账号分配等相关辅助性工作。班级学生规模一般为不超过40人的小班化教学。这种小班化教学以及合理的师生配比，能够保障在师生互动时，学生都能够较好地得到教师的指导。相比较而言，国内在这方面显得有些不足。部分院校由于师资力量不足，往往采用大班授课，这样教师很难充分地掌握每名学生的学习情况，也很难对学生给予有针对性的指导。

（三）课程授课环节设置

国外大学在空间数据库课程中设置的主要环节有：上课（Lecture）、实验（Lab）、课后作业（Homework）以及课程项目（Project）。其中，上课课时为20个课时左右，实验为5～8个，课后作业3～5次，课程项目1个。这与国内的空间数据库授课大致相当，但国内的空间数据库课程一般缺少课程项目这一项。课程项目主要是学生利用所学的知识，依据某一自己感兴趣的领域，进行数据库的分析、设计以及操作应用。课程项目能较好地考查学生的自我学习能力、综合运用能力。

（四）课程授课用到的主流数据库软件

空间数据库课程授课的主流软件主要有两大类：一类是非开源软件，主要以Oracle商业软件为代表；另一类是开源免费软件，主要以PostgreSQL、MySQL为代表。国外知名大学的空间数据库课程均选用了这两类软件。但可能是出于对知识产权的考虑，学校也没有购买Oracle商业软件，选用开源免费软件的学校居多。这一点与国内也有所不同。国内的空间数据库讲授，学校采用Oracle软件的居多。国内知名网上书店的相关图书也以Oracle软件的相关书籍为主。不过，目前，国内的空间数据库讲授有的也开始逐渐转向开源免费软件。目前，市场上很多有GIS业务的企业，在数据库选型上，也倾向于选用开源免费软件的数据库软件PostgreSQL、MySQL。这也在一定程度上影响了国内空间数据库课程的软件选用。PostgreSQL的页面如图1所示。

图1 数据库教学用到的开源数据库软件PostgreSQL

（五）学校选用的辅助软件工具

国外知名大学的空间数据库课程除了选用主流的数据库软件外，还会选用一些与空间数据库学习相关的辅助软件工具，一是为了方便学生进行学习，二是为了让学生熟悉和掌握更多的工具性软件，提高学生的学习能力和动手能力。

学校选用的辅助软件工具如下。

1.PostGIS

PostGIS 是PostgreSQL 对象关系数据库的空间数据库扩展。PostGIS的页面如图2所示。PostgreSQL通过PostGIS存储空间数据。PostGIS提供如下空间信息服务功能：空间对象、空间索引、空间操作函数和空间操作符。同时，PostGIS遵循OpenGIS的规范。PostGIS支持所有的空间数据类型，这些空间数据类型包括点、线、多边形、多点、多线、集合对象集等。PostGIS 是一个开源项目，PostGIS 源代码在 GNU 通用公共许可证下发布。因此，国外知名大学在讲授空间数据库时，之所以要介绍及使用PostGIS软件，主要是为了对PostgreSQL 对象关系数据库进行扩展，以便更好地支持空间数据。

图2 与空间数据库学习相关的辅助软件工具PostGIS

2.ArcGIS

ArcGIS是Esri公司一款专注于GIS领域的专业软件。Esri公司占据全球GIS市场45%的份额，为GIS软件的领跑者。ArcGIS软件在众多领域均有较为深入的应用，包括规划和分析、资产管理、经营意识、现场操作、市场调研、资源管理、物流、教育和延伸服务等领域。ArcGIS作为一款成熟的GIS软件，对空间数据的展示及应用都有非常友好的支持。ArcGIS提供了大量的API空间数据操作接口供用户去调用和使用空间数据库中的空间数据。因此，国外的教师在讲授空间数据库时，一般都会涉及ArcGIS与空间数据库的配合使用。

3.Visual Studio Code

Visual Studio Code是美国微软公司旗下用于软件开发的开发平台，包括开发工具包、UML工具、代码管控工具、集成开发环境等软件开发与管理工具。Visual Studio Code提供了大量的软件开发模块，供用户能够快速上手进行开发。在GIS应用领域，应用于互联网的Web GIS需要通过软件开发来实现。Visual Studio Code无疑为Web GIS的开发提供了良好的开发工具。Web GIS的开发与应用离不开后台空间数据库的操作。空间数据库课程的教师需要学习和了解Web GIS的开发，尤其是对空间数据库的空间数据进行操作。因此，国外的空间数据库老师在讲授空间数据库时，也会涉及Visual Studio Code的应用。Visual Studio Code的页面如图3所示。

图3 与空间数据库学习相关的辅助软件工具Visual Studio Code

4.Apache、PHP

Apache作为一款Web服务器软件，在全球开源Web服务器领域排名首位。相关人员将开发的领域应用Web GIS软件部署在互联网平台上时，则需要运用Apache 软件。因此，国外的空间数据库老师在讲授空间数据库时，也会涉及Apache的操作与使用。

PHP（Hypertext Preprocessor），即超文本预处理器，主要用于在服务器端执行的脚本语言，它在Web GIS 开发中有较好的应用。因此，在空间数据库的授课过程中，教师的讲解也会涉及PHP的一些简单应用。

（六）国外的空间数据库课程对学生的自学能力要求较高

国外知名高校的教师在讲授空间数据库课程时，课程讲授时间比较少，但是讲授的内容非常丰富，这就要求学生在课后进行大量的自我学习。但是这种自学又不是学生盲目地自我学习，而是一种引导式的、启发式的自我学习。具体表现：教师讲授的虽然是空间数据库的知识点，但是也要求学生了解和掌握空间数据库的应用，主要是Web GIS领域项目中的应用。这就要求学生去主动学习和掌握大量的相关软件，开发出Web GIS 项目并对空间数据库的空间数据进行操作和使用。这个Web GIS项目或许不是很复杂，但是基本的流程和步骤都做到了覆盖。这部分对学生的培养主要体现在学生最后提交的一个课程项目（Project）大作业上。

三、总结

空间数据库课程在GIS专业的人才培养上，中外高校都将其作为核心课程来开设。本文选取了国外几个知名高校的空间数据库课程进行研究。这些高校的空间数据库课程在讲授过程中，注重学生自学能力的培养，采用启发式教学，让学生在学习过程中掌握大量与空间数据库相关的软件及技能，使学生不仅能掌握空间数据库的概念、操作，而且能从Web GIS 的角度了解空间数据库的应用。国外高校通过一门空间数据库课程的讲授培养学生的自学能力及相关技能，注重学生对知识的掌握与应用，这是值得国内高校学习和借鉴的。