基于Web的數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程自主實驗平臺

【摘要】傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫課程實驗教學(xué)存在課時安排不足、學(xué)生在課外實驗又缺乏有效的指導(dǎo)和教師無法進行有效監(jiān)督等問題。遠(yuǎn)程自主實驗平臺可以以Web方式模擬查詢分析器功能，使得學(xué)生能夠在任何地點、時間通過Internet進行數(shù)據(jù)庫相關(guān)的增、刪、改、查等數(shù)據(jù)庫實驗，同時教師還可以監(jiān)控和指導(dǎo)學(xué)生的遠(yuǎn)程自主實驗。此外還完成教師布置實驗和作業(yè)、教學(xué)資源共享、教師與學(xué)生交流、信息發(fā)布等教輔功能，從整體上提高了課程的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)庫;遠(yuǎn)程自主實驗;SQL Server;Web技術(shù)

【中圖分類號】G40-057 【文獻標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009—8097(2010)03—0132—03

引言

數(shù)據(jù)庫課程是計算機及信息類相關(guān)專業(yè)的核心課程，同時數(shù)據(jù)庫應(yīng)用也是計算機應(yīng)用的一個主要方向。在數(shù)據(jù)庫課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中，實驗教學(xué)處于舉足輕重的地位。良好的實驗教學(xué)效果能有效地培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分析設(shè)計能力、編程能力，從而為學(xué)生以后從事大型數(shù)據(jù)庫軟件的開發(fā)奠定良好的基礎(chǔ)。因此實驗教學(xué)效果的好壞，將直接影響到整個課程的教學(xué)效果[1]。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫實驗教學(xué)模式一般采用由教師布置實驗任務(wù)，學(xué)生在實驗室完成;對于部分較大的實驗，學(xué)生也可在課后完成，教師根據(jù)學(xué)生完成的情況給予成績評定。然而在實際的實驗教學(xué)中，由于存在實驗課時安排不足，學(xué)生在課外進行實驗又缺乏有效的指導(dǎo)，同時由于學(xué)生在學(xué)習(xí)能力及學(xué)習(xí)積極性各方面存在差異，教師無法進行有效地監(jiān)控等問題，都在很大程度上影響實驗教學(xué)效果[2，3]。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展及廣泛使用，通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)已經(jīng)成為大學(xué)生的一個重要學(xué)習(xí)途徑。在這樣的背景下，我們構(gòu)建基于Web的數(shù)據(jù)庫課程遠(yuǎn)程自主實驗教學(xué)平臺。它突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式受時間、地點、實驗設(shè)備和師資條件等的限制，利用先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，創(chuàng)建一個遠(yuǎn)程開放的自主實驗環(huán)境輔助實驗教學(xué)，提高數(shù)據(jù)庫課程實驗的教學(xué)質(zhì)量，同時降低實驗室建設(shè)費用。

一 平臺設(shè)計方案

1 平臺設(shè)計思路

數(shù)據(jù)庫課程一般包括數(shù)據(jù)庫原理、設(shè)計及應(yīng)用三個部分內(nèi)容，其中原理是基礎(chǔ)，設(shè)計和應(yīng)用是提高，它們相輔相成、互相促進。在教學(xué)安排上一般將它分為:數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理和數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計兩門課程。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理主要介紹基本原理，完成理論學(xué)習(xí)和部分設(shè)計任務(wù)，實驗教學(xué)內(nèi)容主要是要求學(xué)生使用SQL語句完成數(shù)據(jù)庫的增、刪、改、查等各種基本操作。而數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計主要完成系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用任務(wù)，在數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計中要求學(xué)生根據(jù)一個信息系統(tǒng)的需求，使用可視化的工具，如:PowerDesigner、ERWin等進行數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，然后使用編程語言完成一個相對完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。通過它使學(xué)生全面地掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的完整設(shè)計過程和方法。

數(shù)據(jù)庫課程一般在二年級開設(shè)，而此時學(xué)生對于計算機相關(guān)知識的掌握還不很充足，因此學(xué)習(xí)需要一個漸進的過程，需要一種相對簡單、比較容易上手的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，目前主要使用微軟的SQL Server作為數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)的基本工具。在較短的課時和實驗條件有限的情況下，一般都只能安排8-12學(xué)時的實驗，而這些時間對于鍛煉學(xué)生的實際動手能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。雖然學(xué)生可以在自己計算機上安裝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)完成一些簡單的實驗，但是由于缺乏教師指導(dǎo)和個人自主性的原因，往往達不到效果，因此需要一個自主學(xué)習(xí)的實驗平臺，幫助學(xué)生完成數(shù)據(jù)庫的課程實驗。數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程自主實驗平臺的設(shè)計目的就是為遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者異地實驗學(xué)習(xí)、實驗指導(dǎo)提供支持，通過將“實驗管理”、“作業(yè)管理”、“資源共享”、“師生交流”等進行整合，解決了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下網(wǎng)上實驗與提交、問題討論與答疑、教學(xué)資源共享、實驗完成情況監(jiān)控等一系列問題，從而提高數(shù)據(jù)庫課程實驗的教學(xué)質(zhì)量。

基于Web的數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程自主實驗平臺的基本過程如下:

(1) 教師添加實驗。每個教師登陸系統(tǒng)后根據(jù)教學(xué)計劃，添加自己所教授班級的實驗內(nèi)容和具體要求、該實驗的正確答案以及對該實驗的常見錯誤分析等。每個教師可以看到同一教學(xué)組其他老師已經(jīng)提交的實驗;如果覺得實驗內(nèi)容合適，可以將它作為自己所帶班級的實驗內(nèi)容。

(2) 學(xué)生完成實驗。學(xué)生本機不需要安裝SQL Server數(shù)據(jù)庫，通過Web瀏覽器登陸系統(tǒng)后，就可以看到教師布置的需要完成的實驗要求，針對需要完成的每一個實驗利用平臺提供的基于Web的類似于SQL Server的查詢分析器(WebSQL)提交SQL語句，系統(tǒng)接收SQL語句并執(zhí)行數(shù)據(jù)庫操作后將相應(yīng)的結(jié)果(正確結(jié)果或錯誤信息)返回。學(xué)生在做實驗過程中可以看到教師對該實驗的分析以及常見的錯誤原因分析，同時也可以針對該實驗向教師提問。最后學(xué)生提交自己設(shè)計的SQL語句作為最后的實驗結(jié)果。

(3) 教師監(jiān)控實驗和指導(dǎo)。系統(tǒng)記錄學(xué)生登陸系統(tǒng)的時間、離開系統(tǒng)的時間以及都做了哪些實驗。這樣教師便可以及時掌握和檢查學(xué)生的實驗完成情況，同時教師可以回答學(xué)生的問題，進行實驗指導(dǎo)。

2 平臺的主要功能結(jié)構(gòu)框架

整個系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。有四個權(quán)限:匿名用戶、學(xué)生、教師、管理員。

進入平臺就可以看到匿名用戶的相關(guān)功能，主要包括:擔(dān)任數(shù)據(jù)庫課程的相關(guān)教師基本信息介紹;課程介紹、課程大綱介紹;各種通知、實驗信息公告;教師的講課PPT下載;一些優(yōu)秀的數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計作品展示;數(shù)據(jù)庫最新的研究進展;數(shù)據(jù)庫課程題庫;常見問題瀏覽;此外還可以對實驗室的設(shè)備、軟件、開設(shè)課程等提出意見。

系統(tǒng)管理員模塊主要功能包括:維護本課程相關(guān)的教師信息;發(fā)布和刪除通知;發(fā)布和刪除各種資源;對常見問題的進行回答和刪除;數(shù)據(jù)信息備份;查看所有教師布置的實驗和作業(yè);完成系統(tǒng)時間和一些系統(tǒng)編碼的設(shè)置。

教師模塊主要功能包括:

(1) 實驗管理。1)添加、修改、刪除實驗。2)布置實驗 (將某個實驗作為某個班級的一個實驗內(nèi)容)。3)回答實驗疑問。對學(xué)生提出的實驗疑問做出回答，其他選擇相同實驗的學(xué)生都能看到回答的內(nèi)容。4)實驗審閱管理。顯示自己所教授的班級;選中班級，可以查看班級的所有學(xué)生信息;選中某個學(xué)生，可以查看他的所有實驗完成情況、學(xué)生登陸系統(tǒng)進行實驗的日志信息，綜合實驗結(jié)果和日志信息對學(xué)生進行打分。

(2) 作業(yè)管理。功能類似于實驗管理，主要完成布置作業(yè)和檢查作業(yè)等功能。

(3) 學(xué)生信息管理。教師維護所教授班級的學(xué)生信息。

(4)信息發(fā)布。可以發(fā)布通知，如實驗時間、作業(yè)上交時間等，還可以發(fā)布其他資源信息，如:講義、最新技術(shù)文章、參考資料和題庫等。可以設(shè)定這些信息只能被某個班級訪問也可以設(shè)定信息全部公開。

學(xué)生模塊主要功能包括:

(1) 完成實驗。1)學(xué)生登陸系統(tǒng)后可以看到老師布置的所有實驗。選中某一個實驗，將會列出實驗標(biāo)題、實驗內(nèi)容、實驗類別等信息。學(xué)生在WebSQL界面上輸入SQL語句，執(zhí)行后將會看到該SQL語句的執(zhí)行結(jié)果。2)對某個具體實驗，可以查看老師給的正確答案、對該實驗的分析和常見的錯誤分析等。3)對實驗情況不了解的可以提出問題請老師回答。4)提交實驗報告。5)系統(tǒng)記錄學(xué)生登陸時間、離開時間、每次執(zhí)行實驗情況。

(2) 作業(yè)管理。學(xué)生登陸系統(tǒng)后可以看到老師布置的作業(yè)，可以提交自己完成的作業(yè)，對作業(yè)不了解的還可以提出問題請老師回答。

(3) 課程答疑。可以提交問題，也可以查看老師對具體問題的回答。

(4) 查看和本班級有關(guān)的通知和通告。

(5) 查看和本班級有關(guān)的講義、參考資料和題庫。

二 平臺的主要實現(xiàn)技術(shù)

1 平臺軟件結(jié)構(gòu)

平臺采用的是基于ASP.NET的三層結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖2所示，分為UI層(界面層)、BLL層(業(yè)務(wù)邏輯層)、DAL層(數(shù)據(jù)庫訪問層)、Model層(模型層)和DB(數(shù)據(jù)庫)。

其中UI層中是一些用來與用戶交互的頁面，UI層接受用戶提交的數(shù)據(jù)，調(diào)用BLL層中類的方法進行處理，返回結(jié)果給用戶。BLL層的類用戶處理業(yè)務(wù)邏輯，涉及到數(shù)據(jù)方面的操作時調(diào)用DAL層中類的方法進行處理，結(jié)果返回給UI層。DAL層用于處理BLL層中類方法對數(shù)據(jù)庫操作的請求，訪問數(shù)據(jù)庫，將返回結(jié)果給BLL層。Model層提供一些用于存儲的數(shù)據(jù)類型，供UI層、BLL層、DAL層進行調(diào)用，貫穿在整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中。

2 平臺數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)

為了防止學(xué)生在進行數(shù)據(jù)庫刪除、修改等操作實驗時影響整個平臺的運行，平臺建立一個主數(shù)據(jù)庫，用于保存平臺本身必須的數(shù)據(jù)庫表;為每一個學(xué)生建立一個個人數(shù)據(jù)庫(在建立學(xué)生信息的時候創(chuàng)建，在刪除學(xué)生信息的時候刪除)，以后學(xué)生的所有數(shù)據(jù)庫操作都在該個人數(shù)據(jù)庫上進行。

平臺主數(shù)據(jù)庫共包括17張用戶表和10張視圖。他們主要是:

1)teacher表，存儲教師信息。2)majorClass表，存儲班級信息。3)student表，存儲學(xué)生信息。4)experiment表，存儲實驗的信息。包括標(biāo)題、實驗類別、實驗內(nèi)容、實驗答案、問題分析、常見問題、教師ID、創(chuàng)建時間等。5)disposeExperiment表，存儲布置實驗的信息。包括實驗ID、教師ID、班級ID、實驗時間、實驗地點、布置時間等。6)fininshedExperiment表，存儲學(xué)生完成實驗的信息。布置實驗ID、學(xué)生ID、實驗結(jié)果、實驗報告、實驗成績、實驗提交時間等。7)homework表，存儲作業(yè)信息。8)disposeHomework表，存儲布置作業(yè)的信息。9)fininshedHomework表，存儲學(xué)生完成作業(yè)的信息。10)information表，存儲通知信息。11)information_majorClass表，存儲通知與班級的關(guān)系。

三 結(jié)束語

基于Web的數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程自主實驗平臺使學(xué)生可以不再受時間和地點的限制獨立完成實驗操作，同時使教師對學(xué)生實驗環(huán)節(jié)的監(jiān)控與管理不再局限于課堂，能夠幫助教師收集和保存實驗教學(xué)過程中用到的實驗、作業(yè)、答疑等信息，方便教師布置和審閱實驗和作業(yè)，便于教師與學(xué)生之間的信息交流，從而高質(zhì)量地完成實驗教學(xué)工作。通過平臺上的各種消息、討論、資源下載等的及時更新，進一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，基于Web的數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程自主實驗平臺本身就是一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，因此可以通過組織學(xué)生參與平臺的維護工作，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生的編程能力及系統(tǒng)開發(fā)能力逐步得到提高。這對培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題和獨立操作的基本能力具有很大的促進作用。

當(dāng)然，基于Web的數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程自主實驗平臺還需要進一步地研究探索和實踐。作為真實實驗的重要補充，基于Web的數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程自主實驗平臺將發(fā)揮著重要的作用，推動數(shù)據(jù)庫課程實驗教學(xué)的發(fā)展。

參考文獻

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Web-based Database Remote Self-Experiment Platform

LIU Wen-ju KE Yong-zhenSHI Zhen-quan WANG Wan-ru

( School of Computer Science and Software ， Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300160， China)

Abstract: There were some issues in traditional database experimental teaching， such as， insufficient allocation of hours， lack of effective guidance in extra-curricular experiments and teachers were unable to carry out effective supervision. The remote self-experiment platform can simulate the Query Analyzer， allowing students to complete database-related insert， delete， update and query experiments at any place and time through internet， at the same time， teachers can monitor and guide students in the remote self-experiment platform. In addition， teachers can complete layout of experiment and assignment， sharing of teaching resource， exchanges between teachers and student， information release and other supplementary teaching functions. The remote self-experiment platform can enhance the overall effectiveness of database curriculum.

Keywords: Database; Remote Self-Experiment; SQL Server; Web Technology編輯:陳墨