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基于创新人才的数据库索引和查询的教学研究

更新时间:2009-03-28

引言

数据库技术从诞生起即在数据处理、数据管理和软件技术等方面起着重要的作用.[1]数据库系统基础课程是许多高校计算机专业的一门重要的专业核心课.数据库系统基础课程学习效果直接影响着学生设计与开发信息系统软件的能力和水平,也对计算机专业学生从事数据处理、数据分析和数据挖掘等工作具有支撑作用.

(2)评估和申报。发明人与科技专利与许可办公室共同评估并决定一项发明是否可申报专利。评估标准包括新颖性、创新程度、商业潜力、对第三方的义务、第三方权利以及其他可能相关的因素等内容。发明人必须依据慕尼黑工业大学或其代理人的要求参与申报,否则费用自理。

目前,针对计算机专业学生的数据库系统基础课程教学内容一般主要分为两大类:

第一类:数据库技术的基本理论知识

教学内容主要包括数据库系统的体系结构,数据模型;关系操作、关系代数和关系演算;关系数据库的规范化理论,如函数依赖、范式、依赖的公理系统、模式分解准则和分解方法、数据库完整性等;数据底层存储技术;数据库查询优化;数据库并发控制、死锁、封锁、活锁和两段锁协议等.

在数据库系统基础教学中,索引和查询是两个重要的技术点.索引和查询的传统教学内容主要为以下几个方面:

这部分教学内容主要包括数据库系统的设计方法;数据库系统的安装和排错;数据库的安全技术,如安全性控制、审计、数据加密等;数据库的备份和恢复技术;关系数据库标准语言SQL;SQL Sever数据库管理系统;嵌入式SQL;ODBC编程;NOSQL等.

针对数据库课程知识特点,近些年提出了一些有效的教学方法.[2-7]当前,在工程教育认证对解决复杂工程问题提出了较高的要求的背景下,研究在具体教学过程中如何利用数据库课程各知识点增强学生解决计算机复杂工程问题的能力,探索如何培养学生的创新和研究能力,研究如何拓展数据库知识点和如何有效的进行教学具有重要的意义.在作者所在单位的2015版培养方案和大纲中,数据库系统基础课程最显著的变化是在传统的讲课、实验和上机基础上增添了“实践,翻转,创新,案例”等内容.其中,“创新”是较为重要的一个内容.如何在数据库具体知识点和技术方面加大学生的创新意识和创新能力的培养是数据库系统基础课程教学改革的一个着力点.针对学生创新能力的培养需求,在传统数据库教学的知识点中,我们共确定了可扩展的具有较高创新性的16个知识点.扩展后的知识点可较大程度的增强学生的数据库知识面和技术创新能力.在具体教学实践中,利用多样的教学方法使学生在掌握基础知识点的基础上进而了解和掌握扩展的新知识点.从而拓展学生的知识面,培养学生的创新思维,提升学生研究和解决数据库复杂工程问题的专业技能.

第一方面:索引的建立和删除

该部分主要是教授学生会熟练运用SELECT语句进行数据库的查询.内容主要包括单表查询、ORDER BY子句、聚集函数、GROUP BY子句、连接查询、嵌套查询和集合查询等.

1 索引和查询的传统教学内容与不足

第二类:数据库的技术知识

2008年全球金融危机爆发,导致全球经济衰退,全球贸易环境急剧恶化,贸易保护主义势头明显回升,加上人民币汇率浮动、劳动力成本和原材料价格等各种因素,国内外贸企业在残酷的现实面前逐渐认识到自身转型升级的必要性。

该部分主要是教授学生会熟练运用CREATE.

1.5.1 有效性指标及观测时点 ①SBM频次及应答率;②中医证候疗效;③单项主要症状有效率。排便次数每天记录,其他均基线、用药满(7±1)d记录并评估。以SBM应答率为主要观察指标。

INDEX语句和DROP INDEX语句进行索引的建立和删除.

第二方面:数据查询

在数据库系统基础课程的重要知识点中,数据库的数据索引和查询技术具有较为重要的作用.本文着重探讨基于创新人才培养的数据库课程索引和查询的教学内容拓展和方法.

传统的教学内容主要着力于纯粹的技术实现,教学中以学生会用SQL语言建立索引,能利用SQL语言进行关系表的基本查询为主要教学目标.传统教学内容主要具有以下局限性:

局限性1:技术深度不足,学生知其然,而不知其所以然.学生会建立和删除索引的基本操作,但对索引的机制和基于索引结构进行查询的原理等内容往往一无所知.在进一步解决工程中一些复杂数据索引问题时缺乏深厚的基础,解决问题的创新能力和技术不足.

能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础,掠夺性的使用石油、煤炭、天然气,不仅加速能源危机的早日到来,而且环境污染也断加剧,秸秆气化项目的实施,可以实现再生能源的有序利用,保护生态环境,提高农村及小城镇的用能品味。

B-树是一种树状数据结构,主要用来索引一维数据信息.它能够存储数据、对其进行排序、查找、插入和删除的数据结构.B-树算法减少定位记录时所经历的中间过程,从而加快存取速度.SQL SERVER中的CREATE INDEX语句底层技术主要就是基于B-树索引结构进行组织数据信息和进行索引的.R-树是一种高度平衡树,主要用来索引二维空间数据信息.R-树是较为重要的一种空间索引结构,它是B-树在多维空间上的扩展.在R-树中存放的数据并不是原始数据,而是这些数据的最小边界矩形(MBR),空间对象的MBR被包含于R-树的叶节点中.在二维空间的数据集中,R-树中的各层节点以递归的方式对数据集空间进行划分.R-树中每一个非叶节点本身代表数据集空间中的一个矩形,该矩形为其子节点所代表矩形的MBR.非叶节点由多个(Rect,Child)结构的数据项组成,其中Child为子节点指针,Rect为与子节点Child相关的MBR;而叶节点则由多个(Rect,O)结构的数据项组成,其中O为指向空间对象的具体数据指针,Rect为对象O的MBR.每个节点对应一个磁盘页面.ORACLE数据库管理系统软件中的空间索引主要就是基于R-树索引结构.由SQL的CREATE INDEX扩展到深层次的索引结构,可进一步加强学生处理复杂索引问题的能力,提升学生针对实际问题的创新意识和创新能力.

局限性3:缺乏创新培养的内涵.传统教学内容主要是教授学生会用SQL语句建立索引和进行基本查询.主要着力于编程工具的运用方面.无法引导学生的创新思维,不能有效的支持学生创新意识和创新技能的培养.

句子与句子之间要使用一些恰当的连接词,从而使文章结构紧凑,过渡自然。如表转折的but,however;表递进的then,besides,what’s more;表对比的on the other hand,in the same way;表总结的in brief,in a word等。

2 基于创新的教学内容的拓展

针对数据库索引和查询知识点的传统教学内容的不足,我们对相关知识点进行了进一步扩展.

学生若仅掌握SQL的CREATE INDEX语句,则只知道在数据库表中怎么建立索引,但对CREATE INDEX语句的底层知识一无所知,对数据信息的索引机制比较模糊.实际工作中缺乏解决复杂索引问题的能力.为此,我们对知识进行了进一步扩展.增加了索引一维数据的B-树和索引二维数据的R-树(如图1所示)的知识点内容.

扩展1:由SQL建立索引语句扩展到索引结构的技术

  

图1 R-树空间结构图

局限性2:技术面过窄,实际工作中无法处理一些复杂的查询问题.当前,数据信息的海量性、多层次性、多粒度性、复杂性和非结构化特性决定了数据查询的难度.学生仅仅掌握简单的SELECT查询语法已经不能解决具体工作中的许多工程性的查询问题.掌握一些高效的数据查询方法和基本原理成为数据库创新人才培养的一个重点.

扩展2:由SQL查询语句扩展到复杂查询技术

SQL查询语句主要是利用SELECT语句对数据库的表进行一些满足条件的查询.没有涉及查询的基础理论,也没有涉及对复杂数据信息的查询方法.学生缺乏解决复杂数据信息查询的能力.我们在索引结构的基础上,进一步对查询技术进行了扩展.主要增加了利用索引结构进行数据信息的点定位查询、最近邻查询、窗口查询和范围查询等内容.由单纯的传统数据表的SQL查询拓展到更为复杂的空间数据信息查询方面,引导学生对复杂数据信息查询问题的思考.从而可进一步加强学生解决复杂查询问题的工程技术能力,提升学生在实际工作中发现问题和解决问题的创新能力.

3 适合创新人才培养的教学方法

传统的数据库教学中主要是教师在课堂上逐一讲解各类知识点,学生学习记忆,课后完成作业和基本复习任务,再配以少量课时的实验训练,即完成了数据库课程的教学任务.传统教学方法能将基本数据库知识技术传授给学生,但对学生解决复杂工程问题的创新能力培养不足,学生对数据库一些深层次的基础知识和技术掌握较少,缺乏解决复杂数据库问题的技术和能力.在数据库索引和查询教学内容的扩展的基础上,为了加强学生的技能基础和创新能力,我们对教学方法进行了适当改进.根据数据库索引和查询的知识特点,将一些新的教学方法和传统的教学方法相融合,在提升学生技术基础和创新能力方面取得了一定的教学效果.在教学中主要采用的新方法:

方法1:问题渐进引导法

稿件具有一定创新性,并且观点明确,数据准确、完整,文字精炼通顺,层次清晰,结构严谨。文题应简单明确,能反映和概括研究主要内容和特色,切忌过于笼统,避免使用副标题;题目及关键词不能用缩略语、商品名及分子式;标题、作者信息、摘要与关键词须与中文对应翻译为英文,置于全文后。

问题引导主要是在讲解完索引和查询的基本知识点后,教师有针对性的提出一些更复杂的问题,引导学生对问题进行深入的思考,从而引出索引和查询的新技术和新方法.例如:在讲解数据库SQL的CREATE INDEX语句时,教师教会了学生基本语法和应用技术后,可进一步提出层层渐进的问题引导学生思考.这些问题主要包括:在属性上加了索引为什么能加速查询?索引结构是什么?常用的索引结构有哪些?如何索引海量数据和大数据信息?索引结构的技术发展情况和趋势等.这些问题不是孤立的,而是有着内在的递进关系.在教师问题引导和讲解点拨的基础上,利用互联网资源,学生可根据这些问题在课下进行进一步的拓展性深度学习和积累.在思考和学习过程中,学生既掌握了一些重要的索引技术和方法,又深刻体悟了理论和技术创新与发展的过程.再例如,针对SQL的SELECT查询语句,教师还可设计进一步的引导性问题:对海量数据信息如何做到快速查询?如何查询离顾客最近的饭店?如何查询方圆10里内的超市?等等,引发学生进一步对复杂查询问题和查询技术的深入思考.从而启发学生的解决复杂问题的创新思维和创新意识.

方法2:应用实例解析法

1.1 产品优势 烟台市位于山东半岛东部,毗邻渤海,全年气候稳定、日光充足。作为我国大樱桃的产地,福山独特的山地砾质土壤以及140年的樱桃栽培历史使大樱桃有着得天独厚的生长种植优势,素来被誉为“北方春果第一枝”。具有独特的地理优势,当地可以生产出质量优越的樱桃。

由于数据库索引结构和查询方法往往较为抽象,故在授课中我们精选了一些应用实例进行课堂演示和讲解.针对典型的索引结构和常用的查询方法,我们研发了有针对性的应用程序教学例子,例如,数据点的定位查询小系统、B-树和R-树索引系统、近邻和范围查询系统,等等.这些应用程序可灵活用于课堂演示和讲解.学生通过系统的实际演示和运用,将能更深刻的体会复杂数据信息的索引和查询技术,激发起对复杂数据信息处理问题的探索热情.

应该说,面对“以谣生利”,除了那些得利者,没有人不反对、不愤怒,有很多人提出了解决问题的办法。如果把“以谣生利”看作一根链条的话,现在建议的和正在做的,基本集中在链条两端。比如说,专家建议,打破食品安全领域信息的不对称,搭建一个平台,填补信息真空地带……这体现了“从头治理”。还有人建议,对于传播谣言的自媒体,要及时删除谣言,及时处理自媒体——这体现了“从尾追溯”。

方法3:前沿课题讲座法

根据式(34)~(37)逼近准则,上式最后一个等号右边第1、2项在N→时极限值分别为功率值分别为由式(39)可知,第1项的功率值为常数.

数据库索引和查询的知识领域的发展是日新月异的,为了使学生在知识积累时能及时掌握和理解最新技术,我们精选了一些重要的相关索引和查询技术的课题进行课外讲座学习.例如,索引和查询技术在云计算技术中的应用;索引和查询技术在智能驾驶中的应用;索引和查询技术在物联网和大数据环境下的应用;索引和查询技术在图像搜索领域的应用,等等.这些精心组织的课外讲座是数据库课堂教学的一大补充,具有较强的针对性和实效性,通过课外讲座的教学,学生能更好的把握科研和技术前沿,提升学生的综合知识和技能.

方法4:分组研讨法

数据索引和查询的一些问题具有前沿性和一定的难度.为了进一步提升学生集体发现问题、探讨问题和解决问题的能力,为了培养学生的团队协作和创新能力,我们对一些问题可组织学生进行分组讨论.分组讨论的时间可安排在课堂也可安排在课下,可利用传统方式进行集体面对面讨论,也可利用qq和微信等工具进行网上集体探讨.研讨的时间和形式较为灵活.研讨中充分发挥学生的主观能动性,互相学习,互相补充,增强了学习效果.例如,教师以“大数据对索引结构新的要求和挑战”为题目发起在线讨论,学生可随时查资料,随时发表意见.讨论中鼓励学生发散思维,鼓励学生对不同观点进行独立思考,从而激发学生探讨新问题的热情,培养学生的创新能力.

4 结论

数据库课程索引和查询的传统教学内容主要局限在利用SQL语句建立索引和进行简单查询等方面,技术深度和技术面均不足,简单索引和查询技术已经无法处理复杂的数据查询问题,不能有效的引导学生的创新思维,不能有力支持学生创新意识和创新技能的培养.为了弥补传统教学内容和方法的不足,本文研究了由SQL建立索引语句扩展到底层索引结构和由SQL查询语句扩展到复杂查询的方法.进一步介绍了问题渐进引导法、应用实例解析法和分组研讨法等教学方法.近3年的教学实践表明本文的方法加强了学生对数据库索引和查询的深层次知识的理解和掌握,提升了学术对复杂数据索引和查询问题的处理能力和创新能力.

参考文献:

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[4]李正芳,候清兰.翻转课堂在数据库教学中的应用[J].教育现代化,2017(04):148-150.

[5]陈洪超.项目教学法在数据库教学中的应用[J].当代教育实践与教学研究,2016(03):156-158.

[6]王莉,王大顺,章晓璇.对分课堂教学模式在大学课堂教学中的实践探索[J].河西学院学报,2017(4):118-122.

[7]应新洋,刘慰,魏平.能力导向的应用型本科数据库改革与实践[J].大学教育,2015(60):98-99.

 
张丽平,李松,郝晓红,孙冬璞,高峻
《河西学院学报》 2018年第02期
《河西学院学报》2018年第02期文献

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