势科学视角下数据库基本操作教学改革实践

张江维

摘要：势科学理论在人文社会科学研究中的重要意义就在于它的普适性与科学性。应用势科学原理对数据库基本操作环节进行教学改革，以工程软件开发实践为教学素材，将文件读写操作、文件复制操作和通信数据的存取等内容同步引入数据库基本操作教学实践，能够提高课程教学的信息量和针对性，收到良好的教学效果。

关键词：势科学；数据库操作；教学改革

势科学这一概念是由李德昌教授提出的。势科学研究的主要内容是与素质、创新及和谐有关的、现有理论无法给以科学阐述的、涉及复杂系统的内容。势的运行机制是“差别促进联系，联系扩大差别”。人才成长和教育过程是一个信息作用的动力学过程，是学生在现有知识体系下，通过与教师或教材进行信息互动，学习新知识，重新建立自我知识体系的动态过程。教学的信息量大小决定教学效果和人才培养的质量。在此，信息量大并不是指讲述或给出大量信息，而是信息量与信息势等价，即信息量=差别÷距离=差别×联系。由此公式可知，如果所讲知识与学生当前知识体系差别巨大（极限状态为相反），且没有任何联系则信息量为0，如果所讲知识与原有知识联系非常紧密（极限状态为相同），但没有差别，信息量也为0，既相反又相同，则信息量最大。例如：用学生已经掌握的知识或者原理，解释新的完全不同的知识或原理，则学生最容易接受，就是信息量大的缘故。在教学的过程中，如果展示给学生的信息量过小，就难于激发其学习热情，使其产生厌学情绪。

数据库操作中数据的存储与读取是信息访问的最基本操作，是各种信息系统正常运行的基础，一般信息系统都涉及数据库操作，包括基本数据的存取、批量数据存取和数据库数据备份与恢复。通常在教学中，这些内容往往分散进行，极少考虑工程软件分层设计、时间性能等需求因素，与实际信息系统应用需求脱节严重，学生的实践操作比较零散，缺乏系统性和针对性，遇到实际应用往往束手无策。为此，依据势科学原理，对数据库操作部分进行教学改革实践，将多个差异较大且分散的教学内容通过信息系统应用联系起来，提高教学信息量，营造信息势，学生将多个不同的教学内容紧密联系起来，达到学以致用的目的，在应用中提高了学生的实践动手能力。

一、工程软件数据操作简介

课程教学以某信号控制装置配置工程软件开发为背景进行教学设计，该软件主要完成信号控制装置基本参数的设置与修改，需要记录多组参数、与主装置进行以太网通信交换数据，数据备份与恢复等功能。软件以Windows为运行平台，采用C#语言开发，用Access数据库记录配置数据，采用以太网通信与装置进行交换数据。其中，数据操作部分包括页面数据存储与显示、通信数据的存取和数据库的备份与恢复。

二、页面数据的存储与读取显示

页面数据的存储与读取主要完成信号控制装置基本配置数据的编辑、保存和显示，即数据记录的存储和读取，是最基本的数据库操作，也是通常教学中的重点讲解内容。数据库访问包括联机和脱机两种模式。为了提高数据的访问效率和软件系统的运行性能，实际应用中通常采用脱机模式，该方式下，数据存取主要包括以下步骤：连接数据库，下达数据操作命令，即读取数据至内存或将内存数据更新至数据库，关闭连接。通常教学中，为了方便，往往在一个页面文件中组织所有数据库操作工作，没有分层的概念，数据库访问、业务逻辑和表示层不分离，这种方式虽然易于实现和理解，但不利于今后的软件开发实践。为此，在教学实践中，先以这种方式实现，然后增加其他业务访问需求，让学生探讨这种访问方式的不足及解决方法。在讨论的基础上，利用面向对象思想提出分层解决方案。将数据库访问剥离出来，创建专门的数据库访问类，同时将业务层与表示层分离，创建基础业务类和页面显示类，以此形成三层访问结构。

（一）创建专门的数据库访问类

该类主要用于访问Access数据库、执行数据操作命令、返回从数据库中获得的数据。为了提高数据库访问的便捷性，即能够访问任意位置的Access数据库，在类构造函数中动态设置数据库连接串，同时将数据库业务逻辑剥离，以参数的形式传递数据库操作参数，以达到向数据库传递任意操作命令的目的，最后将数据集的形式返回从数据库中查询获得的数据。这样数据库访问类就是一个通用的数据库访问类。

（二）创建基础业务类及访问函数

基础业务类主要完成信息系统所涉及对象的基本数据的定义、相关业务逻辑的转换以及数据库操作函数，在该类中要创建数据库访问类对象，这里同样需要数据库连接串，为此该业务类也同样设置连接串属性，以便从页面访问层传递该参数。利用创建的数据库访问类对该对象进行数据库访问。在数据库操作函数中，由于已经涉及具体的对象以及业务逻辑，因此需要明确具体的数据库操作命令以及操作参数，并传递给数据库访问类，注意这里传递的参数仍然不是具体的数据而是相关业务对象的相关属性。

（三）页面显示类

页面显示类主要完成人机交互，是信息显示和录入的主要窗口。在该类中，创建基础业务类对象，并对对象的各个属性赋值，通过对象的业务函数与数据库进行交互数据。

二、通信数据的存取

由于信号控制装置参数的配置是通過网络口完成，包括下载和上传数据两个功能，下载数据主要完成当前数据库配置数据的读取和组织成IP数据包，这与页面数据的读取没有太多区别。上传数据主要完成将信号控制装置当前的配置数据上传至软件并保存至数据库。这种数据库存取操作与页面数据的存储主要区别是，通信数据是从网络口获得的批量数据，即多条记录，而且一个通信数据包并不能获得全部配置数据，需要多个数据包。另外，由于采用异步通讯，通信有时间响应要求。如果按照页面数据的存取方法，则不能满足异步通信的时间要求，为此，需要先将多次通信收到的数据进行解析并先存储在内存中，等通信结束即所有通信数据都收集完成后，再一并写入数据库中。由于批量写入数据库中的数据较多，会对页面操作有延迟影响，在软件设计与实现时，考虑到在另外一个线程中完成批量数据存储操作。

三、数据库的备份与恢复

数据库的备份与恢复是信息系统必备的功能。也是系统容错的基本方法。数据库备份与恢复也是批量数据的操作，但是与通信数据存取的区别是，一次可以获得全部数据。另外，数据库备份和恢复有多种方式，包括文件复制和文件写入与读取。

（一）文件复制

由于Access数据库是以文件的形式存在，故可以采用文件复制的方式进行备份和恢复，即将整个数据库文件复制为其他名称和后缀的文件进行冗余备份，恢复时用备份的文件替换现有数据库文件，数据库文件名保持不变。恢复是备的逆过程，也就是用备份的数据库文件，替换当前的数据库文件，以达到恢复数据库的目的。

（二）文件写入与读取

数据库数据写入文件，也就是将数据库中数据先都读取出来，再按照一定的格式记录在其他文件中，如文本文件或二进制文件。由于文本文件易于读取和编辑，但安全性不好，为了比较对比，软件备份时采用两种方法实现。在备份时要注意规范备份格式，严格按照格式要求进行写入和读取，否则就会出现恢复异常。另外，从二进制文件中进行数据恢复时，一定要先将二进制文件中的数据完全读入内存中，然后批量写入数据库，如果按照页面数据存取模式即单条记录写入会比较占用时间，用户将会难以容忍。

文件复制备份简单易于实现，但是备份的文件比较占空间，而且备份的文件即使改为其他类型的后缀依然可以用Access软件打开，存在安全隐患。将数据库数据写入二进制文件，实现比较麻烦，但备份的文件比较小，数据库大小为2.6MB的数据库数据备份为二进制文件大小仅为269字节，是原有数据库文件的万分之一，比较节约空间，而且安全性较好。

四、小結

笔者以工程软件实践为背景，利用势科学思想——信息量=差别÷距离=差别×联系，将文件读写操作，文件复制操作、数据库单条记录读写操作和批量读写操作等差异较大的教学内容，通过软件应用实践紧密联系起来，提高了课堂教学信息量，使理论教学过程与工程实践紧密结合起来，明确了学习的针对性、提高了学生学习的积极性，学习效果明显提升。

参考文献：

[1]李德昌.新经济与创新素质势科学视角下的教育、管理和创新[M].北京：中国计量出版社，2007.

[2]赵志明，唐骜棋.信管专业Access数据库教学改革探索[J].教育科学，2015， （11）.