嚴(yán)傳波 孫靜 木拉提·哈米提 畢雪華 姬金虎

摘要：SQL查詢實(shí)驗(yàn)教學(xué)是數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)的重要組成部分。傳統(tǒng)SQL實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)驗(yàn)機(jī)房進(jìn)行，為方便學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)，解決數(shù)據(jù)庫SQL實(shí)驗(yàn)受時(shí)間、空間的限制。文章闡述了基于Web的數(shù)據(jù)庫SQL查詢虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能模塊、體系結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)可以模擬完成SQL語句的增、刪、改、查實(shí)驗(yàn)及運(yùn)行結(jié)果的實(shí)時(shí)模擬顯示。系統(tǒng)可查看SQL實(shí)驗(yàn)題歷次書寫記錄，幫助學(xué)生分析SQL語句出錯(cuò)的原因，從而理解掌握SQL語句。系統(tǒng)達(dá)到了SQL虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的，更新了數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)水平有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫；SQL查詢；虛擬實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào) TP391.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）12-0011-03

Abstract： SQL query experiment is an important part of database course teaching. The traditional SQL experiment is carried out in the laboratory with the limitation of time and space. In order to facilitate students' independent learning， the virtual experiment system for SQL query based on the Web is designed， including the functional module， system structure and implementation. The SQL statement experiment of create， drop， update and select can be completed in this virtual system， and the results are real-time displayed. The process records of writing SQL sentence can be viewed to help student analyze the reasons for the errors in the experiment. So then， the student can further understand and master the SQL statement. The virtual system achieves the purpose of SQL experiment teaching， updates the experiment method， and has the great significance to improve the teaching level of the database.

Key words： Database， SQL query， virtual experiment system， experiment teaching

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理工類課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中一個(gè)不可忽視的重要內(nèi)容，對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合素質(zhì)意義重大[1]。隨著網(wǎng)絡(luò)化和信息化的發(fā)展，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)已經(jīng)逐漸不能滿足教學(xué)的需要；構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效補(bǔ)充，通過“虛實(shí)結(jié)合”，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和教學(xué)模式的多元化[2-3]， 對(duì)上課時(shí)間沒有掌握的課程內(nèi)容，可以在業(yè)余時(shí)間學(xué)習(xí)，在寬松的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)途徑。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，虛擬實(shí)驗(yàn)具有成本低、效率高、不受時(shí)間和空間的限制等特點(diǎn)[4-6]。虛擬實(shí)驗(yàn)還可根據(jù)學(xué)生的不同操作情況提供個(gè)性化的反饋，及時(shí)向?qū)W生傳遞信息，保持學(xué)習(xí)的持續(xù)性，防止學(xué)習(xí)過程的脫節(jié)和錯(cuò)誤的累積[7]。當(dāng)前，構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已逐漸成為發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)研制和出現(xiàn)了許多課程的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)并用于教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果[8-10]。

1 SQL實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

當(dāng)前，數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用已深入到社會(huì)生活的方方面面。數(shù)據(jù)庫是一項(xiàng)重要的信息處理技術(shù)，數(shù)據(jù)庫課程已經(jīng)成為信息管理專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)教學(xué)是數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)的重要內(nèi)容，對(duì)學(xué)生理解數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型、體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)查詢、事務(wù)處理、事務(wù)并發(fā)等相關(guān)知識(shí)有重要的輔助作用。各學(xué)校數(shù)據(jù)庫課程傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式是在實(shí)驗(yàn)中心機(jī)房，通過臺(tái)式計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)完成SQL查詢實(shí)驗(yàn)及其他子功能的學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法優(yōu)點(diǎn)在于學(xué)生可以對(duì)數(shù)據(jù)庫各子功能有全面切身體驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)庫SQL語法、書寫格式、語句執(zhí)行結(jié)果有真實(shí)的感受，從而快速掌握SQL查詢語句的使用，對(duì)數(shù)據(jù)庫理論知識(shí)的理解也更加深刻；不足之處是實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，只能在實(shí)驗(yàn)中心機(jī)房進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，課外時(shí)間無法進(jìn)行，這對(duì)一部分動(dòng)手能力弱的學(xué)生來說，很難按時(shí)完成教師布置的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。針對(duì)這些問題，設(shè)計(jì)和構(gòu)建基于Web的數(shù)據(jù)庫SQL虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使數(shù)據(jù)庫SQL實(shí)驗(yàn)突破時(shí)間、空間的限制，已成為現(xiàn)實(shí)迫切需要。人們對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究也一直在進(jìn)行，研究目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)全仿真的數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完全實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫對(duì)象的操作如用戶授權(quán)、創(chuàng)建、查詢、更新、修改、備份和恢復(fù)等復(fù)雜功能[11-13]，而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握SQL查詢語句的語法及功能，對(duì)數(shù)據(jù)庫其他功能不作為實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)。因此，文章將問題簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)和構(gòu)建基于Web的數(shù)據(jù)庫SQL增、刪、改、查的數(shù)據(jù)庫虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，僅用于模擬數(shù)據(jù)庫的SQL查詢實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過研究和設(shè)計(jì)，系統(tǒng)基本可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫SQL語句的輸入、運(yùn)行及查詢結(jié)果顯示，學(xué)生還可查看和追溯學(xué)生實(shí)驗(yàn)題答題的歷史記錄，使學(xué)生可以更好地分析SQL語句出錯(cuò)的原因，從而理解掌握SQL語句，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的。

2 基于Web的SQL查詢虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

2.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫SQL虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要根據(jù)數(shù)據(jù)庫課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，模擬數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)SQL語句的輸入、運(yùn)行及查詢結(jié)果顯示，忽略數(shù)據(jù)庫、表、視圖等對(duì)象的創(chuàng)建、數(shù)據(jù)庫授權(quán)、備份和恢復(fù)等功能，這樣一方面可正常開展網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)教學(xué)，另一方面又有利于降低SQL虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性，減小系統(tǒng)開發(fā)難度，提高系統(tǒng)可靠性。系統(tǒng)應(yīng)具有用戶管理、實(shí)驗(yàn)題管理、數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)結(jié)果查看、歷史回溯等功能。系統(tǒng)功能模塊如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

Java是一種簡(jiǎn)單、體系架構(gòu)無關(guān)的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言。Java開發(fā)的程序具有安全可靠、平臺(tái)無關(guān)、可移植性好、系統(tǒng)功能容易擴(kuò)展等特點(diǎn)。因此，系統(tǒng)架構(gòu)采用Java Servlet+JSP+Css+Jquery+SQL2008的簡(jiǎn)化版MVC模式設(shè)計(jì)，其中，模型M由SQL實(shí)驗(yàn)題Dao、VO對(duì)象構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)SQL語句對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的增、刪、改、查。JSP、Css和Jquery實(shí)現(xiàn)SQL語句查詢及結(jié)果數(shù)據(jù)的顯示，Java Servlet完成數(shù)據(jù)庫SQL虛擬實(shí)驗(yàn)的相關(guān)邏輯控制。Java Servlet只運(yùn)行在服務(wù)器端，具有安全可靠、穩(wěn)定性好，可擴(kuò)展性高等特點(diǎn)。通過這種簡(jiǎn)化的MVC模式，可以快速實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)的基于Web的數(shù)據(jù)庫SQL語句虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，而且功能界面清晰，便于維護(hù)，代碼重用性好，功能擴(kuò)展容易。簡(jiǎn)化版的SQL查詢虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)MVC模式架構(gòu)如圖2所示。

3 SQL查詢虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

基于Web的數(shù)據(jù)庫SQL虛擬實(shí)驗(yàn)的核心是如何模擬數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)SQL語句查詢Select、插入Insert、修改Update和刪除Delete等語句的解釋和執(zhí)行，并將查詢結(jié)果實(shí)時(shí)仿真的顯示在客戶端，使學(xué)生感覺虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)的課堂實(shí)驗(yàn)環(huán)境一致，達(dá)到學(xué)生課內(nèi)課外均可完成指定的數(shù)據(jù)庫查詢實(shí)驗(yàn)，突破實(shí)驗(yàn)受時(shí)間、空間的限制。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)根據(jù)SQL查詢性質(zhì)將實(shí)驗(yàn)分為兩類，一類是Select語句實(shí)驗(yàn)，只檢索數(shù)據(jù)，返回?cái)?shù)據(jù)庫表的檢索結(jié)果，不修改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，查詢結(jié)果對(duì)其他學(xué)生實(shí)驗(yàn)不造成影響；另一類是更新語句，如Insert、Update、Delete、Create、Alter、Drop等語句，可能會(huì)修改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的表、數(shù)據(jù)、視圖等信息，查詢結(jié)果可能對(duì)其他學(xué)生進(jìn)行SQL實(shí)驗(yàn)造成影響。這兩種情況的SQL實(shí)驗(yàn)需要加以區(qū)分，分別實(shí)現(xiàn)。SQL查詢虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的查詢與更新語句實(shí)驗(yàn)流程如圖3所示。

3.1 SQL查詢實(shí)驗(yàn)的Select語句模擬

Select語句的查詢對(duì)象和查詢結(jié)果都是一個(gè)數(shù)據(jù)集合，其查詢結(jié)果可返回關(guān)系表的單行、多行或全部數(shù)據(jù)，為防止數(shù)據(jù)返回過多，造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，需要限制Select語句返回?cái)?shù)據(jù)的行數(shù)，如只返回?cái)?shù)據(jù)前5行等。學(xué)生提交Select查詢語句實(shí)驗(yàn)后，系統(tǒng)通過應(yīng)用服務(wù)器處理Select語句，根據(jù)數(shù)據(jù)庫返回的執(zhí)行結(jié)果，輸出查詢結(jié)果信息。若出錯(cuò)，則將數(shù)據(jù)庫的SQL執(zhí)行錯(cuò)誤信息以Json數(shù)據(jù)格式返回；若正確，則將查詢結(jié)果數(shù)據(jù)以Json數(shù)據(jù)格式返回，在前臺(tái)瀏覽器JSP網(wǎng)頁中以表格形式顯示出來，實(shí)現(xiàn)Select語句實(shí)驗(yàn)的虛擬執(zhí)行。

3.2 SQL更新實(shí)驗(yàn)的模擬實(shí)現(xiàn)

SQL虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以完成數(shù)據(jù)庫的更新實(shí)驗(yàn)，包括SQL語句的Insert、Update、Delete等語句實(shí)驗(yàn)。只不過更新實(shí)驗(yàn)有可能會(huì)修改和刪除實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的表、數(shù)據(jù)、視圖，而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫對(duì)所有學(xué)生都是共享的，執(zhí)行數(shù)據(jù)庫更新實(shí)驗(yàn)后，其他學(xué)生有可能就不能正常做實(shí)驗(yàn)了，所以在進(jìn)行SQL更新的Delete、Alter、Drop語句實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要做學(xué)生身份驗(yàn)證，只有授信用戶才能執(zhí)行此類實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生提交SQL更新語句實(shí)驗(yàn)后，系統(tǒng)通過應(yīng)用服務(wù)器處理和執(zhí)行更新語句，根據(jù)數(shù)據(jù)庫返回的執(zhí)行結(jié)果，輸出更新正確或出錯(cuò)的結(jié)果信息。若正確，則統(tǒng)一將“更新成功”的信息以Json數(shù)據(jù)格式返回；若有錯(cuò)，則將DBMS返回的語法錯(cuò)誤信息以Json數(shù)據(jù)格式返回。最后在前臺(tái)瀏覽器JSP網(wǎng)頁中顯示出來，實(shí)現(xiàn)SQL更新語句實(shí)驗(yàn)的虛擬執(zhí)行。

3.3 SQL實(shí)驗(yàn)的歷史回溯

學(xué)生在進(jìn)行SQL查詢實(shí)驗(yàn)時(shí)，一般要經(jīng)歷若干次嘗試，才能正確完成實(shí)驗(yàn)。為使學(xué)生能查看他自己實(shí)驗(yàn)題的做題過程，SQL虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可將學(xué)生每次SQL實(shí)驗(yàn)題所寫的SQL語句和查詢結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中，實(shí)驗(yàn)后可以查閱當(dāng)前實(shí)驗(yàn)題過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及修正方法。通過學(xué)生閱讀SQL實(shí)驗(yàn)題從運(yùn)行出錯(cuò)開始，不斷糾錯(cuò)，最終得到正確的執(zhí)行結(jié)果的多次切實(shí)體驗(yàn)，使學(xué)生掌握數(shù)據(jù)庫SQL語句的語法、書寫規(guī)則及執(zhí)行過程，從而達(dá)到數(shù)據(jù)庫SQL實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的。學(xué)生SQL實(shí)驗(yàn)題的Select語句和更新語句的實(shí)驗(yàn)歷程如圖4所示。

基于Web的SQL查詢虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還不能完全模擬數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的所有SQL語句。實(shí)驗(yàn)時(shí)共享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫并發(fā)狀態(tài)下，進(jìn)行查詢、插入、修改、刪除時(shí)會(huì)互相影響，這可以加深學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)庫并發(fā)的認(rèn)識(shí)，但另一方面，可能會(huì)降低系統(tǒng)性能。為防止實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫表的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)被修改或刪除，造成其他學(xué)生實(shí)驗(yàn)不能繼續(xù)進(jìn)行，系統(tǒng)對(duì)部分SQL語句功能做了限制，只有授信用戶方可進(jìn)行此類實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié)束語

SQL查詢實(shí)驗(yàn)是數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容。為使學(xué)生課內(nèi)課外都可自主學(xué)習(xí)，解決數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)受時(shí)間、空間的限制，本文采用Java Servlet+JSP+Css+Jquery+SQL2008相結(jié)合，創(chuàng)建了輕量級(jí)的基于Web的數(shù)據(jù)庫SQL語句虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，模擬了SQL語句的解釋和執(zhí)行過程。系統(tǒng)可以完成數(shù)據(jù)庫SQL語句實(shí)驗(yàn)中增、刪、改、查及運(yùn)行結(jié)果的實(shí)時(shí)顯示，達(dá)到了在因特網(wǎng)上自主學(xué)習(xí)，隨時(shí)進(jìn)行網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫SQL虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的。系統(tǒng)采用簡(jiǎn)化版的MVC模式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，功能界面清晰，擴(kuò)展容易，更新了數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)水平有一定的參考意義。

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