高職院校數(shù)據(jù)建模教學(xué)淺議

左 嵐

隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)高速發(fā)展，數(shù)據(jù)的應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)都發(fā)揮了巨大的作用，其范圍包括了金融行業(yè)、醫(yī)學(xué)行業(yè)、經(jīng)濟(jì)行業(yè)、環(huán)境行業(yè)、地質(zhì)勘察、交通行業(yè)、人口調(diào)查等多方面，涉及到數(shù)據(jù)的學(xué)科以及技術(shù)已成為目前高新技術(shù)中的重要組成成分。無(wú)論是利用數(shù)據(jù)方法來(lái)解決實(shí)際遇到的生活工作問(wèn)題，還是將數(shù)據(jù)技術(shù)和其他技術(shù)結(jié)合成為多功能的交叉技術(shù)，首先需要關(guān)注的是對(duì)對(duì)象的數(shù)據(jù)建模，并通過(guò)數(shù)據(jù)建模來(lái)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的計(jì)算。所以數(shù)據(jù)建模具有重要的作用和意義，這無(wú)疑對(duì)高校的數(shù)據(jù)建模教育提出了更高的要求，本文就主要講解了數(shù)據(jù)建模方面的技術(shù)和注意的問(wèn)題。

一、概念模型教學(xué)

1．相關(guān)概念。模型:在生活中模型對(duì)于人民來(lái)說(shuō)并不陌生，例如一張關(guān)于城市或世界的地圖、建設(shè)設(shè)計(jì)的沙盤、建筑的設(shè)計(jì)圖、一個(gè)設(shè)計(jì)精妙的車模或航模等這些都可以稱之為模型，通過(guò)這些模型可以讓人們直觀的想象到真實(shí)的事物。模型就可以理解為現(xiàn)實(shí)世界中事物的特征的抽象和模擬。

數(shù)據(jù)模型:同樣的，數(shù)據(jù)模型就是對(duì)現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的特征進(jìn)行抽象和模擬。數(shù)據(jù)模型在數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)中屬于基礎(chǔ)模型，它主要描述的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)間的關(guān)系、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)定義。

2.信息的三種世界。所謂的信息三種世界就是現(xiàn)實(shí)世界、信息世界、數(shù)據(jù)世界，我們要做的就是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的事物特征進(jìn)行抽象和模擬，從而形成信息世界，再將信息世界轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)世界。

第一，現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)的描述。對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的描述可以從實(shí)體、特征、實(shí)體集、集體間的聯(lián)系進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)體就是現(xiàn)實(shí)事物客觀存在并且可以相互區(qū)分的概念或事物，實(shí)體可以分為概念實(shí)體與事物實(shí)體。特征就是現(xiàn)實(shí)事物具備的客觀特點(diǎn)，可以用特征對(duì)實(shí)體進(jìn)行區(qū)分或描述。實(shí)體集就是各實(shí)體間具有相同的特征或能夠用相同的特征來(lái)進(jìn)行描述的集合。

第二，信息世界數(shù)據(jù)的描述。人們認(rèn)識(shí)一個(gè)事物總會(huì)在腦海中反映出這個(gè)事物的特征，人們通過(guò)綜合的分析形成了關(guān)于這個(gè)事物的印象與概念，這個(gè)形成的印象和概念就是信息，當(dāng)我們用這個(gè)信息來(lái)描述事物時(shí)，就相當(dāng)于在信息世界中。信息世界的專業(yè)術(shù)語(yǔ)有對(duì)象、屬性、實(shí)例等，信息世界就是通過(guò)概念模型來(lái)描述或反映現(xiàn)實(shí)世界中的事物。

二、邏輯建模教學(xué)

1.關(guān)系范式。如果域中的元素?zé)o法再分，我們就可以說(shuō)域是原子的，如果在關(guān)系模式中，屬性的域均為原子的，那么該關(guān)系模式就屬于第一范式。如果關(guān)系模式是第一范式，并且各個(gè)非鍵屬性都依賴候選鍵，那么該關(guān)系模式就是第二范式。如果關(guān)系模式中的非主屬性不部分依賴，并且也不傳遞依賴關(guān)系模式的候選鍵，則該關(guān)系模式為第三范式。如果關(guān)系模式是第一范式，并且其中的各個(gè)屬性均不互粉依賴候選鍵，也不傳遞依賴候選鍵，那么該關(guān)系模式就是BC范式。

2．關(guān)系范式的運(yùn)用。范式是數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，關(guān)系模型可以從第一范式到第五范式進(jìn)行無(wú)損分解，該過(guò)程成為規(guī)范化。如果數(shù)據(jù)量不大、報(bào)表較為固定可以選擇星型模型，如果數(shù)據(jù)庫(kù)為中央數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，考慮到系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本、管理和可擴(kuò)展性等因素，最好采用第三范式。目前對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的模型設(shè)計(jì)多數(shù)采用的是第三范式，其具有嚴(yán)格的教學(xué)定義，上述也提到了第三范式的特征，可以看出第三范式基本上是圍繞主鍵和非主屬性間的關(guān)系來(lái)討論的，如果滿足第一個(gè)條件則稱為第一范式，滿足前面兩個(gè)條件為第二范式，依次類推。

3.邏輯模式的設(shè)計(jì)。邏輯模式設(shè)計(jì)的基本步驟如下:一是初始邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)的模式轉(zhuǎn)換，該點(diǎn)主要根據(jù)若干規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)。二是規(guī)范化處理，規(guī)范化處理主要是清除或者減少關(guān)系模式中存在的一些異常情況，以保證數(shù)據(jù)的一致性、完整性和存儲(chǔ)效率。三是模式評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)主要是功能評(píng)價(jià)，主要是看規(guī)范后的關(guān)系模式能否滿足客戶的需求，方便客戶能夠輕松的訪問(wèn)數(shù)據(jù)的各項(xiàng)屬性。四是模式修正，根據(jù)用戶的需求和現(xiàn)實(shí)世界的環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的修改、完善，以保證其能夠被正常的運(yùn)用。

三、物理建模教學(xué)

1.物理建模的模型相關(guān)概述。物理模型是計(jì)算模型的基礎(chǔ)，并確認(rèn)出對(duì)象和目標(biāo)。對(duì)物理設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)人員都希望通過(guò)輸入相關(guān)的信息需求、軟硬件環(huán)境、處理要求等來(lái)設(shè)計(jì)出物理模式。一般物理建模的方法和概念建模并沒(méi)有直接的關(guān)聯(lián)，但是概念建模中有很多細(xì)節(jié)可以作為物理建模輸入內(nèi)容。物理建模主要是根據(jù)客戶的需求細(xì)節(jié)判斷出容量處理完整性分析，然后實(shí)現(xiàn)決策，再確定出物理的模式和邏輯模式，物理模式和邏輯模式還和軟硬件的特性有關(guān)。

2.物理建模的要素。如果從概念模型驅(qū)動(dòng)入手，物理建模的具有三個(gè)要素:一是穩(wěn)態(tài)分析和容量分析，二是完整性分析，三是事務(wù)分析和頻率分析。

第一，容量分析與穩(wěn)態(tài)分析。容量分析中會(huì)運(yùn)用到實(shí)例均值與實(shí)例峰值，都由概念模型中給出，實(shí)例均值說(shuō)明的是存取能力，實(shí)例峰值可以抉擇出實(shí)際存儲(chǔ)量需求。表中可以加入文件峰值、均值的容量，也可以記錄實(shí)例的流動(dòng)率。

在考慮數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)例流動(dòng)率，我們用一個(gè)形象的例子來(lái)說(shuō)明，將數(shù)據(jù)庫(kù)想象為一個(gè)水庫(kù)，數(shù)據(jù)就是水庫(kù)中的水，我們更新或者插入事務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)就是相當(dāng)于水流進(jìn)了水庫(kù)，反之刪除數(shù)據(jù)就是水流出水庫(kù)，而數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)總含量相當(dāng)于水庫(kù)總蓄水量，水庫(kù)的總蓄水量主要是由兩個(gè)方面的因素決定的，即注水的時(shí)間和水流動(dòng)的速率，那么數(shù)據(jù)庫(kù)也可以認(rèn)為有如此一條穩(wěn)態(tài)的規(guī)則，記錄文件所花費(fèi)的時(shí)間乘以文件記錄流動(dòng)的速率就是數(shù)據(jù)庫(kù)的總數(shù)據(jù)量，總數(shù)據(jù)量即活動(dòng)文件的實(shí)例數(shù)。如果數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)例增加數(shù)目大于刪除數(shù)目，則數(shù)據(jù)庫(kù)容量在增大，反之則減少，那么同樣的，上面的公式可以反過(guò)來(lái)使用，文件的平均滯留時(shí)間=總數(shù)據(jù)量/流量。

第二，完整性分析。完整性分析主要包括了兩個(gè)方面:附加完整性約束與固有完整性約束，前者主要是按照參照約束和傳遞約束，該類約束能夠?qū)?shù)據(jù)庫(kù)的狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，或者在當(dāng)前對(duì)事務(wù)進(jìn)行操作，使得當(dāng)前操作的文件發(fā)生改變。后者的約束主要有三類，分別是文件完整性約束、域完整性約束、訪問(wèn)完整性約束。

四、數(shù)據(jù)建模教學(xué)設(shè)想

1.構(gòu)建具有特色的數(shù)據(jù)建模課程和教材。高校教學(xué)過(guò)程中，除了要給學(xué)生們提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)教學(xué)，而且還要讓學(xué)生們?cè)趯?shí)際學(xué)習(xí)中可學(xué)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用知識(shí)。值得注意的是高職院校在進(jìn)行教學(xué)過(guò)程中需要具備相應(yīng)的數(shù)據(jù)建設(shè)能力和意識(shí)。只有這樣才能夠在學(xué)校建立起具有自己特色的數(shù)據(jù)建模課程，具體來(lái)說(shuō)在進(jìn)行教學(xué)過(guò)程中需要從下面幾個(gè)方面著手。第一，教學(xué)內(nèi)容選取適宜。學(xué)校教材在進(jìn)行編寫的時(shí)候需要注重知識(shí)長(zhǎng)新性，不能夠?qū)⒔虒W(xué)的范圍封閉，需要考慮到各個(gè)專業(yè)的性質(zhì)特點(diǎn)，然后完成有針對(duì)性的教材編寫。教材編寫過(guò)程中要注重學(xué)校的特色，根據(jù)教學(xué)的理論問(wèn)題、知識(shí)、實(shí)踐問(wèn)題以及熱點(diǎn)問(wèn)題等進(jìn)行創(chuàng)新性的組合在一起，完成數(shù)據(jù)建模教學(xué)。第二，數(shù)據(jù)教學(xué)要符合我們生活。所謂學(xué)習(xí)均是源于生活但是又高于生活，其實(shí)這種說(shuō)法一點(diǎn)都不為過(guò)，因?yàn)閿?shù)據(jù)教學(xué)過(guò)中其實(shí)很多東西都是一種生活的總結(jié)，從不斷知識(shí)總結(jié)中尋求思想的升華，而這種升華又是在不斷發(fā)生著進(jìn)步。第三，結(jié)合專業(yè)特征進(jìn)行數(shù)據(jù)建模。例如，在我們學(xué)習(xí)和工作中涉及到出租車的計(jì)價(jià)問(wèn)題，電路短路問(wèn)題，線性規(guī)劃問(wèn)題以及銀行借貸問(wèn)題。

2.強(qiáng)化教師隊(duì)伍建設(shè)。數(shù)據(jù)建模其涉及的領(lǐng)域非常廣闊，不僅會(huì)涉及到數(shù)學(xué)類知識(shí)，而且還會(huì)涉及到其他學(xué)科的專業(yè)知識(shí)。高職院校需要根據(jù)學(xué)校自身的情況制定出相應(yīng)的數(shù)據(jù)教學(xué)建模計(jì)劃，建立起聯(lián)合教學(xué)方案。第一，加強(qiáng)教育改革研究力度。制定出相應(yīng)的政策，并創(chuàng)造相應(yīng)的條件，積極鼓勵(lì)學(xué)校加強(qiáng)現(xiàn)代化教學(xué)，參與教學(xué)理論研究，積極探索和實(shí)踐教材的編寫，做好相應(yīng)的職稱評(píng)定、崗位津貼補(bǔ)足。第二，積極探索數(shù)據(jù)教學(xué)教育實(shí)踐培訓(xùn)，由于教育主管部門數(shù)據(jù)教學(xué)過(guò)程中目前尚未成熟，還需要對(duì)教師隊(duì)伍進(jìn)行集中培訓(xùn)。

3.數(shù)據(jù)建模教學(xué)方法

第一，使得學(xué)生認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)建模思想、步驟。教師在教學(xué)過(guò)程中可以選擇一些結(jié)合教學(xué)課程、做一些簡(jiǎn)單、符合學(xué)生實(shí)際情況的教學(xué)題目。不斷培養(yǎng)學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中的建模興趣，努力激發(fā)學(xué)生們的數(shù)據(jù)建模積極性，并且使得學(xué)生擁有初步的建模能力。

第二，使得學(xué)生掌握數(shù)據(jù)建模思想、步驟。學(xué)生經(jīng)過(guò)一段認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)建模思想、步驟時(shí)，其已經(jīng)具備了相應(yīng)的數(shù)據(jù)建模能力。教師在選取教學(xué)題目的時(shí)候，需要知道學(xué)生們展開(kāi)獨(dú)立指導(dǎo)，積極分析問(wèn)題的重點(diǎn)所在。引導(dǎo)學(xué)生們掌握數(shù)據(jù)建模，了解模型設(shè)計(jì)、建立、求解以及檢驗(yàn)，不斷鞏固和提升學(xué)生的數(shù)據(jù)建模能力。

第三，使得學(xué)生熟練掌握數(shù)據(jù)建模思想、步驟。讓學(xué)生們處理一些較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)建模問(wèn)題，積極挖掘一些有用信息，努力探索、猜想、聯(lián)想一些有用的假設(shè)模型。并且尋求多種多樣的求解模型。從對(duì)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)模型掌握中不斷進(jìn)行反復(fù)修改中進(jìn)行論證、分析，從根本上實(shí)現(xiàn)建模征答活動(dòng)，積極鼓勵(lì)學(xué)生參與建模競(jìng)賽。

本文主要詳細(xì)分析了數(shù)據(jù)建模中的三個(gè)階段，即概念建模、邏輯建模和物理建模。高職院校的數(shù)據(jù)建模教學(xué)可以從這三個(gè)階段循序漸進(jìn)的進(jìn)行講解，能夠讓學(xué)生從最先的基本知識(shí)了解數(shù)據(jù)建模的過(guò)程，從而讓學(xué)生能夠掌握數(shù)據(jù)建模的方法和過(guò)程。

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