楊雪峰

(新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830054)

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“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論”互動(dòng)式課件的研究與實(shí)現(xiàn)

楊雪峰

(新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830054)

摘要：本文針對(duì)“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論”教學(xué)中理論與實(shí)踐脫節(jié)的情況，提出了互動(dòng)式教學(xué)觀點(diǎn)并開發(fā)了相應(yīng)的CAI課件，嘗試把課程中抽象理論的教學(xué)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榭刹僮鞯纳蠙C(jī)實(shí)踐教學(xué)方式。文中介紹了該課件不同模塊的設(shè)計(jì)原則和功能實(shí)現(xiàn)，并說(shuō)明了各模塊對(duì)傳統(tǒng)理論教學(xué)方式的影響。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理；互動(dòng)式教學(xué)； DELPHI

0引言

“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論”是計(jì)算機(jī)專業(yè)和信息專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，其理論性和實(shí)踐性都非常強(qiáng)。但在課堂講解中存在可操作性與實(shí)踐結(jié)合不夠密切的問(wèn)題，造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中理解困難，影響其學(xué)習(xí)熱情，很難達(dá)到應(yīng)有的教學(xué)效果[1]。

很多教學(xué)工作者利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI(Computen Aided instruction)的手段，提出改進(jìn)“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論”教學(xué)效果的諸多方法。如文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]都在這方面作了報(bào)道。本文為了進(jìn)一步提高“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論”CAI的有效性，在傳統(tǒng)CAI軟件基礎(chǔ)上開發(fā)了該課程互動(dòng)式CAI課件。

1傳統(tǒng)CAI存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論”CAI比較注重教學(xué)的表現(xiàn)形式，通常使用PPT的展示方式，雖然減輕了教師板書的負(fù)擔(dān), 增加了授課的信息量;但教師對(duì)課件的依賴常常會(huì)加快演示節(jié)奏, 學(xué)生的思維難以跟上[4]。有些CAI在此基礎(chǔ)上加入了Flash動(dòng)畫講解形式，增強(qiáng)了解釋復(fù)雜概念的能力，但依然只是單向的信息傳輸[5]。目前, 國(guó)內(nèi)高校“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論”課程的授課大多采用這兩類CAI 課件。

以我校地理信息系統(tǒng)專業(yè)采用的教材“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)教程(第三版)”為例[6]，比較抽象的概念如：運(yùn)算理論中的關(guān)系代數(shù)、規(guī)范化設(shè)計(jì)當(dāng)中的函數(shù)依賴和范式、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)內(nèi)容的ER模型及與關(guān)系模式轉(zhuǎn)換等內(nèi)容，對(duì)于學(xué)生來(lái)講抽象度高、理論性強(qiáng)，這些內(nèi)容教師在講解時(shí)會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間，但是學(xué)生理解掌握得依然不深，一個(gè)原因是理論細(xì)節(jié)過(guò)于復(fù)雜，學(xué)生僅靠課堂上的時(shí)間很難理解這些概念；二是可操作性差，理論講完了但學(xué)生沒(méi)有實(shí)踐的經(jīng)歷，不知道理論與實(shí)踐應(yīng)用的關(guān)系，因此理論內(nèi)容的理解難以深入。我們?cè)陂L(zhǎng)期教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，針對(duì)以上問(wèn)題開發(fā)了一套“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論”互動(dòng)式CAI課件，在一定程度上解決了上述問(wèn)題，取得了較好的教學(xué)效果。

2互動(dòng)式CAI課件的實(shí)現(xiàn)

1) 實(shí)現(xiàn)技術(shù)

互動(dòng)式CAI課件采用Delphi語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，采用Access數(shù)據(jù)庫(kù)在后臺(tái)統(tǒng)一管理所有數(shù)據(jù)和資料。數(shù)據(jù)訪問(wèn)采用微軟公司的ADO技術(shù)，采用Shockwave Flash控件實(shí)現(xiàn)Flash功能。整個(gè)課件集成度高，組成的各個(gè)模塊可以配合使用也可以單獨(dú)使用并可以隨時(shí)切換，軟件無(wú)需安裝，可運(yùn)行在Windows XP以上系統(tǒng)當(dāng)中。

2) 課件功能

開發(fā)的新課件除擁有常規(guī)CAI的功能，如PPT模塊，負(fù)責(zé)演示動(dòng)態(tài)文字資料；Flash動(dòng)畫模塊，負(fù)責(zé)展示課堂教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中一些復(fù)雜的理論內(nèi)容；習(xí)題測(cè)試模塊，負(fù)責(zé)課堂上練習(xí)，測(cè)試學(xué)生掌握的情況；資料管理模塊，可以制作存儲(chǔ)文字圖片資料。課件最大的特點(diǎn)是擁有一些互動(dòng)性強(qiáng)的模塊，例如針對(duì)關(guān)系代數(shù)運(yùn)算、函數(shù)依賴推算和范式判斷、無(wú)損分解測(cè)試、ER模型繪制和向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換等理論內(nèi)容都對(duì)應(yīng)有可操作模塊,還集成了SQL語(yǔ)言的上機(jī)環(huán)境。不僅可以輔助教師課堂理論講解，還能夠?qū)崿F(xiàn)抽象理論內(nèi)容的上機(jī)操作，提供了教師課堂教學(xué)、學(xué)生課堂學(xué)`習(xí)和課后自學(xué)的有效環(huán)境，這是傳統(tǒng)教學(xué)課件不具備的。

課件構(gòu)成如圖1所示：

圖1　課件構(gòu)成

3) 課件主要模塊介紹

(1) PPT展示模塊—系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)PPT授課的功能，具有PPT演示的通用操作能力，如頁(yè)面與目錄的相互切換，前進(jìn)和回退；圖片的放大縮?。粫灤鎯?chǔ)等。

(2) 動(dòng)畫展示模塊—該模塊針對(duì)一些理論性強(qiáng)，講解步驟繁多的內(nèi)容，如集合操作運(yùn)算、相關(guān)子查詢和嵌套查詢等等，制作了相應(yīng)的Flash動(dòng)畫，一是方便教師課堂講解，二是方便學(xué)生課后復(fù)習(xí)。該模塊利用了系統(tǒng)的Flash控件，具有播放Flash動(dòng)畫所需的一般功能。

(3)關(guān)系代數(shù)模塊—關(guān)系代數(shù)表達(dá)式和關(guān)系代數(shù)運(yùn)算的講解過(guò)去多是教師板書演示，學(xué)生疲于記筆記，無(wú)法體會(huì)關(guān)系代數(shù)的實(shí)際價(jià)值，相比較而言，與此內(nèi)容相關(guān)的SQL部分因?yàn)椴僮餍詮?qiáng),上機(jī)實(shí)踐容易，更易得到重視，而關(guān)系代數(shù)的教學(xué)則容易被弱化。為了解決這一問(wèn)題，本模塊實(shí)現(xiàn)了關(guān)系代數(shù)表達(dá)式解釋運(yùn)行引擎，可以執(zhí)行關(guān)系代數(shù)的五個(gè)基本操作和4個(gè)組合操作。可以直接輸入數(shù)據(jù)庫(kù)的表格數(shù)據(jù)，輸入關(guān)系代數(shù)語(yǔ)句，運(yùn)行并查看結(jié)果，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行，學(xué)生們對(duì)關(guān)系代數(shù)的這些概念就有了直觀的印象和理解。模塊還可以把關(guān)系代數(shù)表達(dá)式轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的SQL語(yǔ)句，讓學(xué)生們了解兩者之間的關(guān)系，真正理解各相關(guān)知識(shí)點(diǎn)在整個(gè)體系中的聯(lián)系。該模塊是體現(xiàn)本課件互動(dòng)性和實(shí)踐性特點(diǎn)的一個(gè)典型模塊。

(4)函數(shù)依賴和范式判斷模塊—函數(shù)依賴和范式判斷因?yàn)槌橄蟪潭雀撸恢币詠?lái)都是“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論”教學(xué)中的難點(diǎn)，本模塊首先把相關(guān)的理論概念變成可以實(shí)現(xiàn)的操作，如在相關(guān)屬性中存在的函數(shù)依賴集的自動(dòng)判斷，查找候選鍵、主鍵、最小函數(shù)依賴集的自動(dòng)計(jì)算以及2NF、3NF和BCNF的自動(dòng)判斷，學(xué)生通過(guò)對(duì)不同數(shù)據(jù)的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，特別是系統(tǒng)自帶的一些與實(shí)際聯(lián)系緊密的數(shù)據(jù)，可以逐步了解到這些概念的實(shí)際意義和實(shí)踐價(jià)值，也對(duì)學(xué)生的課后學(xué)習(xí)和練習(xí)提供了參考的工具。該模塊還對(duì)本課程要求的掌握“使用Chase算法測(cè)試是否無(wú)損分解”的教學(xué)內(nèi)容提供了向?qū)降牟僮鹘缑妫瑢W(xué)生可以任意輸入表格屬性，然后在向?qū)У奶崾鞠乱徊讲酵瓿稍撨^(guò)程，降低了學(xué)習(xí)的難度，避免了教師一遍遍重復(fù)講解，提高了效率。該模塊也是體現(xiàn)課件互動(dòng)性和實(shí)踐性特點(diǎn)的一個(gè)典型模塊。

(5) ER模型設(shè)計(jì)模塊—繪制ER模型圖，過(guò)去教學(xué)經(jīng)常采用的一個(gè)辦法是采用Word軟件的繪圖功能，Word軟件繪圖雖然很方便，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的分析功能，讓學(xué)生看到ER模型的應(yīng)用價(jià)值。另一種辦法是使用PowerDesigner等商業(yè)軟件，這類軟件可以與數(shù)據(jù)庫(kù)軟件聯(lián)合使用，但也帶來(lái)一些問(wèn)題，一是較為復(fù)雜，學(xué)生學(xué)習(xí)掌握較為困難；二是有些軟件實(shí)現(xiàn)的ER圖與教材上不同，造成學(xué)生理解上的困惑[7]。本系統(tǒng)利用Delphi軟件和TFlexGraphic控件實(shí)現(xiàn)了ER模型各種基本圖形要素的自由繪制，形式與教材完全相同，編輯和修改都很簡(jiǎn)單；具有自動(dòng)查錯(cuò)功能,可以自動(dòng)尋找ER模型中存在的繪圖錯(cuò)誤；可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式并自動(dòng)生成相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)。該模塊改變了學(xué)習(xí)ER模型的過(guò)程，通過(guò)提供交互式的模型繪制和使用方式，讓學(xué)生看到ER模型圖不僅僅是畫一張圖，還具有更多實(shí)際的功能，體會(huì)到ER模型在數(shù)據(jù)庫(kù)理論體系當(dāng)中的作用和意義。

(6) SQL模塊—SQL(結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言)的教學(xué)在整個(gè)的教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中具有最強(qiáng)的實(shí)踐性，之前很多教師會(huì)選擇一些商用的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行教學(xué)，如SQL Server，Oracle等軟件。在實(shí)踐教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，一是有些軟件的安裝和使用本身對(duì)學(xué)生掌握來(lái)說(shuō)就是一個(gè)困難,課堂有限的時(shí)間被用來(lái)花費(fèi)在一些與教學(xué)無(wú)關(guān)的問(wèn)題上面;二是上機(jī)的過(guò)程中學(xué)生易出現(xiàn)各種問(wèn)題，如無(wú)意刪除數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)等，這些軟件并沒(méi)有提供簡(jiǎn)單的解決方法。這些情況都會(huì)影響正常教學(xué)的進(jìn)行。

針對(duì)這些問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了SQL模塊，該模塊的設(shè)計(jì)采用ADO功能實(shí)現(xiàn)，界面簡(jiǎn)潔易用，具有數(shù)據(jù)還原、語(yǔ)法高亮顯示、數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)和錯(cuò)誤提示等實(shí)用功能，讓學(xué)生把盡可能多的精力用在正常教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)之中。

(7) 資料管理模塊—該模塊提供了一個(gè)類似Word的使用環(huán)境，可以存儲(chǔ)、編輯和顯示帶圖片、文字和電子表格內(nèi)容的文檔，主要用于在課堂講解時(shí)展示與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的輔助資料和信息，同時(shí)也管理其他各個(gè)模塊使用到的表格類數(shù)據(jù)。

(8) 電子板書模塊—該模塊可以隨時(shí)用快捷鍵從系統(tǒng)后臺(tái)調(diào)出，可以自定義各種筆刷和字體顏色，保留或者編輯板書的內(nèi)容，對(duì)屏幕任意部位進(jìn)行截圖保留，與其他模塊配合使用，可以大大改善教學(xué)過(guò)程的體驗(yàn)。

3結(jié)語(yǔ)

在“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論”課程的教學(xué)當(dāng)中，本文介紹的“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論”互動(dòng)式CAI課件能滿足教師課堂教學(xué)和學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)的需要，課件通過(guò)把抽象的理論教學(xué)講解內(nèi)容變?yōu)榭刹僮鳌⒛苓\(yùn)行的可實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，提高該課程的實(shí)踐性。經(jīng)過(guò)三年來(lái)我校地理信息系統(tǒng)本科教學(xué)實(shí)踐的應(yīng)用,獲得了良好的學(xué)生評(píng)價(jià)和教學(xué)效果，2014年本課件獲得第十四屆全國(guó)多媒體課件大賽高教工科組二等獎(jiǎng)。

本課件目前只是一個(gè)通用的教學(xué)學(xué)習(xí)輔助工具，使用的方式還有很多局限，希望在未來(lái)結(jié)合如“微課”和“慕課”等新興教育理念，在結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的細(xì)化以及使用方式的多樣化上做更多的工作。

參考資料:

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Interactive CAI Research and Implementation of Principles of Database Systems

YANG Xue-feng

(CollegeofGeographyScienceandTourism,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054，China)

Abstract：There is disconnect between the theory and practice in Principle of Database System course teaching. In this paper, attempts are made to change the abstract theory to the operational practice content by using developed Interactive CAI software，and the function of the main module of the courseware are introduced and discussed.

Keywords:principle of database system ; interactive teaching; DELPHI

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0686(2016)01-0148-03

中圖分類號(hào):G642

作者簡(jiǎn)介：楊雪峰(1972-)，男，碩士，講師，主要從事計(jì)算機(jī)教學(xué)工作，E-mail：744157426@qq.com

收稿日期:2015-04-09;修回日期:2015-06- 29