《數(shù)據(jù)庫中的除法運(yùn)算》微課程教學(xué)設(shè)計(jì)

閆秋艷　孟凡榮　葛欣

摘要：《數(shù)據(jù)庫原理》是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)必修課，概念多且抽象，不易于理解，在以往的教學(xué)中學(xué)生反映學(xué)習(xí)有較大難度。微課是近些年出現(xiàn)的一種以知識點(diǎn)為主題內(nèi)容，結(jié)合多種教學(xué)形式錄制的視頻，學(xué)生通過微課的學(xué)習(xí)，可以靈活地在課前或課后對復(fù)雜概念進(jìn)行理解和學(xué)習(xí)，非常適合于《數(shù)據(jù)庫原理》這門課程的教學(xué)。本文以《數(shù)據(jù)庫原理》課程中的除法運(yùn)算為例，給出了一個微課教學(xué)案例的具體設(shè)計(jì)思路和過程，從微課視頻設(shè)計(jì)存在的難點(diǎn)問題出發(fā)，對腳本設(shè)計(jì)及交互環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)兩個重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并給出了此次設(shè)計(jì)的心得體會。

關(guān)鍵詞：微課建設(shè)；視頻制作；數(shù)據(jù)庫原理

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）04-0222-02

一、教學(xué)背景

除法運(yùn)算是數(shù)據(jù)庫技術(shù)中一種非常特殊的集合運(yùn)算，能夠解決兩個具有包含關(guān)系的集合之間屬性的選擇問題，在實(shí)際操作中有著非常廣泛的應(yīng)用。但是由于除法運(yùn)算的概念、關(guān)系代數(shù)表示和SQL語句表示等內(nèi)容較為復(fù)雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)時普遍存在一定的困難，不僅影響《數(shù)據(jù)庫原理》課程中關(guān)系代數(shù)和SQL語句兩個重要章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，而且影響該類集合運(yùn)算問題在實(shí)際操作中的應(yīng)用。

二、教學(xué)目標(biāo)及思路

1.教學(xué)目標(biāo)。學(xué)習(xí)“除法”這種特殊的關(guān)系代數(shù)，使學(xué)生達(dá)到對除法運(yùn)算從“發(fā)現(xiàn)問題”到“學(xué)習(xí)概念”到“計(jì)算機(jī)表示”再到“動手解決問題”這一過程的深刻理解，最終實(shí)現(xiàn)對該知識點(diǎn)的深刻理解和靈活應(yīng)用。

2.課程設(shè)計(jì)思路。（見下圖）

針對除法運(yùn)算解決的具體問題、除法運(yùn)算的概念、關(guān)系代數(shù)表示和SQL語句表示等四個方面的難點(diǎn)問題，圍繞一個具體實(shí)例逐層展開討論和學(xué)習(xí)，同時運(yùn)用flash動畫演示SQL語句執(zhí)行過程，提升學(xué)生對除法理解的層次，最后，給出一個除法的小練習(xí)，綜合視頻中講解的主要知識點(diǎn)，給學(xué)生提供一個自我思考、查缺補(bǔ)漏的環(huán)境，同時對教師的微課教學(xué)效果進(jìn)行反饋，最終構(gòu)建出“教學(xué)-學(xué)習(xí)的微環(huán)境”。

第一步，拋出問題，在針對典型問題的思考后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)除法運(yùn)算具有的特殊作用，其他代數(shù)運(yùn)算很難直接替代；

第二步，給出除法運(yùn)算的基本概念，通過概念中兩個集合R和S的包含關(guān)系，對應(yīng)具體解決的問題，使學(xué)生對除法運(yùn)算的概念有個初步的認(rèn)識；

第三步，通過關(guān)系代數(shù)表示除法運(yùn)算概念中的兩個集合，被除數(shù)集R和除數(shù)集S，并再次通過例子強(qiáng)調(diào)概念中的公共屬性Y和結(jié)果屬性X，加強(qiáng)概念理解的同時，體會除法這種關(guān)系代數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示形式；

第四步，回到解決問題的實(shí)質(zhì)，程序員需要用SQL語句來實(shí)現(xiàn)例子中的查詢要求，因此，給出問題的SQL語句，重要的是，結(jié)合概念和關(guān)系代數(shù)中都出現(xiàn)的集合R和集合S的包含關(guān)系圖，通過包含關(guān)系自然過渡到除法的SQL實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)課程知識點(diǎn)的前后呼應(yīng)；

第五步，給出了一個稍微復(fù)雜一些的例子，并通過flash的形式對除法的執(zhí)行過程進(jìn)行強(qiáng)化，演示除法執(zhí)行過程的具體步驟，使學(xué)生對該問題的理解提高到一個新的層次；

第六步，除法小練習(xí)。目前，將小練習(xí)的習(xí)題內(nèi)容放在了PPT后，在實(shí)際視頻上線后，可以將練習(xí)內(nèi)容做成交互式，或提供word版文件的下載和提交，供學(xué)生學(xué)習(xí)后將學(xué)習(xí)的效果和問題及時反饋給教師，使教師完善教學(xué)效果。

三、教學(xué)方法及特色

1.舉例法。圍繞一個學(xué)生常見的例子“查詢選修了1號學(xué)生選修的所有課程的學(xué)生姓名”，引出除法運(yùn)算能夠解決的具體問題類型，并從除法的概念、關(guān)系代數(shù)、SQL語句等三個方面對這個查詢問題進(jìn)行解答，問題的解釋由淺入深，由概念到實(shí)際操作，使學(xué)生達(dá)到“學(xué)后會用”的效果。

2.啟發(fā)式方法。在講解過程中，兩次拋出問題，引發(fā)學(xué)生思考。此處，視頻中插入要求學(xué)生思考的片段，提示學(xué)生在此處思考問題，學(xué)生既可以跟隨視頻的速度，繼續(xù)學(xué)習(xí)；也可以自己選擇暫停，自主控制學(xué)習(xí)思考的時間，收到更好的學(xué)習(xí)效果。

問題一：如在首次提出問題“查詢選修了1號學(xué)生選修的所有課程的學(xué)生姓名”時，要求大家思考“可以用什么樣的關(guān)系代數(shù)進(jìn)行表示”，此時，學(xué)生可以暫停視頻，根據(jù)自己已經(jīng)掌握的知識，給出這個查詢的關(guān)系代數(shù)，在發(fā)現(xiàn)沒有很好的表示方法時，重新回到視頻，就會明白除法運(yùn)算的重要意義了。

問題二：在對除法的SQL實(shí)現(xiàn)中，最為重要的一步，就是用not exists（S-R）來表示集合R對于集合S的包含關(guān)系，所以，在寫這一步的SQL語句時，首先要求學(xué)生思考如何實(shí)現(xiàn)“判斷某個學(xué)生是否滿足not exists （S-R）的結(jié)果為真”這個條件，讓學(xué)生既能夠體會到這是問題解決的關(guān)鍵步驟，又能夠啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用不同的方法解決這一問題，達(dá)到舉一反三的目的。

3.綜合運(yùn)用多媒體。在視頻中，應(yīng)用flash演示了一個較為復(fù)雜的除法運(yùn)算SQL語句的執(zhí)行過程。由于使用兩層not exists進(jìn)行嵌套，傳統(tǒng)的板書形式，根本無法對執(zhí)行的過程進(jìn)行詳細(xì)的說明，學(xué)生很難理解。通過flash動畫的形式，學(xué)生可以動態(tài)地看到每條語句執(zhí)行的過程，理解起來就沒有難度了。

四、總結(jié)

本次視頻的錄制內(nèi)容，是多年來主講教師在講解《數(shù)據(jù)庫原理》課程當(dāng)中的除法運(yùn)算時，遇到問題和具體講解方法以及教學(xué)手段的一個總結(jié)，通過大量學(xué)生學(xué)習(xí)的效果來看，通過這種實(shí)例講解、關(guān)系代數(shù)和SQL語句相結(jié)合、輔助動畫演示等教學(xué)方法的運(yùn)用，完全可以減輕學(xué)生對這個知識點(diǎn)理解的難度，并達(dá)到深入理解和實(shí)際應(yīng)用的目的。

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