數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)教學(xué)方法研究

黃式東　朱海龍　梁侃　薛瑞

[摘 要]目前的課程教學(xué)環(huán)節(jié)過于注重教學(xué)結(jié)果，而沒有把學(xué)生接受知識的一般過程放在重要的位置。教師可以以數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)為例，采用循序漸進的教學(xué)方法。首先介紹數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生的原因，其次探討數(shù)據(jù)庫的概念模型、邏輯模型和物理模型，最后分析數(shù)據(jù)庫相關(guān)知識的系統(tǒng)性。這樣能使學(xué)生對知識的產(chǎn)生和應(yīng)用理解得更加深刻，從而吸引學(xué)生對知識產(chǎn)生興趣，減輕應(yīng)試教育對學(xué)生的消極影響，使之主動快樂地學(xué)習(xí)。

[關(guān)鍵詞]數(shù)據(jù)庫；教學(xué)方法；關(guān)系模型

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）02-0070-02

當(dāng)前的應(yīng)試教育存在很多弊端，造成相當(dāng)多的學(xué)生在不同階段和層次上成為被淘汰的對象；出現(xiàn)了學(xué)生圍著分數(shù)學(xué)，教師圍著分數(shù)教的現(xiàn)象；一些教師只注重學(xué)生的應(yīng)試能力，教學(xué)過程缺乏應(yīng)有的深度和廣度。這些現(xiàn)象挫傷了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也很難培養(yǎng)出有素質(zhì)和能力的人才。教師應(yīng)該采用符合人才和知識發(fā)展規(guī)律的教學(xué)方法，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的教學(xué)過程中也應(yīng)該以循序漸進的方式介紹該領(lǐng)域的知識，使學(xué)生理解知識之間的關(guān)聯(lián)性。首先要講解清楚知識產(chǎn)生的原因，然后介紹該領(lǐng)域的具體知識，最后要說明知識之間的連貫性和系統(tǒng)性，使學(xué)生認識到將來還有很大的學(xué)習(xí)和探索空間。

一、數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生的原因

隨著計算技術(shù)在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)量變得越來越大，比如騰訊、百度、谷歌等公司的很多應(yīng)用，每天都有大量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生。紐約證券交易所每天產(chǎn)生1TB的交易數(shù)據(jù)；著名社交網(wǎng)站Facebook的主機存儲著約100億張照片，占PB級存儲空間；Ancestry.com家譜網(wǎng)站存儲著2.5PB數(shù)據(jù)；互聯(lián)網(wǎng)檔案館（The Internet Archive）存儲著2PB的數(shù)據(jù)，并以每月至少20TB的速度增長；瑞士日內(nèi)瓦附近大型強子對撞機每年產(chǎn)生約15PB的數(shù)據(jù)。據(jù)IDC統(tǒng)計，到2011年全球數(shù)據(jù)總量已達到1.8ZB，并且數(shù)據(jù)量仍在快速地增長。[1]如此海量的數(shù)據(jù)應(yīng)該如何組織和管理，需要新的技術(shù)來解決這一難題。在這種背景下，數(shù)據(jù)庫技術(shù)誕生了。比如目前學(xué)生都會使用到的網(wǎng)上選課系統(tǒng)。該系統(tǒng)中主要涉及與學(xué)生、教師和課程相關(guān)的數(shù)據(jù)。那么這些數(shù)據(jù)應(yīng)該按照一種什么樣的方式來組織，才能更有效地支持上層應(yīng)用程序的實施？數(shù)據(jù)庫技術(shù)就在此背景下誕生了。這種傳授知識的方式描述了數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生的原因是為了解決社會的需求。學(xué)習(xí)了這些知識，學(xué)生清楚了數(shù)據(jù)技術(shù)的意義，這樣能夠更好地激發(fā)學(xué)生對該技術(shù)的興趣，有助于學(xué)生對本領(lǐng)域知識的探索和學(xué)習(xí)。

二、數(shù)據(jù)的概念模型描述方式

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圖1 選課場景的E-R圖

社會實際的應(yīng)用中涉及多個實體對象、多種關(guān)系，這些對象和他們之間復(fù)雜的關(guān)系用什么方式來表達，導(dǎo)致出現(xiàn)了數(shù)據(jù)的概念模型，概念模型是對現(xiàn)實世界事物的一種抽象描述。對于現(xiàn)實生活中的選課情形，在概念層面上對其應(yīng)該如何描述，如何構(gòu)建模，才能夠清晰地指導(dǎo)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建。于是出現(xiàn)了概念模型的建模方法——E-R圖[2]，對于選課情形的E-R圖如圖1所示。把選課系統(tǒng)的學(xué)生、課程實體用矩形表示；每個實體的屬性用橢圓形表示學(xué)生具有學(xué)號、姓名和專業(yè)等屬性；實體和實體之間的聯(lián)系用菱形表示，如學(xué)生和課程之間的選修關(guān)系；實體和實體之間的聯(lián)系的本身也可以有自己的屬性，如選修具有成績和選修時間這兩個屬性。有了這個E-R圖之后就可以很方便地得到數(shù)據(jù)庫的邏輯模型。如果數(shù)據(jù)庫是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，可以把E-R圖中每個實體轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)庫中的一個表，實體和實體之間的聯(lián)系也可以轉(zhuǎn)化成與之對應(yīng)的一張二維表。如此講解之后學(xué)生能夠很好地理解E-R圖建模工具出現(xiàn)的原因，以及它在數(shù)據(jù)庫構(gòu)建過程中所起的作用。

三、數(shù)據(jù)的邏輯模型

有了數(shù)據(jù)的概念模型之后，這些數(shù)據(jù)在邏輯上應(yīng)該按照一種什么形式組織，軟件才能更好地操縱它們，這些是很多學(xué)者研究的內(nèi)容之一，于是出現(xiàn)了多種數(shù)據(jù)邏輯模型。如常見的層次數(shù)據(jù)模型、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型和關(guān)系型數(shù)據(jù)模型等。對于上述的選課應(yīng)用情形，數(shù)據(jù)分別采用網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型和關(guān)系型數(shù)據(jù)模型組織，情況分別如圖2和圖3所示。[3]現(xiàn)在如果實體個數(shù)很多，并且實體與實體之間有很復(fù)雜的聯(lián)系，如果采用網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型，最終它們會形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，那么處理這些數(shù)據(jù)及關(guān)系，就需要與之相適應(yīng)的軟件工具來支持；如果采用關(guān)系型數(shù)據(jù)模型，最終在數(shù)據(jù)庫中會形成多個二維表，如圖2所示，對這些數(shù)據(jù)的操作也需要相應(yīng)的軟件工具來處理。這樣能夠使學(xué)生認識到數(shù)據(jù)的邏輯模型可以有多種不同的組織方式，采用不同的數(shù)據(jù)模型需要不同的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，還能使其認識到這些內(nèi)容都是科研工作者需要研究的內(nèi)容。

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圖2 選課系統(tǒng)的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型

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圖3 選課系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)模型

四、數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)

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圖4 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)

上面介紹的這些數(shù)據(jù)的邏輯模型，以及這些數(shù)據(jù)在物理形式上應(yīng)該如何組織，是數(shù)據(jù)的物理存儲結(jié)構(gòu)研究的范疇。比如對于圖2中網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)可以采用圖4所示的存儲結(jié)構(gòu)；現(xiàn)在如果想查看學(xué)生S1選修了哪些課程，成績分別是多少，可以從S1出發(fā)，沿著S1的指針向前走，可以走到（S1 C1 A）記錄，可知S1選修了課程C1，該門課程的成績?yōu)锳；然后繼續(xù)往前走，走到記錄（S1 C2 A），可知S1選修了課程C2，該門課程的成績也為A；然后再往前走，又回到了S1，即可知學(xué)生S1總計選修了課程C1、C2，課程C1的成績是A，課程C2的成績是C2。按照同樣的方法，從C1出發(fā)，走一圈，可以得到課程C1被哪些學(xué)生選修，成績?yōu)槎嗌?。同樣如果學(xué)生現(xiàn)在想退選某門課程，那么從上圖中刪除數(shù)據(jù)又該怎么操作，查找、修改圖中的數(shù)據(jù)又該怎么操作，這些都是值得研究的問題。同時，網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型還可以采用其他的存儲結(jié)構(gòu)，同樣對于關(guān)系模型也有著多種存儲方式，對不同的存儲結(jié)構(gòu)又有著不同的數(shù)據(jù)操縱方法。這樣講解之后能夠擴寬學(xué)生的知識面，使學(xué)生認識到哪些知識點是值得深入研究和學(xué)習(xí)的內(nèi)容，從而培養(yǎng)學(xué)生的研究興趣。

五、闡述知識的系統(tǒng)性

日常使用的選課系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。對于數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)，使用E-R圖進行建模；關(guān)于數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，使用關(guān)系模型；關(guān)于數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)，可以使用文件存儲方式來存放數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)的操作需要多方面的技術(shù)來支持。介紹這些知識之后，使學(xué)生認識到自己所學(xué)的知識原來是這樣相互關(guān)聯(lián)的，具有系統(tǒng)性。教師在系統(tǒng)性地講解現(xiàn)有知識時，還要點出即將出現(xiàn)的新問題和新技術(shù)。如海量數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，導(dǎo)致已有的數(shù)據(jù)庫技術(shù)不能很好地適用各種場景。對海量數(shù)據(jù)的存儲、計算和傳輸，促成了現(xiàn)在的固態(tài)硬盤技術(shù)、分布式計算、并行計算技術(shù)、光纖通信技術(shù)的出現(xiàn)。這樣使學(xué)生對知識有一個系統(tǒng)性的認識，能夠很好地激發(fā)學(xué)生探索和學(xué)習(xí)新知識的興趣。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] Tom White. Hadoop權(quán)威指南[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.

[2] 吳開軍，鄭衛(wèi)東.選課系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，1996.

[3] 王珊，薩師煊.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4] 談曉勇，肖偉.信息管理專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革途徑實踐研究[J].大學(xué)教育，2013（5）：54.

[責(zé)任編輯：劉鳳華]