勢科學視角下數據庫基本操作教學改革實踐

張江維

摘要：勢科學理論在人文社會科學研究中的重要意義就在于它的普適性與科學性。應用勢科學原理對數據庫基本操作環節進行教學改革，以工程軟件開發實踐為教學素材，將文件讀寫操作、文件復制操作和通信數據的存取等內容同步引入數據庫基本操作教學實踐，能夠提高課程教學的信息量和針對性，收到良好的教學效果。

關鍵詞：勢科學；數據庫操作；教學改革

勢科學這一概念是由李德昌教授提出的。勢科學研究的主要內容是與素質、創新及和諧有關的、現有理論無法給以科學闡述的、涉及復雜系統的內容。勢的運行機制是“差別促進聯系，聯系擴大差別”。人才成長和教育過程是一個信息作用的動力學過程，是學生在現有知識體系下，通過與教師或教材進行信息互動，學習新知識，重新建立自我知識體系的動態過程。教學的信息量大小決定教學效果和人才培養的質量。在此，信息量大并不是指講述或給出大量信息，而是信息量與信息勢等價，即信息量=差別÷距離=差別×聯系。由此公式可知，如果所講知識與學生當前知識體系差別巨大（極限狀態為相反），且沒有任何聯系則信息量為0，如果所講知識與原有知識聯系非常緊密（極限狀態為相同），但沒有差別，信息量也為0，既相反又相同，則信息量最大。例如：用學生已經掌握的知識或者原理，解釋新的完全不同的知識或原理，則學生最容易接受，就是信息量大的緣故。在教學的過程中，如果展示給學生的信息量過小，就難于激發其學習熱情，使其產生厭學情緒。

數據庫操作中數據的存儲與讀取是信息訪問的最基本操作，是各種信息系統正常運行的基礎，一般信息系統都涉及數據庫操作，包括基本數據的存取、批量數據存取和數據庫數據備份與恢復。通常在教學中，這些內容往往分散進行，極少考慮工程軟件分層設計、時間性能等需求因素，與實際信息系統應用需求脫節嚴重，學生的實踐操作比較零散，缺乏系統性和針對性，遇到實際應用往往束手無策。為此，依據勢科學原理，對數據庫操作部分進行教學改革實踐，將多個差異較大且分散的教學內容通過信息系統應用聯系起來，提高教學信息量，營造信息勢，學生將多個不同的教學內容緊密聯系起來，達到學以致用的目的，在應用中提高了學生的實踐動手能力。

一、工程軟件數據操作簡介

課程教學以某信號控制裝置配置工程軟件開發為背景進行教學設計，該軟件主要完成信號控制裝置基本參數的設置與修改，需要記錄多組參數、與主裝置進行以太網通信交換數據，數據備份與恢復等功能。軟件以Windows為運行平臺，采用C#語言開發，用Access數據庫記錄配置數據，采用以太網通信與裝置進行交換數據。其中，數據操作部分包括頁面數據存儲與顯示、通信數據的存取和數據庫的備份與恢復。

二、頁面數據的存儲與讀取顯示

頁面數據的存儲與讀取主要完成信號控制裝置基本配置數據的編輯、保存和顯示，即數據記錄的存儲和讀取，是最基本的數據庫操作，也是通常教學中的重點講解內容。數據庫訪問包括聯機和脫機兩種模式。為了提高數據的訪問效率和軟件系統的運行性能，實際應用中通常采用脫機模式，該方式下，數據存取主要包括以下步驟：連接數據庫，下達數據操作命令，即讀取數據至內存或將內存數據更新至數據庫，關閉連接。通常教學中，為了方便，往往在一個頁面文件中組織所有數據庫操作工作，沒有分層的概念，數據庫訪問、業務邏輯和表示層不分離，這種方式雖然易于實現和理解，但不利于今后的軟件開發實踐。為此，在教學實踐中，先以這種方式實現，然后增加其他業務訪問需求，讓學生探討這種訪問方式的不足及解決方法。在討論的基礎上，利用面向對象思想提出分層解決方案。將數據庫訪問剝離出來，創建專門的數據庫訪問類，同時將業務層與表示層分離，創建基礎業務類和頁面顯示類，以此形成三層訪問結構。

（一）創建專門的數據庫訪問類

該類主要用于訪問Access數據庫、執行數據操作命令、返回從數據庫中獲得的數據。為了提高數據庫訪問的便捷性，即能夠訪問任意位置的Access數據庫，在類構造函數中動態設置數據庫連接串，同時將數據庫業務邏輯剝離，以參數的形式傳遞數據庫操作參數，以達到向數據庫傳遞任意操作命令的目的，最后將數據集的形式返回從數據庫中查詢獲得的數據。這樣數據庫訪問類就是一個通用的數據庫訪問類。

（二）創建基礎業務類及訪問函數

基礎業務類主要完成信息系統所涉及對象的基本數據的定義、相關業務邏輯的轉換以及數據庫操作函數，在該類中要創建數據庫訪問類對象，這里同樣需要數據庫連接串，為此該業務類也同樣設置連接串屬性，以便從頁面訪問層傳遞該參數。利用創建的數據庫訪問類對該對象進行數據庫訪問。在數據庫操作函數中，由于已經涉及具體的對象以及業務邏輯，因此需要明確具體的數據庫操作命令以及操作參數，并傳遞給數據庫訪問類，注意這里傳遞的參數仍然不是具體的數據而是相關業務對象的相關屬性。

（三）頁面顯示類

頁面顯示類主要完成人機交互，是信息顯示和錄入的主要窗口。在該類中，創建基礎業務類對象，并對對象的各個屬性賦值，通過對象的業務函數與數據庫進行交互數據。

二、通信數據的存取

由于信號控制裝置參數的配置是通過網絡口完成，包括下載和上傳數據兩個功能，下載數據主要完成當前數據庫配置數據的讀取和組織成IP數據包，這與頁面數據的讀取沒有太多區別。上傳數據主要完成將信號控制裝置當前的配置數據上傳至軟件并保存至數據庫。這種數據庫存取操作與頁面數據的存儲主要區別是，通信數據是從網絡口獲得的批量數據，即多條記錄，而且一個通信數據包并不能獲得全部配置數據，需要多個數據包。另外，由于采用異步通訊，通信有時間響應要求。如果按照頁面數據的存取方法，則不能滿足異步通信的時間要求，為此，需要先將多次通信收到的數據進行解析并先存儲在內存中，等通信結束即所有通信數據都收集完成后，再一并寫入數據庫中。由于批量寫入數據庫中的數據較多，會對頁面操作有延遲影響，在軟件設計與實現時，考慮到在另外一個線程中完成批量數據存儲操作。

三、數據庫的備份與恢復

數據庫的備份與恢復是信息系統必備的功能。也是系統容錯的基本方法。數據庫備份與恢復也是批量數據的操作，但是與通信數據存取的區別是，一次可以獲得全部數據。另外，數據庫備份和恢復有多種方式，包括文件復制和文件寫入與讀取。

（一）文件復制

由于Access數據庫是以文件的形式存在，故可以采用文件復制的方式進行備份和恢復，即將整個數據庫文件復制為其他名稱和后綴的文件進行冗余備份，恢復時用備份的文件替換現有數據庫文件，數據庫文件名保持不變。恢復是備的逆過程，也就是用備份的數據庫文件，替換當前的數據庫文件，以達到恢復數據庫的目的。

（二）文件寫入與讀取

數據庫數據寫入文件，也就是將數據庫中數據先都讀取出來，再按照一定的格式記錄在其他文件中，如文本文件或二進制文件。由于文本文件易于讀取和編輯，但安全性不好，為了比較對比，軟件備份時采用兩種方法實現。在備份時要注意規范備份格式，嚴格按照格式要求進行寫入和讀取，否則就會出現恢復異常。另外，從二進制文件中進行數據恢復時，一定要先將二進制文件中的數據完全讀入內存中，然后批量寫入數據庫，如果按照頁面數據存取模式即單條記錄寫入會比較占用時間，用戶將會難以容忍。

文件復制備份簡單易于實現，但是備份的文件比較占空間，而且備份的文件即使改為其他類型的后綴依然可以用Access軟件打開，存在安全隱患。將數據庫數據寫入二進制文件，實現比較麻煩，但備份的文件比較小，數據庫大小為2.6MB的數據庫數據備份為二進制文件大小僅為269字節，是原有數據庫文件的萬分之一，比較節約空間，而且安全性較好。

四、小結

筆者以工程軟件實踐為背景，利用勢科學思想——信息量=差別÷距離=差別×聯系，將文件讀寫操作，文件復制操作、數據庫單條記錄讀寫操作和批量讀寫操作等差異較大的教學內容，通過軟件應用實踐緊密聯系起來，提高了課堂教學信息量，使理論教學過程與工程實踐緊密結合起來，明確了學習的針對性、提高了學生學習的積極性，學習效果明顯提升。

參考文獻：

[1]李德昌.新經濟與創新素質勢科學視角下的教育、管理和創新[M].北京：中國計量出版社，2007.

[2]趙志明，唐驁棋.信管專業Access數據庫教學改革探索[J].教育科學，2015， （11）.