开放课程“数据库系统”改革的有效模式

案例教学——开放课程“数据库系统”改革的有效模式

孙志挥　倪巍伟　刘亚军

（东南大学计算机科学与工程系，江苏南京，210096）

【摘要】　针对开放课程“数据库系统”的教学特点和要求，在课程改革中进行了案例教学的实践。从实际应用需求出发，通过对以数据库为核心的信息系统典型案例进行剖析、突破现有教材内容单一的局限、介绍数据库系统的新理论和新技术、利用正／反案例进行技术比较以及案例教学贯穿教学全过程等方面的做法和教学效果进行总结，指出案例教学是“数据库系统”课程改革的有效模式。

【关键词】　案例教学　数据库系统　课程改革模式

【中图分类号】　G642．0；TP311．13　　　　　　　　【文献标识码】　A

【文章编号】　1008－0686（2005）01－0105－04

数据库系统作为一种数据密集型的重要应用，其数据组织、数据处理、数据分析和在数据库中发现知识的技术，已渗透到社会、生产和科学研究等领域，受到社会各方的重视。在高校中普遍认为数据库系统及其技术是大学生所应具备的基础知识之一，相继为相关专业开出了“数据库系统”课程，由于涉及理论、技术和应用三个方面，是一门理论性和实践性都很强的技术基础课程，加之以数据库为核心的信息系统发展迅速，数据库学科和应用中的新思想、新概念和新技术层出不穷。因此，在开放课程“数据库系统”教学中提出了很多新要求，特别是课程教学中必须使学生在强化数据库系统基础理论知识的同时，培养其实际应用中的数据库系统设计、实现和维护能力。按照传统课堂“讲授，例题，习题”教学模式是难于达到应有的教学目的的。为此，我们在开放课程“数据库系统”的教学建设中，进行了案例教学模式的改革和实践，取得一定成效。

1．围绕典型案例进行剖析，以利学生对原理和概念的系统掌握

在过去的课程教学中，由于一个新概念的提出一般比较孤立，学生对新概念的理解往往是不深不透。在“数据库系统”课程教学中，我们充分利用了案例教学的特点，用典型的数据库信息系统应用作为案例进行分析：首先从总体上说明“数据库”、“数据库管理系统”和“数据库系统”的不同特征及三者之间的区分，然后再用案例层层剖析，引出数据库系统及其应用中各种原理性的和技术性的基本概念。

具体而言，就是先在“数据库系统概论”一章的讲授中，从数据库信息系统应用案例的各类需求出发，针对实际场合的诸多技术要求和约束加以剖析，讨论“数据库”、“数据库管理系统”和“数据库系统”三者之间的关系，进而指出数据库管理系统是其核心技术，其中有关数据模型、数据定义、数据存储、数据查询以及数据控制等一系列内容既是最重要的基本概念，也是数据库系统和应用中要解决的关键技术问题。由此在后继各章的教学中，用案例进行分析，逐层引导，全过程地遍历数据库系统原理及应用中的各类概念和技术问题。这样对相关基本概念的提出和理解也是深切的，既有针对性又有真实感。

再如：在“关系系统及查询优化”一章的教学中，对于何谓“关系系统”，一般教材都有完备的定义，并且列出了E．F．Codd关系模型特征的12条基本准则，学生对教材中的叙述文字感到比较晦涩，在理论上也因比较抽象而难于理解。我们在教案编写中，首先提出关系分类的原则，然后列举学生课程实习中所使用过的各种数据库管理系统软件（如SQL　Server，Oracle，VFP等），进行案例讨论，并以一种主流数据库管理系统软件（如Oracle）作为典型案例，按E．F．Codd准则逐条加以分析。由此触类旁通，进而让学生明确E．F．Codd的12条关系准则主要反映在数据库关系模型结构、关系操纵以及关系约束的完整性三个方面。以此为基础，我们要求学生在后继的课程实习中，进一步以自己实习中应用的数据库管理系统软件作为案例，深入分析它是“表式的”、“最小关系的”、“关系完备的”或“全关系的”中的哪一类，并要求以充分的理由加以阐述。这样的案例教学能够使学生深入系统地理解关系分类的概念，同时可以提高学生的分析和综合能力。

2．突破教材中问题求解单一化的约束，以利培养学生的创新能力

在现有教材中，关于数据库系统原理和应用设计方面均提出了一些基本技术和方法，但限于篇幅，不可能枚举更多的内容。而在案例教学中，以提高数据库系统性能和优化数据库应用系统设计方案为目标，同一问题可以列举多种方法求解。必须特别指出的是：数据库应用系统设计不同于数学问题求解所具有的唯一性。在大型数据库应用系统设计中，针对不同的应用需求和软件／硬件环境制约因素（这些因素往往又是相互矛盾的），其设计过程往往具有反复性、试探性和“总体规划，分步实施”的特点。

我们在教学过程中提出一个在线运行的以数据库为核心的信息系统作为案例，列出该系统运行中性能测试的数据和存在问题，具体分析该数据库信息系统的全局逻辑模式，应用子模式和物理模式的合理性、有效性和所采用查询优化技术的效果。引导学生探索并提出优化该运行系统的可行创新措施。善于动脑筋思维的学生往往能够发现这样的情况：很多我们理论上强调的重要技术在实际运行系统的设计中往往被忽略了，甚至在我们所提供的在线运行案例系统中错误地存在着一些概念上的问题。例如，虽然该系统的设计规范提出了达到3NF／BCNF的要求，但其系统的模式设计中仍然存在函数依赖和多值依赖的全局逻辑模式；关键字选择不合理的情况也出现在多个模式中等。

通过这样的训练，效果显著。在同届学生的课程设计中，经过案例教学的学生所设计的方案在创新性和正确性方面都强于未经案例教学训练的学生。

3．及时讲授数据库系统的新理论和新技术，以利拓展学生的知识面

传统教材强调课程的系统性，但其内容往往滞后于科技的发展，其深度和广度都有一定的局限性。这种滞后情况在计算机科学技术（特别是数据库系统）类的教材中尤显突出。在弥补教材的这种不足方面，实施课程案例教学有其优势。

例如，面向对象技术是当前计算机领域数据模型、程序设计以及系统方法学中很有发展前途的新概念，新理论和新技术。对于这一概念和技术，有必要及时地在数据库系统的课程教学中作为重要内容加以介绍。以我校自主研制开发的“NITOODB对象—关系数据库管理系统”为案例，将其“面向对象”的设计思想和技术融会于有关章节的教学来加以说明，即首先剖析传统数据库系统数据模型的应用适应性及其不足，引出应根据不同的实际应用需求，由用户自行设计一种可扩充数据模型的必要性，进而说明这种可扩充数据模型必需吸取语义模型和知识表示模型的相关概念，同时借鉴抽象数据模型的思想，而逐渐在概念模型基础上发展起来。

对于这种案例教学，学生反映教学源于教材的基本概念和技术，又高于教材内容。不但从新概念、新理论和新技术的角度训练了的思维方式，也开阔了在数据库系统发展方面的知识视野。

4．利用正／反案例进行比较，以利学生对计算机学科基本准则的理解

ACM和IEEE－CS近年来发布了一系列关于计算机学科教育的报告，我国相关教学指导部门也提出了相应参考性的“计算机学科／专业教学计划”。这些教育和教学文件均强调在计算机科学与工程的专业教育中必须揭示并引导学生注意计算机学科内在联系的12个重复出现的基本准则（如大问题的复杂性、一致性和完备性、概念和形式模型、时间／空间性能分析、折中和结论等），并认为对这些准则的深入理解和应用能力是衡量学生成为计算机科学家和工程师的重要标志之一。事实上，对这些准则的理解和掌握是比较困难的，学习者只有在大量课程的学习和应用实践中，通过理论知识和实际经验的积累，反复深入思索，才能“悟出”其内涵意义。在这一方面，利用正／反案例进行教学有其一定作用。以基本准则中的“折中和结论”（Tradeffs ＆ Conse－quences）为例，它指计算机领域中折中的现实和折中的结论，选择一种设计来替代另一种设计所产生在技术、经济、文化及其他方面的影响。

案例教学强调这种“折中和结论”准则提供了有效的手段。我们可在数据库系统的教学中用正例来说明有关原则的必要性，而用反例说明超过原则的极端又可能造成对它的否定，因此两者之间往往在一定制约条件下必须“折中”。具体而言，“数据库系统模式规范化理论”一章的教学内容是阐述设计一个好的关系模式理论和技术，可从反例着手向学生介绍一个“不好”的关系模式案例，说明其可能致使数据库系统产生数据冗余和操作异常的现象，进而分析原因，指出该关系模式中属性之间存在某种语义关联，应按关系数据模式规范化的理论进行处理，消除关系模式中的函数依赖、多值依赖和连接依赖等因素进行相应的IN　F24NF的关系模式分解处理，这样做的目的是得到“好”的关系模式。但进一步深入讨论，我们又可从另一角度说明这种“好”的关系模式也存在问题，最终又要将关系模式合并，进行所谓“逆规范化”关系模式的处理。至此，这样的过程和考虑就是本学科领域强调的“折中”准则的意义。

5．案例教学贯穿教学全过程，以利课程改革一体化实践

在进行开放课程改革中，我们把案例教学这一模式贯穿于课程教学的全过程，即不但运用于上述的课堂讲授和讨论中，同时也体现在数据库系统课程设计、实习和考试中，使其形成一个教学改革的整体。例如我们在数据库系统课程设计、实习的大纲中，要求学生：（1）结合任务（如相关研究课题）的需求，按New　Orleans方法确定系统目标和功能，进行数据库应用系统设计和调试；（2）以各组学生的数据库应用系统设计为案例，进行性能评估的专题讨论。相互参照，优化自己的设计方案；（3）以所用的数据库管理系统软件为案例，进行分析和分类，说明它属于E．F．Codd论述的哪一类关系系统。在数据库系统的命题考试中，同样重视对案例的分析，进一步准确考核学生分析能力和实践能力的程度。由于我们教学中所举案例都是从教师长期科学研究和课题开发中遴选并精心设计的，在一定程度上反映了目前数据库系统技术的先进水平，将其贯穿于课程案例教学的始终，这就不但缩小了课堂与科学研究和工程设计的距离，同时也在无形中起到了培养学生的科研意识、工程意识、创新意识和合作精神的作用。

6．结语

通过教学实践，我们认为案例教学是开放课程改革的有效模式。但是如何精心选择合适的案例和提高案例的教学效果并不容易，因为既不能脱离课程教学的基本要求，又不能把案例简单地作为教材的补充举例。下一阶段，我们准备借鉴教育部N IT 2PRO关于案例教学和案例考试的思想，进一步将案例教学与基本教学内容密切配合，做到深入浅出，使案例教学切实达到有利于学生基础知识的掌握和实践创新能力的提高。

参考文献：

［1］　王能斌．数据库系统原理［M］．北京：电子工业出版社，2001

（原载于《电气电子教学学报》，2005年第1期）