賀琳

（大連海事大學(xué) 航運(yùn)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，遼寧 大連）

一 引言

數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)管理的有效技術(shù)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要分支[1,2]。近年來，數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展速度異常迅速，應(yīng)用廣泛，因此，各院校除了信息類專業(yè)，大量與信息相關(guān)的工科專業(yè)都開設(shè)了數(shù)據(jù)庫相關(guān)課程。然而，通過對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論教材、內(nèi)容、教學(xué)體系的梳理，可以發(fā)現(xiàn)，目前數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論課程教學(xué)過程中還存在許多問題，學(xué)生不清楚知識(shí)點(diǎn)、知識(shí)流在實(shí)際過程中如何體現(xiàn)以及之間的內(nèi)在聯(lián)系，沒有形成合理的知識(shí)體系[3]。 最終導(dǎo)致“教”與“學(xué)”脫節(jié)，“學(xué)”與“用”脫節(jié)，沒有達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。造成該結(jié)果的直接原因就是在教授數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論課程時(shí)，忽略了數(shù)據(jù)庫案例的建設(shè)，導(dǎo)致了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的脫節(jié)。

2015年教育部出臺(tái)的《教育部關(guān)于加強(qiáng)專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)和聯(lián)合培養(yǎng)基地建設(shè)的意見》中將案例教學(xué)定義為：以學(xué)生為中心，以案例為基礎(chǔ)，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，從而掌握理論、形成觀點(diǎn)、提高能力的一種教學(xué)方式[4]。案例教學(xué)是一種有效結(jié)合理論與實(shí)踐的互動(dòng)教學(xué)方式，本文主要分析了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論課程的特點(diǎn)，從知識(shí)和能力兩方面重新設(shè)計(jì)了教學(xué)目標(biāo)，探討了教學(xué)案例分析在數(shù)據(jù)庫教學(xué)中的效果，旨在為數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)方法提供一定的可參考性建議。

二 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論課程的特點(diǎn)

（一） 課程知識(shí)覆蓋面廣且抽象

目前，多數(shù)院校的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論課程的教學(xué)內(nèi)容基本包含數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)概念，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理三個(gè)部分，涉及的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)主要包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本概念、關(guān)系代數(shù)、SQL語言、數(shù)據(jù)庫安全性、數(shù)據(jù)完整性、關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式分解、關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化、關(guān)系數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理、關(guān)系數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制和故障恢復(fù)等。每個(gè)知識(shí)點(diǎn)又涵蓋很多概念和定理證明。例如封鎖是實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制的一個(gè)非常重要的技術(shù)，DBMS通常提供了多種類型的封鎖，一個(gè)事務(wù)對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象加鎖后究竟擁有什么樣的控制是由封鎖的類型、封鎖的粒度決定的。鎖的類型、粒度等，內(nèi)容復(fù)雜、抽象，難以理解。

（二） 課程知識(shí)點(diǎn)耦合度高

在授課過程中，是一個(gè)知識(shí)點(diǎn)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)講解，但在實(shí)踐中，需要串聯(lián)使用[5]。例如，基礎(chǔ)內(nèi)容里的關(guān)系代數(shù)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理內(nèi)容中查詢優(yōu)化的基礎(chǔ)，模式分解是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中邏輯模型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。單個(gè)知識(shí)點(diǎn)授課，無法體現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)、知識(shí)流在實(shí)際應(yīng)用中的內(nèi)在聯(lián)系。

（三） 課時(shí)分配上理論教學(xué)占較大比例，實(shí)踐教學(xué)相對(duì)獨(dú)立

授課順序上也是理論內(nèi)容在前，只有講到相關(guān)設(shè)計(jì)編程章節(jié)時(shí)才進(jìn)行實(shí)踐操作[6]。以大連海事大學(xué)航運(yùn)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院為例，信息管理專業(yè)、電子商務(wù)專業(yè)和物流管理專業(yè)開設(shè)的“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論”課程為64課時(shí)，理論40課時(shí)，實(shí)踐24課時(shí)。課程的實(shí)踐部分集中在課程的后半段的。學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)“只知其表，不知其理”，沒有理解理論知識(shí)點(diǎn)內(nèi)涵;對(duì)知識(shí)生搬硬套、簡(jiǎn)單模仿，無法針對(duì)實(shí)際管理問題，提出合理可行的解決方法。

（四） 課程相關(guān)新知識(shí)與技術(shù)發(fā)展更新速度快

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫模式也由經(jīng)典的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫向多元化的數(shù)據(jù)庫模型（分布式數(shù)據(jù)庫，NewSql數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)倉庫）發(fā)展，工業(yè)界涌現(xiàn)了大量新型數(shù)據(jù)庫管理（如阿里的OceanBase數(shù)據(jù)庫，Google Spanner,ScaleBase等）[7,8]。但國內(nèi)大多院校的教材的更新速度明顯滯后，同時(shí)院校的實(shí)驗(yàn)環(huán)境也無法快速升級(jí)。

三 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論課程的目標(biāo)

針對(duì)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的脫節(jié)問題，結(jié)合數(shù)據(jù)庫課程的特點(diǎn)，以及各專業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的實(shí)際需求，論文對(duì)數(shù)據(jù)庫類課程教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論課程的目標(biāo)可以分為知識(shí)目標(biāo)和能力目標(biāo)兩部分。

（一） 知識(shí)目標(biāo)

（1）理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論基本概念和基礎(chǔ)理論知識(shí)，掌握數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念和內(nèi)涵，系統(tǒng)掌握數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫三級(jí)模式結(jié)構(gòu)的概念和知識(shí)；

（2）在了解數(shù)據(jù)庫相關(guān)操作語言種類的基礎(chǔ)上，掌握SQL語言中DDL、DML、DCL等方面的知識(shí)；

（3）理解和掌握范式、數(shù)據(jù)依賴、函數(shù)依賴閉包、屬性閉包、最小函數(shù)依賴集、Armstrong公理系統(tǒng)等關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論的知識(shí)，以及數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)步驟、方法、開發(fā)技能等；

（4）理解和掌握數(shù)據(jù)庫安全、完整性、并發(fā)、備份與恢復(fù)等數(shù)據(jù)庫維護(hù)和控制方面知識(shí)。

（二） 能力目標(biāo)

（1）具有相關(guān)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件實(shí)際操作能力；

（2）針對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具有分析、設(shè)計(jì)、優(yōu)化數(shù)據(jù)庫，以及進(jìn)行數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實(shí)現(xiàn)的能力；

（3）具有數(shù)據(jù)庫維護(hù)和控制的實(shí)際操作技能。

四 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論教學(xué)中的案例設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的步驟，進(jìn)行案例教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，利用一個(gè)案例串聯(lián)課程的前后知識(shí)點(diǎn)。

（一） 需求分析案例

給出一個(gè)同學(xué)比較熟悉的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，簡(jiǎn)化后，讓同學(xué)分組討論，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制數(shù)據(jù)流程圖，編寫詳細(xì)的數(shù)據(jù)詞典。業(yè)務(wù)場(chǎng)景可以根據(jù)學(xué)生的專業(yè)背景，參考企業(yè)人才需求，與各學(xué)科專家，行業(yè)專家協(xié)同精選。案例教學(xué)中采用的案例應(yīng)該是基于事實(shí)的基礎(chǔ)上講述道理而編寫的故事，具有明確的教學(xué)內(nèi)涵，有助于學(xué)生理解理論知識(shí)點(diǎn)、提升實(shí)踐操作能力的[9]。論文以經(jīng)典的學(xué)校院系和學(xué)生管理情景為例，假設(shè)學(xué)校有若干個(gè)系，每個(gè)系有若干班級(jí)和教研室，每個(gè)教研室有若干教員，其中有的教授和副教授每人各帶若干研究生，每個(gè)班有若干學(xué)生，每個(gè)學(xué)生選修若干課程，每門課程可以由若干學(xué)生選修。根據(jù)以上業(yè)務(wù)背景，寫出表1所示數(shù)據(jù)字典。

（二） 概念模型設(shè)計(jì)案例

在需求分析的基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)軟件，如Power Design進(jìn)行E-R模型設(shè)計(jì)，詳細(xì)描述實(shí)體的屬性和實(shí)體之間的聯(lián)系，消除不必要的冗余。上述場(chǎng)景中，可抽取出圖1概念模型，一共包含學(xué)校、系、教研室、班級(jí)、教員、學(xué)生、課程七個(gè)實(shí)體。圖中的矩形表示實(shí)體，連線表示確定每個(gè)實(shí)體的屬性和碼以及實(shí)體和實(shí)體之間的聯(lián)系。

（三） 邏輯模型設(shè)計(jì)案例

選擇關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)庫的邏輯模型，依據(jù)概念模型向邏輯模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則，實(shí)現(xiàn)E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)函數(shù)依賴，優(yōu)化數(shù)據(jù)模型。詳細(xì)說明實(shí)體、實(shí)體屬性和實(shí)體之間的關(guān)系。圖1概念模型可以轉(zhuǎn)換成圖2的所示的8個(gè)邏輯模型，其中新增的選修關(guān)系，是由概念模型中的m:n聯(lián)系轉(zhuǎn)換而來，1:n聯(lián)系n頭的實(shí)體屬性中，增加了1頭實(shí)體的碼。案例直觀立體地展示了實(shí)體的1:n和m:n聯(lián)系的轉(zhuǎn)換規(guī)則。

圖1 概念模型案例

（四） 物理模型設(shè)計(jì)案例

根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)案例，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)路徑和存取方式設(shè)計(jì)，特別是index索引的實(shí)際。然后可以利用數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)軟件，直接轉(zhuǎn)換成選定的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（如Mysql）的數(shù)據(jù)庫生成語句。案例數(shù)據(jù)庫可以得到如圖3所示數(shù)據(jù)庫定義語句，在Mysql中創(chuàng)建一個(gè)School主題數(shù)據(jù)庫，包含student、class、lesson、office、officer、school、sept和 sc數(shù) 據(jù) 表。抽取其中一個(gè)表“學(xué)生（student）”和邏輯模型當(dāng)中實(shí)體“學(xué)生（student）”的屬性對(duì)照，如圖4所示。

（五） 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)編程

讓同學(xué)選擇一個(gè)熟悉的開發(fā)平臺(tái)，例如Java、.NET或php開發(fā)平臺(tái)環(huán)境，在充分理解ODBC或JDBC的基礎(chǔ)上，開發(fā)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。特別要注意系統(tǒng)開發(fā)中業(yè)務(wù)的事務(wù)處理控制。

（六） 數(shù)據(jù)庫的管理和維護(hù)案例

在數(shù)據(jù)庫運(yùn)行階段，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的備份和恢復(fù)操作，查看各級(jí)日志文件。

五 效果分析

對(duì)2018級(jí)電子商務(wù)專業(yè)和物流管理專業(yè)共125名學(xué)生的學(xué)習(xí)效果調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，本課程結(jié)合案例教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)，呈現(xiàn)良好的教學(xué)效果。38.5%的同學(xué)認(rèn)為案例教學(xué)對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論課程的學(xué)習(xí)非常有幫助， 57.2% 的同學(xué)認(rèn)為有幫助。

六 結(jié)束語

論文構(gòu)建了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論課程的案例教學(xué)內(nèi)容，拓寬了學(xué)生案例學(xué)習(xí)渠道，探索了數(shù)據(jù)庫實(shí)踐與案例教學(xué)方法。學(xué)生通過一個(gè)典型案例串聯(lián)數(shù)據(jù)庫課程的前后知識(shí)點(diǎn)，理解數(shù)據(jù)庫分析與設(shè)計(jì)的生產(chǎn)全過程，能夠深刻理解和掌握數(shù)據(jù)庫實(shí)踐知識(shí)和流程。

圖2 邏輯模型案例

圖3 數(shù)據(jù)庫定義案例

圖4 數(shù)據(jù)庫表與數(shù)據(jù)庫邏輯模型實(shí)體屬性對(duì)照?qǐng)D