“数据库系统概论”互动式课件的研究与实现

杨雪峰

(新疆师范大学 地理科学与旅游学院， 新疆 乌鲁木齐 830054)



“数据库系统概论”互动式课件的研究与实现

杨雪峰

(新疆师范大学 地理科学与旅游学院， 新疆 乌鲁木齐 830054)

摘要：本文针对“数据库系统概论”教学中理论与实践脱节的情况，提出了互动式教学观点并开发了相应的CAI课件，尝试把课程中抽象理论的教学方式转变为可操作的上机实践教学方式。文中介绍了该课件不同模块的设计原则和功能实现，并说明了各模块对传统理论教学方式的影响。

关键词：数据库系统原理；互动式教学； DELPHI

0引言

“数据库系统概论”是计算机专业和信息专业的一门重要专业基础课，其理论性和实践性都非常强。但在课堂讲解中存在可操作性与实践结合不够密切的问题，造成学生在学习过程中理解困难，影响其学习热情，很难达到应有的教学效果[1]。

很多教学工作者利用计算机辅助教学CAI(Computen Aided instruction)的手段，提出改进“数据库系统概论”教学效果的诸多方法。如文献[2]和文献[3]都在这方面作了报道。本文为了进一步提高“数据库系统概论”CAI的有效性，在传统CAI软件基础上开发了该课程互动式CAI课件。

1传统CAI存在的问题

传统的“数据库系统概论”CAI比较注重教学的表现形式，通常使用PPT的展示方式，虽然减轻了教师板书的负担, 增加了授课的信息量;但教师对课件的依赖常常会加快演示节奏, 学生的思维难以跟上[4]。有些CAI在此基础上加入了Flash动画讲解形式，增强了解释复杂概念的能力，但依然只是单向的信息传输[5]。目前, 国内高校“数据库系统概论”课程的授课大多采用这两类CAI 课件。

以我校地理信息系统专业采用的教材“数据库系统教程(第三版)”为例[6]，比较抽象的概念如：运算理论中的关系代数、规范化设计当中的函数依赖和范式、数据库设计内容的ER模型及与关系模式转换等内容，对于学生来讲抽象度高、理论性强，这些内容教师在讲解时会花费大量时间，但是学生理解掌握得依然不深，一个原因是理论细节过于复杂，学生仅靠课堂上的时间很难理解这些概念；二是可操作性差，理论讲完了但学生没有实践的经历，不知道理论与实践应用的关系，因此理论内容的理解难以深入。我们在长期教学实践当中，针对以上问题开发了一套“数据库系统概论”互动式CAI课件，在一定程度上解决了上述问题，取得了较好的教学效果。

2互动式CAI课件的实现

1) 实现技术

互动式CAI课件采用Delphi语言进行开发，采用Access数据库在后台统一管理所有数据和资料。数据访问采用微软公司的ADO技术，采用Shockwave Flash控件实现Flash功能。整个课件集成度高，组成的各个模块可以配合使用也可以单独使用并可以随时切换，软件无需安装，可运行在Windows XP以上系统当中。

2) 课件功能

开发的新课件除拥有常规CAI的功能，如PPT模块，负责演示动态文字资料；Flash动画模块，负责展示课堂教学环节当中一些复杂的理论内容；习题测试模块，负责课堂上练习，测试学生掌握的情况；资料管理模块，可以制作存储文字图片资料。课件最大的特点是拥有一些互动性强的模块，例如针对关系代数运算、函数依赖推算和范式判断、无损分解测试、ER模型绘制和向关系模型转换等理论内容都对应有可操作模块,还集成了SQL语言的上机环境。不仅可以辅助教师课堂理论讲解，还能够实现抽象理论内容的上机操作，提供了教师课堂教学、学生课堂学`习和课后自学的有效环境，这是传统教学课件不具备的。

课件构成如图1所示：

图1　课件构成

3) 课件主要模块介绍

(1) PPT展示模块—系统保留了传统PPT授课的功能，具有PPT演示的通用操作能力，如页面与目录的相互切换，前进和回退；图片的放大缩小；书签存储等。

(2) 动画展示模块—该模块针对一些理论性强，讲解步骤繁多的内容，如集合操作运算、相关子查询和嵌套查询等等，制作了相应的Flash动画，一是方便教师课堂讲解，二是方便学生课后复习。该模块利用了系统的Flash控件，具有播放Flash动画所需的一般功能。

(3)关系代数模块—关系代数表达式和关系代数运算的讲解过去多是教师板书演示，学生疲于记笔记，无法体会关系代数的实际价值，相比较而言，与此内容相关的SQL部分因为操作性强,上机实践容易，更易得到重视，而关系代数的教学则容易被弱化。为了解决这一问题，本模块实现了关系代数表达式解释运行引擎，可以执行关系代数的五个基本操作和4个组合操作。可以直接输入数据库的表格数据，输入关系代数语句，运行并查看结果，通过实际运行，学生们对关系代数的这些概念就有了直观的印象和理解。模块还可以把关系代数表达式转换成对应的SQL语句，让学生们了解两者之间的关系，真正理解各相关知识点在整个体系中的联系。该模块是体现本课件互动性和实践性特点的一个典型模块。

(4)函数依赖和范式判断模块—函数依赖和范式判断因为抽象程度高，一直以来都是“数据库系统概论”教学中的难点，本模块首先把相关的理论概念变成可以实现的操作，如在相关属性中存在的函数依赖集的自动判断，查找候选键、主键、最小函数依赖集的自动计算以及2NF、3NF和BCNF的自动判断，学生通过对不同数据的反复实验，特别是系统自带的一些与实际联系紧密的数据，可以逐步了解到这些概念的实际意义和实践价值，也对学生的课后学习和练习提供了参考的工具。该模块还对本课程要求的掌握“使用Chase算法测试是否无损分解”的教学内容提供了向导式的操作界面，学生可以任意输入表格属性，然后在向导的提示下一步步完成该过程，降低了学习的难度，避免了教师一遍遍重复讲解，提高了效率。该模块也是体现课件互动性和实践性特点的一个典型模块。

(5) ER模型设计模块—绘制ER模型图，过去教学经常采用的一个办法是采用Word软件的绘图功能，Word软件绘图虽然很方便，但是无法实现进一步的分析功能，让学生看到ER模型的应用价值。另一种办法是使用PowerDesigner等商业软件，这类软件可以与数据库软件联合使用，但也带来一些问题，一是较为复杂，学生学习掌握较为困难；二是有些软件实现的ER图与教材上不同，造成学生理解上的困惑[7]。本系统利用Delphi软件和TFlexGraphic控件实现了ER模型各种基本图形要素的自由绘制，形式与教材完全相同，编辑和修改都很简单；具有自动查错功能,可以自动寻找ER模型中存在的绘图错误；可以自动转换成对应的关系模式并自动生成相应数据库。该模块改变了学习ER模型的过程，通过提供交互式的模型绘制和使用方式，让学生看到ER模型图不仅仅是画一张图，还具有更多实际的功能，体会到ER模型在数据库理论体系当中的作用和意义。

(6) SQL模块—SQL(结构化查询语言)的教学在整个的教学内容当中具有最强的实践性，之前很多教师会选择一些商用的数据库来进行教学，如SQL Server，Oracle等软件。在实践教学中发现，一是有些软件的安装和使用本身对学生掌握来说就是一个困难,课堂有限的时间被用来花费在一些与教学无关的问题上面;二是上机的过程中学生易出现各种问题，如无意删除数据库和数据等，这些软件并没有提供简单的解决方法。这些情况都会影响正常教学的进行。

针对这些问题，我们设计了SQL模块，该模块的设计采用ADO功能实现，界面简洁易用，具有数据还原、语法高亮显示、数据自动存储和错误提示等实用功能，让学生把尽可能多的精力用在正常教学内容的学习之中。

(7) 资料管理模块—该模块提供了一个类似Word的使用环境，可以存储、编辑和显示带图片、文字和电子表格内容的文档，主要用于在课堂讲解时展示与教学内容相关的辅助资料和信息，同时也管理其他各个模块使用到的表格类数据。

(8) 电子板书模块—该模块可以随时用快捷键从系统后台调出，可以自定义各种笔刷和字体颜色，保留或者编辑板书的内容，对屏幕任意部位进行截图保留，与其他模块配合使用，可以大大改善教学过程的体验。

3结语

在“数据库系统概论”课程的教学当中，本文介绍的“数据库系统概论”互动式CAI课件能满足教师课堂教学和学生课后自主学习的需要，课件通过把抽象的理论教学讲解内容变为可操作、能运行的可实践教学内容，提高该课程的实践性。经过三年来我校地理信息系统本科教学实践的应用,获得了良好的学生评价和教学效果，2014年本课件获得第十四届全国多媒体课件大赛高教工科组二等奖。

本课件目前只是一个通用的教学学习辅助工具，使用的方式还有很多局限，希望在未来结合如“微课”和“慕课”等新兴教育理念，在结构和内容的细化以及使用方式的多样化上做更多的工作。

参考资料:

[1]孟宪虎.数据库原理课程的内容定位和教学方法的探讨[J].运城：运城学院学报,2008,(5):66-68.

[2]宣军英.浅谈数据库原理教学方法[J].嘉兴：嘉兴学院学报,2006.(3):121-122.

[3]张岩.基于Web的数据库原理辅助教学系统[J].阜阳：阜阳师范学院学报(自然科学版),2009,(3):70-72.

[4]罗小龙.GIS 专业数据库原理课程教学改革研究[J].荆州：长江大学学报(社会科学版),2009,(2):244-245.

[5]王兰.“数据库原理与应用”多媒体CAI课件设计与制作研究[D].乌鲁木齐：新疆师范大学,2008.

[6]施伯乐,丁宝康,汪卫.数据库系统教程(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[7]杨蔚鸣.PowerDesigner在数据库原理实践教学中的应用[J].合肥：电脑知识与技术,2009,5(27):7723-7724.

Interactive CAI Research and Implementation of Principles of Database Systems

YANG Xue-feng

(CollegeofGeographyScienceandTourism,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054，China)

Abstract：There is disconnect between the theory and practice in Principle of Database System course teaching. In this paper, attempts are made to change the abstract theory to the operational practice content by using developed Interactive CAI software，and the function of the main module of the courseware are introduced and discussed.

Keywords:principle of database system ; interactive teaching; DELPHI

文献标识码：A

文章编号：1008-0686(2016)01-0148-03

中图分类号:G642

作者简介：杨雪峰(1972-)，男，硕士，讲师，主要从事计算机教学工作，E-mail：744157426@qq.com

收稿日期:2015-04-09;修回日期:2015-06- 29