數據庫系統教學方法研究

黃式東　朱海龍　梁侃　薛瑞

[摘 要]目前的課程教學環節過于注重教學結果，而沒有把學生接受知識的一般過程放在重要的位置。教師可以以數據庫課程教學為例，采用循序漸進的教學方法。首先介紹數據庫技術產生的原因，其次探討數據庫的概念模型、邏輯模型和物理模型，最后分析數據庫相關知識的系統性。這樣能使學生對知識的產生和應用理解得更加深刻，從而吸引學生對知識產生興趣，減輕應試教育對學生的消極影響，使之主動快樂地學習。

[關鍵詞]數據庫；教學方法；關系模型

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

當前的應試教育存在很多弊端，造成相當多的學生在不同階段和層次上成為被淘汰的對象；出現了學生圍著分數學，教師圍著分數教的現象；一些教師只注重學生的應試能力，教學過程缺乏應有的深度和廣度。這些現象挫傷了學生的學習興趣，也很難培養出有素質和能力的人才。教師應該采用符合人才和知識發展規律的教學方法，在數據庫系統的教學過程中也應該以循序漸進的方式介紹該領域的知識，使學生理解知識之間的關聯性。首先要講解清楚知識產生的原因，然后介紹該領域的具體知識，最后要說明知識之間的連貫性和系統性，使學生認識到將來還有很大的學習和探索空間。

一、數據庫技術產生的原因

隨著計算技術在各個領域的廣泛應用，數據量變得越來越大，比如騰訊、百度、谷歌等公司的很多應用，每天都有大量的數據產生。紐約證券交易所每天產生1TB的交易數據；著名社交網站Facebook的主機存儲著約100億張照片，占PB級存儲空間；Ancestry.com家譜網站存儲著2.5PB數據；互聯網檔案館（The Internet Archive）存儲著2PB的數據，并以每月至少20TB的速度增長；瑞士日內瓦附近大型強子對撞機每年產生約15PB的數據。據IDC統計，到2011年全球數據總量已達到1.8ZB，并且數據量仍在快速地增長。[1]如此海量的數據應該如何組織和管理，需要新的技術來解決這一難題。在這種背景下，數據庫技術誕生了。比如目前學生都會使用到的網上選課系統。該系統中主要涉及與學生、教師和課程相關的數據。那么這些數據應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用程序的實施？數據庫技術就在此背景下誕生了。這種傳授知識的方式描述了數據庫技術產生的原因是為了解決社會的需求。學習了這些知識，學生清楚了數據技術的意義，這樣能夠更好地激發學生對該技術的興趣，有助于學生對本領域知識的探索和學習。

二、數據的概念模型描述方式

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圖1 選課場景的E-R圖

社會實際的應用中涉及多個實體對象、多種關系，這些對象和他們之間復雜的關系用什么方式來表達，導致出現了數據的概念模型，概念模型是對現實世界事物的一種抽象描述。對于現實生活中的選課情形，在概念層面上對其應該如何描述，如何構建模，才能夠清晰地指導數據庫的構建。于是出現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。把選課系統的學生、課程實體用矩形表示；每個實體的屬性用橢圓形表示學生具有學號、姓名和專業等屬性；實體和實體之間的聯系用菱形表示，如學生和課程之間的選修關系；實體和實體之間的聯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據庫的邏輯模型。如果數據庫是關系型數據庫，可以把E-R圖中每個實體轉化成數據庫中的一個表，實體和實體之間的聯系也可以轉化成與之對應的一張二維表。如此講解之后學生能夠很好地理解E-R圖建模工具出現的原因，以及它在數據庫構建過程中所起的作用。

三、數據的邏輯模型

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

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圖2 選課系統的網狀數據模型

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圖3 選課系統的關系數據模型

四、數據模型的存儲結構

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圖4 網狀數據模型的存儲結構

上面介紹的這些數據的邏輯模型，以及這些數據在物理形式上應該如何組織，是數據的物理存儲結構研究的范疇。比如對于圖2中網狀數據模型的存儲結構可以采用圖4所示的存儲結構；現在如果想查看學生S1選修了哪些課程，成績分別是多少，可以從S1出發，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，該門課程的成績為A；然后繼續往前走，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，走一圈，可以得到課程C1被哪些學生選修，成績為多少。同樣如果學生現在想退選某門課程，那么從上圖中刪除數據又該怎么操作，查找、修改圖中的數據又該怎么操作，這些都是值得研究的問題。同時，網狀數據模型還可以采用其他的存儲結構，同樣對于關系模型也有著多種存儲方式，對不同的存儲結構又有著不同的數據操縱方法。這樣講解之后能夠擴寬學生的知識面，使學生認識到哪些知識點是值得深入研究和學習的內容，從而培養學生的研究興趣。

五、闡述知識的系統性

日常使用的選課系統涉及數據庫的概念結構、邏輯結構和物理結構。對于數據庫的概念結構，使用E-R圖進行建模；關于數據的邏輯結構，使用關系模型；關于數據的物理結構，可以使用文件存儲方式來存放數據；數據的操作需要多方面的技術來支持。介紹這些知識之后，使學生認識到自己所學的知識原來是這樣相互關聯的，具有系統性。教師在系統性地講解現有知識時，還要點出即將出現的新問題和新技術。如海量數據的出現，導致已有的數據庫技術不能很好地適用各種場景。對海量數據的存儲、計算和傳輸，促成了現在的固態硬盤技術、分布式計算、并行計算技術、光纖通信技術的出現。這樣使學生對知識有一個系統性的認識，能夠很好地激發學生探索和學習新知識的興趣。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] Tom White. Hadoop權威指南[M].北京：清華大學出版社，2015.

[2] 吳開軍，鄭衛東.選課系統的設計與實現[J].電腦開發與應用，1996.

[3] 王珊，薩師煊.數據庫系統概論[M].北京：高等教育出版社，2006.

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

[責任編輯：劉鳳華]