王燕玲 張海霞

摘 要：文章從移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的意義出發(fā)，結(jié)合“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)”教學(xué)的主要任務(wù)，構(gòu)建了“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)”課程移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，并對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行了深入分析。a

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程；移動(dòng)技術(shù)；學(xué)習(xí)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2016）06-0040-04

一、移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的意義

據(jù)調(diào)研大多數(shù)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)開(kāi)設(shè)至少一門數(shù)據(jù)庫(kù)課程。該課程包括了數(shù)據(jù)庫(kù)理論和它實(shí)際應(yīng)用的所有主題，例如：不同類型的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算、查詢語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)等。實(shí)際教學(xué)中部分內(nèi)容缺少直觀顯示，而且學(xué)生無(wú)法隨時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)。這些問(wèn)題主要原因是缺乏整合移動(dòng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。通過(guò)該平臺(tái)學(xué)生和教師可以隨時(shí)進(jìn)行交流，學(xué)生可以及時(shí)直觀地溫故知新。

隨著技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)也在不斷地更新自己的課程，使用最新的工具和技術(shù)，從而讓學(xué)生可以更好地適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展。Mahmoud Q.H.認(rèn)為雖然數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)理論性比較強(qiáng)，但是學(xué)習(xí)該課程最有效的方法是實(shí)踐[1]。例如，讓學(xué)生在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)過(guò)程中使用數(shù)據(jù)庫(kù)[2-5]，這樣學(xué)生不僅更好地理解了在課堂上所需學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容，而且獲得了實(shí)際工作中使用這些工具的經(jīng)驗(yàn)。另外在課堂教學(xué)中整合移動(dòng)設(shè)備（如平板或智能手機(jī)）來(lái)提高學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)的積極性[6-9]，例如：在遠(yuǎn)程教學(xué)中使用移動(dòng)設(shè)備提高師生之間互動(dòng)。

大多數(shù)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室還是使用臺(tái)式機(jī)連接到服務(wù)器，這與大多數(shù)學(xué)生天天使用的技術(shù)之間存在巨大的差距。為了克服這個(gè)問(wèn)題，在計(jì)算機(jī)相關(guān)課程中開(kāi)發(fā)了移動(dòng)平臺(tái)，該移動(dòng)平臺(tái)包含了學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的所有知識(shí)，尤其是對(duì)關(guān)系代數(shù)學(xué)習(xí)做出了更直接的展示。

二、“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)”教學(xué)的主要任務(wù)

“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)”是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的核心課程。1978年由ACM提出數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)獨(dú)立開(kāi)課之后，2001年版本中數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)本科階段的主要任務(wù)有：數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、ER模型、SQL語(yǔ)言、關(guān)系代數(shù)、事務(wù)處理、查詢優(yōu)化、并發(fā)性控制、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等[10]。這些任務(wù)主要分為三個(gè)模塊：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)理論、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。具體見(jiàn)表1。

表1 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)教學(xué)任務(wù)

由表1可見(jiàn)，關(guān)系模型、關(guān)系代數(shù)表達(dá)式和關(guān)系代數(shù)優(yōu)化理論性比較強(qiáng)，難以理解。為了增強(qiáng)學(xué)生對(duì)這些知識(shí)的直觀理解，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出使用各種教學(xué)工具進(jìn)行輔助教學(xué)。如：WinRDBI[11-12]、Virtura[13-14]、McMaster[15]、EDDI[16]、ACME[17]等工具都部分實(shí)現(xiàn)了關(guān)系代數(shù)表達(dá)式進(jìn)行查詢的功能。王燕玲也開(kāi)發(fā)了關(guān)系代數(shù)學(xué)習(xí)工具，在該工具中學(xué)生可以自由變更數(shù)據(jù)庫(kù)[18]。但是，這些工具未涉及移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，以及不同學(xué)習(xí)平臺(tái)在應(yīng)用后的使用效果分析。

三、相關(guān)技術(shù)

移動(dòng)設(shè)備（例如智能手機(jī)和平板電腦）在大學(xué)校園里廣泛應(yīng)用。與桌面系統(tǒng)相類似，移動(dòng)設(shè)備平臺(tái)包括BlackBerry OS，Windows Phone Mobile，iOS和Android等。經(jīng)過(guò)調(diào)研在高校校園Android系統(tǒng)的智能手機(jī)或平板電腦占有率較高，且嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)比較方便。本節(jié)主要討論Android系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)SQLite、顯示控件ListView，以及關(guān)系代數(shù)優(yōu)化策略。

（一）SQLite

SQLite是當(dāng)今移動(dòng)操作系統(tǒng)中最流行的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件[19]。它是本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)而不是遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，并且占用資源較少。大多數(shù)情況下，符合SQL92標(biāo)準(zhǔn)，確保學(xué)生將學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作。

（二）ListView

對(duì)于移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)而言，ListView是必不可少的一個(gè)重要組成部分，在ListView中顯示各數(shù)據(jù)庫(kù)的表項(xiàng)以及字段項(xiàng)，并通過(guò)點(diǎn)擊事件，實(shí)現(xiàn)關(guān)系代數(shù)表達(dá)式的編輯。

ListView的顯示需要3個(gè)要素：ListView，用來(lái)顯示列表的View；適配器，用來(lái)把數(shù)據(jù)映射到ListView上；數(shù)據(jù)，想要顯示的各項(xiàng)內(nèi)容。完成初始化之后，系統(tǒng)首先使用getCount（）函數(shù)得到要繪制的這個(gè)列表的長(zhǎng)度，然后通過(guò)調(diào)用getView（）函數(shù)開(kāi)始繪制，但是，這種處理方式在列表項(xiàng)長(zhǎng)度較短時(shí)可以使用，在列表項(xiàng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)或數(shù)據(jù)過(guò)多時(shí)，使用getView（）函數(shù)的方法就會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)資源，浪費(fèi)時(shí)間，浪費(fèi)內(nèi)存的問(wèn)題。

因此，本系統(tǒng)使用convertView的方式處理ListView的顯示，不但保證了列表項(xiàng)的正常顯示，同時(shí)也解決了使用getView（）方法會(huì)導(dǎo)致的內(nèi)存泄露等問(wèn)題。

（三）關(guān)系代數(shù)優(yōu)化

查詢優(yōu)化技術(shù)的理論基礎(chǔ)是關(guān)系代數(shù)，關(guān)系代數(shù)對(duì)查詢優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。不同運(yùn)算符根據(jù)其特點(diǎn)，可以對(duì)查詢語(yǔ)句做不同的優(yōu)化，優(yōu)化可以減少中間生成物的大小和數(shù)量，節(jié)約IO、內(nèi)存等，從而提高執(zhí)行速度。但優(yōu)化的前提是：優(yōu)化前和優(yōu)化后的語(yǔ)義必須等價(jià)。

關(guān)系代數(shù)表達(dá)式為基于選擇（SELECT）、投影（PROJECT）、連接（JOIN）3種基本操作相結(jié)合的查詢，可以利用查詢重寫(xiě)規(guī)則，做以下3種邏輯優(yōu)化。

1.對(duì)選擇操作查詢重寫(xiě)，優(yōu)化方式是選擇操作下

推。目的是盡量減少連接操作前的元組數(shù)，使得中間臨時(shí)關(guān)系盡量少（元組減少，連接得到的元組數(shù)就少），這樣減少IO和CPU的消耗，節(jié)約時(shí)間。

2.對(duì)投影操作，優(yōu)化方式是投影操作下推，目的是盡量減少連接操作前的列數(shù)，使得中間臨時(shí)關(guān)系盡量小，這樣雖然不能減少IO，但可以減少連接后中間關(guān)系的元組大小，節(jié)約內(nèi)存空間。

3.等價(jià)謂詞重寫(xiě)。數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行引擎對(duì)一些謂詞處理的效率高于其他謂詞?；谶@點(diǎn)，把邏輯表達(dá)式重寫(xiě)成等價(jià)的且效率更高的形式，能有效的提高查詢效率。這就是等價(jià)謂詞重寫(xiě)。

本移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了關(guān)系代數(shù)表達(dá)式標(biāo)準(zhǔn)化輸入、關(guān)系代數(shù)表達(dá)式轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)SQL語(yǔ)言、關(guān)系代數(shù)表達(dá)式等價(jià)變換、SQL語(yǔ)言查詢等功能。

四、移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)庫(kù)連接、關(guān)系代數(shù)表達(dá)式的編輯、優(yōu)化、關(guān)系代數(shù)翻譯為SQL語(yǔ)句和SQL語(yǔ)句的查詢輸出五個(gè)功能模塊。系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖1。

（一）數(shù)據(jù)庫(kù)連接模塊

在圖2數(shù)據(jù)庫(kù)連接界面中，用戶可以通過(guò)點(diǎn)擊鏈接按鈕，完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，完成之后，將會(huì)在下方的ListView中顯示相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)中的表項(xiàng)，見(jiàn)圖3。

（二）關(guān)系代數(shù)編輯模塊

用戶在圖3中選擇完所需要操作的數(shù)據(jù)表之后，系統(tǒng)將跳轉(zhuǎn)至查詢界面如圖4，來(lái)進(jìn)行關(guān)系代數(shù)表達(dá)式的編輯工作。

1.數(shù)據(jù)信息區(qū)域。在查詢界面（圖4）的上半部分，是所要操作的數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)信息，包括正在操作的表名、該表中的字段名等信息。當(dāng)點(diǎn)擊表中的某個(gè)字段時(shí)，相應(yīng)字段名插入到下方關(guān)系代數(shù)表達(dá)式編輯框中。2.關(guān)系符號(hào)區(qū)域。關(guān)系代數(shù)表達(dá)式中的各種關(guān)系符號(hào)，若想要通過(guò)手機(jī)鍵盤輸入是比較困難的。因此，在查詢界面（圖4）的下半部分添加了相應(yīng)的按鈕，用來(lái)方便用戶編輯關(guān)系代數(shù)表達(dá)式。單擊“提交”，進(jìn)入功能模塊，見(jiàn)圖5。

（三）功能模塊

在功能界面（圖5）中有著獲取關(guān)系代數(shù)表達(dá)式、翻譯為SQL語(yǔ)句、重新編輯、優(yōu)化、執(zhí)行SQL語(yǔ)句和退出按鈕。點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，即可實(shí)現(xiàn)翻譯SQL語(yǔ)句、優(yōu)化關(guān)系代數(shù)、執(zhí)行SQL語(yǔ)句并顯示結(jié)果。通過(guò)多個(gè)結(jié)果框的對(duì)比學(xué)習(xí)，可以清晰地將關(guān)系代數(shù)整個(gè)處理過(guò)程展示出來(lái)，對(duì)于比較復(fù)雜的關(guān)系代數(shù)操作（比如左連接，除法，多表操作），本設(shè)計(jì)更有利于用戶的學(xué)習(xí)。

1.關(guān)系代數(shù)表達(dá)式的優(yōu)化與輸出。通過(guò)運(yùn)用啟發(fā)式優(yōu)化規(guī)則實(shí)現(xiàn)關(guān)系代數(shù)運(yùn)算表達(dá)式的優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)方法為利用JFlex和JCup生成詞法和語(yǔ)法生成器。通過(guò)詞法和語(yǔ)法分析，把優(yōu)化的結(jié)果輸出。優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)圖6。

2.關(guān)系代數(shù)到SQL語(yǔ)句。編輯關(guān)系代數(shù)表達(dá)式之

后，通過(guò)預(yù)先編寫(xiě)好的詞法分析和語(yǔ)法分析程序進(jìn)行分析，將結(jié)果返回程序。轉(zhuǎn)換結(jié)果見(jiàn)圖6。3.SQL語(yǔ)句的查詢輸出。將翻譯出來(lái)的SQL語(yǔ)句，傳遞給SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢，得出結(jié)果并在相對(duì)應(yīng)的結(jié)果框中進(jìn)行顯示。結(jié)果見(jiàn)圖6。

五、移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的應(yīng)用

通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷和考試結(jié)果分析網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)和移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的影響以及學(xué)生對(duì)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的接受能力分析。

具體分組策略為在第二學(xué)年第一學(xué)期學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程中設(shè)置四個(gè)對(duì)照組，組內(nèi)學(xué)生都會(huì)計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)的應(yīng)用。第I組授課時(shí)采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)理論教學(xué)方式；第II組授課時(shí)采用數(shù)據(jù)庫(kù)理論教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)關(guān)系代數(shù)學(xué)習(xí)平臺(tái)輔助教學(xué)；第III組授課時(shí)采用理論教授法和移動(dòng)平臺(tái)輔助教學(xué)法；第IV組采用數(shù)據(jù)庫(kù)理論教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系代數(shù)學(xué)習(xí)平臺(tái)和移動(dòng)關(guān)系代數(shù)學(xué)習(xí)平臺(tái)相結(jié)合的方式。學(xué)習(xí)期末考核為上機(jī)考核和筆試考核。上機(jī)考核內(nèi)容為編輯關(guān)系代數(shù)表達(dá)式、編輯SQL語(yǔ)句、數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。筆試考核內(nèi)容為編輯關(guān)系代數(shù)表達(dá)式、編輯SQL語(yǔ)句、關(guān)系代數(shù)表達(dá)式優(yōu)化和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。

（一）學(xué)習(xí)效果

本節(jié)主要檢驗(yàn)關(guān)系代數(shù)表達(dá)式編輯、關(guān)系代數(shù)表達(dá)式優(yōu)化和SQL語(yǔ)句編輯三個(gè)部分的不同實(shí)驗(yàn)組學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)，每部分成績(jī)換算為百分制。

由表2可知，使用移動(dòng)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)關(guān)系代數(shù)表達(dá)式編輯和SQL語(yǔ)句編輯這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)的平均成績(jī)?cè)黾虞^多而對(duì)關(guān)系代數(shù)表達(dá)式優(yōu)化知識(shí)點(diǎn)的平均成績(jī)?cè)黾虞^少。單純使用移動(dòng)平臺(tái)或網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的學(xué)生成績(jī)?cè)黾拥臎](méi)有兩個(gè)平臺(tái)都使用增加的多。

表2 知識(shí)點(diǎn)成績(jī)與教學(xué)工具之間的關(guān)系

（二）學(xué)習(xí)態(tài)度

為了了解學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握的熟練程度考核時(shí)記錄學(xué)生操作時(shí)間，具體見(jiàn)表3。表3中編輯關(guān)系代數(shù)表達(dá)式為5題，編輯SQL語(yǔ)句為5題，記錄學(xué)生交卷平均時(shí)間，單位為分鐘。由表2和3可見(jiàn)，只有理論講授的I組關(guān)系代數(shù)表達(dá)式編寫(xiě)操作不熟練，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，錯(cuò)誤率多；對(duì)于采用了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)、移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的II組和III組的操作時(shí)間縮小，使用移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的操作時(shí)間比網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的操作時(shí)間少、錯(cuò)誤率減少，而對(duì)于兩個(gè)平臺(tái)都使用的IV組操作時(shí)間更少。對(duì)于四組學(xué)生來(lái)講，編輯SQL語(yǔ)句操作時(shí)間只有微小變化。

（三）移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的應(yīng)用效果

表4是對(duì)調(diào)查學(xué)生對(duì)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)接受程度的調(diào)查結(jié)果。表4中1號(hào)問(wèn)題主要調(diào)查平臺(tái)的易用性，2號(hào)問(wèn)題調(diào)查平臺(tái)的技術(shù)便捷性，3號(hào)問(wèn)題調(diào)查平臺(tái)的有用性。

表4 提問(wèn)問(wèn)題表

由表4可見(jiàn)，學(xué)生對(duì)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的應(yīng)用都給予積極的評(píng)價(jià)，但是1號(hào)問(wèn)題還是有部分學(xué)生覺(jué)得移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)操作較為困難需要對(duì)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)界面做出部分調(diào)整以促進(jìn)更多的學(xué)生使用移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)。

六、展望

本文提出使用數(shù)據(jù)庫(kù)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)完成關(guān)系代數(shù)表達(dá)式轉(zhuǎn)換為SQL語(yǔ)言的形式化，以及關(guān)系代數(shù)表達(dá)式優(yōu)化處理過(guò)程，有效地降低了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程的難度。根據(jù)問(wèn)卷調(diào)查分析可知授課過(guò)程中結(jié)合移動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)可以更有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的積極性。

不過(guò)本系統(tǒng)還需要進(jìn)一步完善，為學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供更好幫助。

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