非計(jì)算機(jī)專業(yè)《數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用》課程中案例設(shè)計(jì)研究

包 瓊

（湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院，湖北 武漢 430205）

一、引言

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，信息管理技術(shù)水平的提高，使得人們?cè)絹?lái)越多地享受到信息技術(shù)帶來(lái)的便利。不受空間、時(shí)間限制的海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與共享，涉及教育、商貿(mào)、醫(yī)療、社交等各個(gè)領(lǐng)域，人們?cè)絹?lái)越離不開(kāi)信息技術(shù)。除了掌握基本的計(jì)算機(jī)操作能力，對(duì)于日新月異的信息管理的技術(shù)的了解，也成為當(dāng)代大學(xué)生必備的知識(shí)。計(jì)算機(jī)是如何進(jìn)行數(shù)據(jù)管理從而解決現(xiàn)實(shí)世界問(wèn)題的，信息技術(shù)是如何服務(wù)于人們的工作、生活、學(xué)習(xí)的，對(duì)于這些問(wèn)題的了解有助于使人們有效的融入到這個(gè)高速發(fā)展的信息化社會(huì)中，并有效的享受信息化帶來(lái)的種種好處，并為更有效的信息利用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

目前，我校針對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科學(xué)生，除了開(kāi)設(shè)有教授計(jì)算機(jī)基本操作能力的《計(jì)算文化基礎(chǔ)》課程，另一門重要的計(jì)算機(jī)相關(guān)的課程就是《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用》了。在《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用》課程中的教學(xué)中，采用Access軟件為載體，向?qū)W生介紹如何利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。相對(duì)于《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》的偏重操作性的教學(xué)而言，該門課程的教學(xué)更側(cè)重理論與實(shí)踐結(jié)合，因此教學(xué)難度相對(duì)更大些。

二、《數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

《數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)目的并不僅僅是教會(huì)學(xué)生使用某種數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件（如：Access），更重要的是，以一個(gè)特定的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件（Access）為載體，向?qū)W生介紹數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理的知識(shí)，使學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)管理的能力有所了解，并能夠?qū)λ硎艿降默F(xiàn)有的信息服務(wù)進(jìn)行有效的理解；更進(jìn)一步的能夠?qū)?duì)相關(guān)的信息技術(shù)的理解與本專業(yè)的知識(shí)進(jìn)行融合，并在相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的信息利用上提供良好的幫助。

從《數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用》課程的多年教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在以下幾個(gè)方面的理解上存在較大難度：

（一）對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界與計(jì)算機(jī)中管理的數(shù)據(jù)的關(guān)系的理解存在問(wèn)題

學(xué)生們往往會(huì)困惑計(jì)算機(jī)中管理的數(shù)據(jù)到底是從何而來(lái)的，為什么是這些數(shù)據(jù)而不是那些數(shù)據(jù)。其實(shí)，計(jì)算機(jī)中所管理的數(shù)據(jù)來(lái)源于現(xiàn)實(shí)世界，需要經(jīng)過(guò)多次的抽象過(guò)程而得到。首先人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的事物有一個(gè)認(rèn)識(shí)的抽象，形成一種概念，然后需要將人腦中獲得的這種概念，進(jìn)一步抽象為計(jì)算機(jī)軟件能夠表示的數(shù)據(jù)形式，這就是數(shù)據(jù)模型的概念了。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)組織的基礎(chǔ)。如果學(xué)生不能很好的理解現(xiàn)實(shí)與計(jì)算機(jī)之間的關(guān)系，那么課程中很多的相關(guān)概念的理解就會(huì)存在問(wèn)題，如關(guān)鍵字、參照完整性等。

（二）對(duì)于數(shù)據(jù)表的關(guān)鍵字、索引的理解上存在一定難度

為什么要指定關(guān)鍵字，關(guān)鍵字有什么用，指定關(guān)鍵字后對(duì)于表中數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生什么影響。主關(guān)鍵字與唯一索引之間的關(guān)系等等。在學(xué)生的自我實(shí)踐過(guò)程中，由于對(duì)關(guān)鍵字、索引這些基本概念的理解的不透徹，導(dǎo)致在上機(jī)實(shí)踐的過(guò)程中，不能有效地根據(jù)操作過(guò)程中系統(tǒng)提示的錯(cuò)誤信息，進(jìn)行相應(yīng)問(wèn)題的解決，往往表現(xiàn)為不知所措。

（三）對(duì)于表間關(guān)系的理解，尤其是參照完整性的理解難度較大

為什么數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)需要分解為多張不同的但是相互聯(lián)系的表，為什么要這樣分解。數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如何組織在多張表中。按什么方式保證多張表間數(shù)據(jù)的一致性、有效性和正確性，是理解表間關(guān)系的要點(diǎn)。表的組織與數(shù)據(jù)的分解，表間參照的建立，是數(shù)據(jù)綜合利用的基礎(chǔ)。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)常在向表中隨意輸入數(shù)據(jù)，結(jié)果導(dǎo)致多張表間的數(shù)據(jù)無(wú)法相互印證，無(wú)法建立有效的參照關(guān)系，最后在多表查詢時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤。

（四）存在學(xué)習(xí)上的誤區(qū)，將數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用課程的學(xué)習(xí)等同于計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)

《計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)》的學(xué)習(xí)側(cè)重于軟件的使用，而《數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用》課程側(cè)重于對(duì)于數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)知識(shí)和規(guī)范的理解和靈活運(yùn)用，并在軟件中得以實(shí)現(xiàn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)這種情況：進(jìn)行查詢?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的示例的查詢結(jié)果去檢測(cè)自己的實(shí)際操作結(jié)果的對(duì)錯(cuò)。問(wèn)題是：學(xué)生在數(shù)據(jù)表中所輸入的數(shù)據(jù)不一定與指導(dǎo)書中的數(shù)據(jù)完全一致，因此結(jié)果肯定是會(huì)有所不同的。因此，必須根據(jù)所建查詢的實(shí)際完成的功能，然后結(jié)合實(shí)際的數(shù)據(jù)，進(jìn)行結(jié)果正誤的檢查。

以上問(wèn)題，究其根源，乃是對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理中相關(guān)基本概念的理解存在偏差造成的。因此，該課程教學(xué)中如何通過(guò)案例明晰相關(guān)的理論基礎(chǔ)，成為關(guān)鍵問(wèn)題。

三、案例過(guò)程設(shè)計(jì)及實(shí)施要點(diǎn)

下面以數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)以及表間關(guān)系的創(chuàng)建環(huán)節(jié)為例，介紹此部分內(nèi)容的教學(xué)案例的設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)施的要點(diǎn)。

（一）首先，設(shè)計(jì)一個(gè)初始的“學(xué)生”關(guān)系，關(guān)系模式描述為：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)編號(hào)，專業(yè)名稱，課程號(hào)，課程名稱，學(xué)分，平時(shí)成績(jī)，期末成績(jī)），其中：學(xué)號(hào)與課程號(hào)一起構(gòu)成了該關(guān)系的主關(guān)鍵字。

該關(guān)系表中存儲(chǔ)有學(xué)生信息，課程信息，專業(yè)信息，成績(jī)信息，以及學(xué)生所選的某門課程的成績(jī)信息，學(xué)生所在專業(yè)的信息。對(duì)該關(guān)系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該關(guān)系中數(shù)據(jù)存在以下問(wèn)題：

1.數(shù)據(jù)冗余太大：每門課程的課程名稱信息重復(fù)出現(xiàn)，將浪費(fèi)存儲(chǔ)空間。

2.更新異常：當(dāng)學(xué)生轉(zhuǎn)專業(yè)時(shí)，對(duì)應(yīng)學(xué)生的專業(yè)信息均須修改。

4.刪除異常：如果刪除了某個(gè)學(xué)生的所有信息，則可能相關(guān)課程的信息也刪除了。

由于該關(guān)系中存在部分依賴關(guān)系：表中的“課程名稱”字段不依賴于主鍵“學(xué)號(hào)＋課程號(hào)”，而僅僅依賴于“課程號(hào)”（主鍵的一部分），姓名，性別，專業(yè)編號(hào)，專業(yè)名稱也僅依賴于“學(xué)號(hào)”（主鍵的一部分）。因此，對(duì)學(xué)生關(guān)系進(jìn)行分解，分解結(jié)果為3個(gè)關(guān)系，結(jié)果描述如下：

學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)編號(hào)，專業(yè)名稱）

課程（課程號(hào)，課程名稱，學(xué)分）

選課（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，平時(shí)成績(jī)，期末成績(jī)）

經(jīng)過(guò)分解后，目前“學(xué)生”關(guān)系中還存在一個(gè)傳遞依賴關(guān)系：“學(xué)號(hào)”—>“專業(yè)編號(hào)”，反過(guò)來(lái)不成立，且“專業(yè)編號(hào)”—>“專業(yè)”，則有：“學(xué)號(hào)”—>“專業(yè)”。 解決方法：對(duì)“學(xué)生”關(guān)系進(jìn)一步分解：得到2個(gè)關(guān)系，結(jié)果描述如下：

學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)編號(hào)）

專業(yè)（專業(yè)編號(hào)，專業(yè)名稱）

在高速公路工程建設(shè)過(guò)程當(dāng)中，中心試驗(yàn)室通過(guò)對(duì)各項(xiàng)施工原材料進(jìn)行合理的檢測(cè)，能夠?qū)①|(zhì)量不過(guò)關(guān)的施工原材料及時(shí)淘汰，有效提升高速公路工程的施工質(zhì)量。由于高速公路工程的施工規(guī)模比較大，工程中的各項(xiàng)施工原材料種類與數(shù)量不斷增多，為了保證各項(xiàng)施工原材料得到更加高效的使用，中心試驗(yàn)室檢測(cè)人員要對(duì)各項(xiàng)原材料進(jìn)行科學(xué)的檢測(cè)試驗(yàn)，針對(duì)質(zhì)量不過(guò)關(guān)的原材料，要及時(shí)更換原材料或者重新購(gòu)買。

經(jīng)過(guò)這一系列的分解，最后得到的4個(gè)關(guān)系分別是：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)編號(hào)）；課程（課程號(hào)，課程名稱，學(xué)分）；專業(yè)（專業(yè)編號(hào)，專業(yè)名稱）；成績(jī)（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，平時(shí)成績(jī)，期末成績(jī)）。一般來(lái)說(shuō)對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生就介紹到此就可以了。

這個(gè)分解的過(guò)程就是關(guān)系規(guī)范化的過(guò)程，它能夠解決單個(gè)關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)管理所帶來(lái)的一系列問(wèn)題。至此數(shù)據(jù)分解的原因是就介紹清楚了。

（二）接著，引出下一個(gè)問(wèn)題：當(dāng)關(guān)系表分解后，各關(guān)系表之間如何保證數(shù)據(jù)的正確性、一致性的問(wèn)題。

首先，這4個(gè)關(guān)系并不是孤立的4個(gè)關(guān)系，而是相互有聯(lián)系。這4個(gè)關(guān)系是從最初的1張關(guān)系通過(guò)分解的過(guò)程得到。分解的過(guò)程可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分類管理，并有效解決更新、刪除、插入異常等問(wèn)題，但分解的結(jié)果應(yīng)該仍然保持?jǐn)?shù)據(jù)信息的應(yīng)有的信息含量，不會(huì)因?yàn)榉纸舛斐蓴?shù)據(jù)的丟失，也不會(huì)因?yàn)榉纸舛斐蔁o(wú)來(lái)由的數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，分解之后關(guān)系中依然反映的是最初的現(xiàn)實(shí)世界的各項(xiàng)特征。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)體以及實(shí)體之間的關(guān)系都是通過(guò)二維表的形式表達(dá)的，應(yīng)該是先有實(shí)體本身，然后才有實(shí)體之間的關(guān)系的存在。因此應(yīng)該是先有課程實(shí)體的數(shù)據(jù)，然后才有學(xué)生選課以及成績(jī)的信息，因此要求成績(jī)關(guān)系中的課程號(hào)一定是客觀存在的有效的課程號(hào)，即應(yīng)該是課程關(guān)系中存在的課程實(shí)體的課程號(hào)屬性，同理成績(jī)關(guān)系中的學(xué)號(hào)一定是客觀存在的有效的學(xué)號(hào)，即應(yīng)該是學(xué)生關(guān)系中存在的學(xué)生實(shí)體的學(xué)號(hào)屬性。也就是說(shuō)，成績(jī)關(guān)系中的課程號(hào)需要以課程關(guān)系中的課程號(hào)為參照，學(xué)號(hào)需要以學(xué)生關(guān)系中的學(xué)號(hào)為參照，因此需要指定它們之間的參照關(guān)系。于是引出外關(guān)鍵字和參照完整性的概念的介紹。關(guān)于設(shè)置參照完整性的意義就可以順理成章的介紹給學(xué)生了，而且易于理解和掌握。在此基礎(chǔ)之上可以通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)的刪除、更新、修改等操作，演示設(shè)置參照完整性后對(duì)數(shù)據(jù)表的操作所產(chǎn)生的影響，而且可以與參照完整性設(shè)置之前的情況進(jìn)行一個(gè)對(duì)比。在參照完整性概念理解清楚之后，就可以進(jìn)一步介紹級(jí)聯(lián)更新與級(jí)聯(lián)刪除的概念了。

（三）在表間關(guān)系建立后，就可以開(kāi)始轉(zhuǎn)入下一個(gè)議題：各個(gè)關(guān)系是如何通過(guò)連接又重新組合到一起，得到人們需要的綜合性的數(shù)據(jù)。于是就涉及到了多表查詢中關(guān)于多表連接的概念的介紹了。在Access中多表的連接主要有inner join、left join和right join三種。通過(guò)對(duì)關(guān)系代數(shù)中笛卡爾集、以及內(nèi)聯(lián)接、自然連接等概念的循序漸進(jìn)的介紹，通過(guò)上述4個(gè)關(guān)系中的數(shù)據(jù)，介紹inner join、left join與right join的不同應(yīng)用。

上述3個(gè)內(nèi)容一環(huán)扣一環(huán)，前面的內(nèi)容是后面內(nèi)容的基礎(chǔ)。在教學(xué)過(guò)程中切不可省略數(shù)據(jù)表的分解過(guò)程的介紹，否則學(xué)生在理解數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)管理上就會(huì)存在知識(shí)的欠缺，對(duì)于后面參照完整性乃至多表的操作均會(huì)存在不同程度的困惑。

在案例教學(xué)的實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

（一）案例內(nèi)容應(yīng)該是學(xué)生易于理解的。案例的設(shè)計(jì)中一方面要注意表結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，另一方面表中數(shù)據(jù)集的設(shè)計(jì)同樣重要。不同的數(shù)據(jù)，在教學(xué)中能夠反映不同情況的分析結(jié)果。

（二）理論教學(xué)應(yīng)該與實(shí)踐環(huán)節(jié)密切聯(lián)系。在上機(jī)實(shí)踐的環(huán)節(jié)中，要求學(xué)生多注意看系統(tǒng)的錯(cuò)誤提示信息，并進(jìn)行分析，以提高對(duì)基本概念的理解。

四、效果評(píng)價(jià)及總結(jié)

通過(guò)不斷改進(jìn)的案例教學(xué)，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生們對(duì)于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理的概念的理解更透徹了。在數(shù)據(jù)表的創(chuàng)建、表間關(guān)系的創(chuàng)建以及涉及多表連接的內(nèi)容的設(shè)計(jì)上出錯(cuò)的頻率大幅下降。并且，學(xué)生們可以自己進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，并利用所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)表完成有一定難度的查詢了。

[1]金國(guó)鳴.高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)Access數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)方法探討[J].甘肅科技縱橫，2011，（3）.

[2]馬曉榮.項(xiàng)目教學(xué)法在數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)中的研究與實(shí)踐[J].陜西教育（高教版），2011，（6）.