基于海洋特色的數(shù)據(jù)庫(kù)原理案例教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

王令群++李凈++王振華++袁小華

摘 要： 上海海洋大學(xué)空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)具有鮮明的海洋特色，而現(xiàn)有教材中缺少海洋數(shù)據(jù)的特色，結(jié)合本專業(yè)對(duì)課程的要求，在組織教學(xué)時(shí)，將海洋相關(guān)項(xiàng)目中用到的實(shí)際數(shù)據(jù)庫(kù)改寫(xiě)成適合教學(xué)的案例，使學(xué)生在消化課程知識(shí)點(diǎn)時(shí)，為后續(xù)專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)庫(kù)原理 海洋特色 案例教學(xué)

21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，不僅是人類全面認(rèn)識(shí)、開(kāi)發(fā)和保護(hù)海洋的世紀(jì)，更是培養(yǎng)高水平海洋科學(xué)人才的世紀(jì)[1]。在中共中央政治局就建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)進(jìn)行第八次集體學(xué)習(xí)中，中共中央總書(shū)記習(xí)近平在主持學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)是中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)的重要組成部分，黨的十八大作出了建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的重大部署。

上海海洋大學(xué)根據(jù)國(guó)家海洋事業(yè)發(fā)展的需要，立足于上海的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，于2010年率先在上海市開(kāi)設(shè)了“空間信息與數(shù)字技術(shù)”專業(yè)。數(shù)據(jù)庫(kù)原理作為空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱數(shù)計(jì)專業(yè)）的專業(yè)必修基礎(chǔ)課，教學(xué)大綱僅要求該課程講述數(shù)據(jù)庫(kù)的理論知識(shí)、如何存儲(chǔ)、使用和管理數(shù)據(jù)，所有教材中缺乏海洋數(shù)據(jù)的應(yīng)用，但該課程在與后續(xù)專業(yè)課程的銜接上迫切需要加入海洋相關(guān)項(xiàng)目的案例，引導(dǎo)學(xué)生使用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理海洋數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中發(fā)現(xiàn)、分析出現(xiàn)的海洋災(zāi)害、利用海洋為人類服務(wù)，如“風(fēng)暴潮”災(zāi)害，“赤潮”災(zāi)害，海水養(yǎng)殖，等等。

1.數(shù)據(jù)庫(kù)原理課程現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)庫(kù)原理課程本身是一門(mén)理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，現(xiàn)階段數(shù)計(jì)專業(yè)該課程授課方式依然采用傳統(tǒng)的講臺(tái)授課模式，老師課堂授課、布置課后作業(yè)，學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)、課后做作業(yè)，有些學(xué)生干脆抄襲作業(yè)，自覺(jué)參與差，教學(xué)效果一般，該課程和后續(xù)專業(yè)課程的銜接做得也不夠好，現(xiàn)階段最突出的兩大問(wèn)題如下：

（1）海洋專業(yè)特色弱。

多源、動(dòng)態(tài)及空間關(guān)聯(lián)性等海洋數(shù)據(jù)特性使其有別于傳統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)原理中缺少了海洋數(shù)據(jù)的特色，不適應(yīng)于該數(shù)技專業(yè)的教學(xué)。

（2）課時(shí)量有限，實(shí)踐課時(shí)偏少。

數(shù)據(jù)庫(kù)原理總課時(shí)為48學(xué)時(shí)，講授32學(xué)時(shí)，實(shí)踐16學(xué)時(shí)，做8次實(shí)驗(yàn)：Create語(yǔ)句建庫(kù)和表，單表查詢，多表連接查詢，子查詢，數(shù)據(jù)更改，視圖的定義和使用，安全管理，備份和恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)，沒(méi)有足夠的課時(shí)完成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)使用的實(shí)驗(yàn)。

2.面向海洋需求的數(shù)據(jù)庫(kù)原理案例教學(xué)

在教學(xué)時(shí)，采用案例驅(qū)動(dòng)的方式，在準(zhǔn)備案例時(shí)，教師針對(duì)該專業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)課程的要求，從實(shí)際海洋項(xiàng)目中編寫(xiě)可用于教學(xué)的案例供學(xué)生學(xué)習(xí)、參考、實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生使用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理海洋數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中及時(shí)發(fā)現(xiàn)海洋災(zāi)害、進(jìn)行海水養(yǎng)殖等，避免學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和后續(xù)課程內(nèi)容要求之間出現(xiàn)斷層。

以海洋災(zāi)害預(yù)報(bào)為例：

海洋災(zāi)害工作流程為：數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)—數(shù)據(jù)管理—數(shù)據(jù)分析—災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)—災(zāi)害評(píng)估—災(zāi)后重建。

災(zāi)害預(yù)報(bào)的基本流程為：（1）通過(guò)海洋災(zāi)害數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，獲取數(shù)據(jù)；（2）建立一個(gè)融合后的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括溫、鹽、流、深，流速、流向等，數(shù)據(jù)；（3）通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；（4）對(duì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行管理；（5）對(duì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用，進(jìn)行災(zāi)害的應(yīng)急預(yù)案生成（所以應(yīng)急預(yù)案需加入數(shù)據(jù)庫(kù)）；（6）災(zāi)害評(píng)估及損失評(píng)價(jià)；（7）災(zāi)后重建。

實(shí)際教學(xué)中，建庫(kù)、建表、查詢、數(shù)據(jù)更改、視圖、安全管理、備份和恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)等所需的實(shí)例均可從該項(xiàng)目中抽取，學(xué)生既掌握了數(shù)據(jù)庫(kù)的知識(shí)點(diǎn)，又對(duì)海洋有了充分理解。

再如：海水養(yǎng)殖苗種投放環(huán)節(jié)中，涉及以下一些管理需求。

水產(chǎn)品養(yǎng)殖涉及許多養(yǎng)殖企業(yè)，每個(gè)養(yǎng)殖企業(yè)有唯一的編號(hào)，每個(gè)養(yǎng)殖企業(yè)需要存儲(chǔ)其企業(yè)名稱、負(fù)責(zé)人、地址、聯(lián)系電話和郵箱。而每個(gè)養(yǎng)殖企業(yè)擁有多個(gè)池塘，池塘通過(guò)池塘編號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)，每個(gè)池塘需要描述池塘的長(zhǎng)度、寬度、高度、面積和負(fù)責(zé)人。

每個(gè)池塘都會(huì)投放很多水產(chǎn)品苗種，苗種用蝦苗批次編號(hào)標(biāo)識(shí)，而一個(gè)池塘?xí)斗哦鄠€(gè)批次的苗種。在投放中要記錄投放苗種的數(shù)量、投放日期、苗種的親本蝦和規(guī)格（規(guī)格相當(dāng)于數(shù)量的單位）等信息。每一批次的苗種在投放池塘前還需要檢驗(yàn)并記錄檢驗(yàn)信息，包括檢驗(yàn)日期、蝦苗全長(zhǎng)和規(guī)格合格率、基本安全指標(biāo)是否通過(guò)及檢驗(yàn)人等。一個(gè)檢驗(yàn)人可以檢驗(yàn)多個(gè)批次的苗種，而一個(gè)批次的苗種也需要經(jīng)歷多個(gè)檢驗(yàn)人的檢驗(yàn)。

其ER圖如圖1所示。

在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)范化設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)處，講解到設(shè)計(jì)不合理的關(guān)系模式的弊端時(shí)，教師需要將該數(shù)據(jù)庫(kù)編輯成不規(guī)范的數(shù)據(jù)庫(kù)，如：描述員工信息及檢測(cè)池塘的關(guān)系模式E-I-S（員工工號(hào)，身份，辦公室，蝦苗批次編號(hào)，池塘編號(hào)，安全指標(biāo)是否通過(guò)），假設(shè)員工身份決定了其所在的辦公室，不同檢查人員對(duì)池塘檢查的結(jié)果可能也有誤差，員工工號(hào)，蝦苗批次編號(hào)，池塘編號(hào)為主碼。

通過(guò)具體實(shí)際數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題、數(shù)據(jù)更新問(wèn)題、數(shù)據(jù)插入問(wèn)題、數(shù)據(jù)刪除問(wèn)題等異常，要求學(xué)生課后將其分解成符合3NF的關(guān)系模式。

為解決課時(shí)量有限、實(shí)踐課時(shí)偏少的問(wèn)題，教師采用案例授課時(shí)學(xué)生采用自主學(xué)習(xí)模式，充分利用學(xué)生的課余時(shí)間，進(jìn)行有效的教—做—答疑的互動(dòng)，強(qiáng)調(diào)教中實(shí)踐、實(shí)踐中思考、交流中提升；教師布置若干綜合實(shí)踐作業(yè)，學(xué)生分組完成，自主學(xué)習(xí)完后各小組通過(guò)“以強(qiáng)帶弱、以老帶新”的方式合作完成綜合實(shí)踐作業(yè)。這種模式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主式、探究式學(xué)習(xí)，突出學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體和主人地位，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，逐步掌握發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

3.結(jié)語(yǔ)

結(jié)合專業(yè)面向海洋需求的特點(diǎn)，將海洋相關(guān)實(shí)際項(xiàng)目案例經(jīng)過(guò)改進(jìn)后用于教學(xué)，使學(xué)生對(duì)專業(yè)有進(jìn)一步了解，為后續(xù)的專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)。

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上海海洋大學(xué)重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目（A-0209-15-0302-46）