Базы данных как вид информационных ресурсов

1.2.3 Базы данных как вид информационных ресурсов

Одной из основных составляющих и определяющих прогресса человеческого общества является уровень его коммуникабельности. Развитие технических средств связи способствовало прогрессу коммуникабельности. Современная коммуникабельность общества все более принимает компьютерный вид, основу которого составляет компьютерная телекоммуникация.

По мнению Н. А. Старцевой, в рамках компьютерной телекоммуникации пользователь ЭВМ получает возможность: организовать электронную почту, получать доступ к удаленным базам данных (базам знаний), разделять вычислительные ресурсы в рамках локальных (ЛВС) или глобальных вычислительных сетей (ГВС), участвовать в теледискуссиях и многое другое [29].

Как было сказано выше, информация может быть зафиксирована. Это повышает эффективность и качество её использования. В зависимости от способа фиксации информации, специалисты выделяют различные классы носителей информации [4]:

·  персонал (память людей);

·  документы всех видов и их собрания на любых видах носителей;

·  объекты живой и неживой природы и их коллекции (промышленные образцы, рецептуры и технологии, программные продукты, технические системы);

·  научный инструментарий (автоматизированные системы научных исследований, экспертные системы и базы знаний);

·  организационные единицы.

С появлением современного научного инструментария, оснащенного вычислительной техникой, возрастает роль программных продуктов, ведущих обработку информации, методических, алгоритмических и математических методов.

Особое место в научном инструментарии занимают информационные технологии, в том числе и базы данных [15].

Сегодня трудно себе представить сколько-нибудь значимую информационную систему, которая не имела бы в качестве основы или важной составляющей базу данных. Концепции и технологии баз данных складывались постепенно и всегда были тесно связаны с развитием систем автоматизированной обработки информации. Создание баз данных после появления реляционного подхода превратилось из искусства в науку, но, как показала практика последних лет, все же окончательно его не исключившая. Тем не менее, сейчас это вполне сложившаяся дисциплина, основанная на достаточно формализованных подходах и включающая широкий спектр приемов и методов создания баз данных.

Как отмечается специалистами, базам свойственна «перманентность» данных. Соответственно назначение систем управления базами данных (СУБД) – обеспечение в течение длительного времени их сохранности, а также возможностей выборки и актуализации. Данные существуют всегда, пока есть потребность в их использовании, хотя характер их использования, как и пути извлечения практической пользы могут быть самыми разными: от оперативной актуализации знаний до уничтожения данных, от их использования для совершенствования сложных систем управления до формирования учебных пособий [6].

Базы данных в стремительно, а в какой-то степени и сумбурно развивающихся информационных технологиях – это сравнительно консервативное направление, где СУБД и сами базы представляют собой «долговременные сооружения». Элементарная база ЭВМ и парадигмы программирования меняются быстрее, чем хранимые данные меняют актуальность. В таких условиях, в отличие от прикладных программистов, создатели баз данных (от разработчиков СУБД до администраторов БД) должны постоянно помнить о проблеме «наследственности» – о том, как интегрировать в создаваемую систему наследуемые данные, находящиеся под управлением устаревшей СУБД, и о том, как построить систему, чтобы вновь создаваемые данные могли быть, в свою очередь, наследованы следующим поколением систем и разработчиков.

Достаточно консервативны и концепции баз данных. Эта консервативность – следствие не только свойства «долговечности», но и того факта, что базы вторичны по отношению к описываемым ими реальным процессам и объектам, достаточно стабильным и типичным. Кроме того, модели данных строились в значительной степени по аналогии с организационными и технологическими структурами – иерархическими, сетевыми, матричными.

Широкое использование баз данных различными категориями пользователей привело, с одной стороны, к созданию интерфейсов, требующих минимум времени на освоение средств управления системой, а с другой – к построению мощных, гибких СУБД, имеющих, в том числе развитые средства защиты данных от случайного или преднамеренного разрушения. Появились и средства автоматизации разработки, позволяющие создать базу данных любому пользователю, даже не владеющему основами теории БД.

Но, как было отмечено ранее, база данных – это важная, но не основная (функционально), а обеспечивающая (информационная) составляющая некоторой, обычно достаточно крупной «человеко-машинной» системы. И здесь интересно отметить принципиальное отличие в развитии способностей взаимодействующих субъектов (человек – машина). Разделение информации на табличную (числовую), текстовую и графическую отражает последовательность, в которой эти виды информации «осваивались» компьютерами. Первые языки программирования были рассчитаны исключительно на обработку числовой информации. Первыми появляются и табличные базы данных, также преимущественно рассчитанные на обработку числовых таблиц (файлов). Затем осваиваются текстовые файлы и текстовые БД (автоматизированные информационно-поисковые системы с библиографическими и полнотекстовыми базами). Наконец, с существенным повышением быстродействия и емкости памяти компьютеров на сцену выходят графические и мультимедийные базы.

Эта последовательность прямо противоположна той, в которой данные виды информации осваивает человек. Действительно, сначала он знакомится с графическими образами (птички, цветочки и бабочки на шкафчиках для одежды в детском саду), затем – учится читать и писать, а только потом осваивает таблицу умножения.

Создание практически полезной «серьезной» базы данных в равной степени зависит как от «фундаментальности» знаний разработчика в области концепций и технологий СУБД, так и от степени понимания им сегодняшних и будущих прикладных задач пользователя, не только от адекватности применения тех или иных типовых или оригинальных решений, с той или иной степенью успешности позволяющих использовать, сопровождать и развивать систему после разработчика.

При создании баз данных, в свою очередь могут использоваться все вышеуказанные классы информационных ресурсов.

В настоящее время процесс информатизации и глобальной массовой коммуникации охватил и современное образование. В связи с этим, ведется активное использование информационных и коммуникационных технологий в образовании.

Таким образом, на современном этапе для достижения больших результатов в процессе обучения, необходима разработка совершенно новых подходов к работе с таким видом информационных ресурсов как базы данных.

При недооценке этого информационного ресурса снижается эффективность работы, затрачивается большее количество времени на подготовку к урокам и на организацию учебной деятельности.

1.2.4. Программные и аппаратные средства реализации баз данных

Н. Угринович в своем учебнике дает следующее определение базы данных. База данных – совокупность определенным образом организованной информации на какую-то тему (в рамках некоторой предметной области) [31]. Например:

·  база данных книжного фонда библиотеки;

·  база данных кадрового состава учреждения;

·  база данных законодательных актов в области уголовного права;

·  база данных современной эстрадной песни;

·  база данных математических задач.

Е. А. Васенина дает более полное определение этого термина [3]. База данных (БД) – организованная совокупность данных, предназначенная для длительного хранения во внешней памяти ЭВМ, постоянного обновления и использования.

В большинстве случаев базу данных можно рассматривать как информационную модель некоторой реальной системы, например сборника задач по математике. Такую систему называют предметной областью базы данных и информационной системы, в которую она входит.

Сама по себе база данных не может обслужить запросы пользователя на поиск и обработку информации. БД – это только «информационный склад». Обслуживание пользователя осуществляет информационная система.

Информационная система – это совокупность базы данных и всего комплекса аппаратно-программных средств для ее хранения, изменения и поиска информации, для взаимодействия с пользователем.

База данных – структурированная совокупность взаимосвязанных данных в рамках некоторой предметной области, предназначенная для длительного хранения во внешней памяти ЭВМ и постоянного применения [22].

Один из признаков, по которому можно классифицировать базы данных, – характер хранимой информации [25].

Фактографические БД содержат данные, представляемые в краткой форме и строго фиксированных форматах такие БД являются аналогами бумажных картотек, например, библиотечного каталога или каталога видеотеки. Другой тип БД – документальные БД. Здесь аналогами являются архивы документов, например, архив судебных дел, архив исторических документов и другие. В дальнейшем мы будем рассматривать лишь фактографические БД.

Известны три разновидности структуры данных иерархическая, сетевая, табличная. Соответственно по признаку структуры базы данных делятся на иерархические БД (например, файловая структура), сетевые БД (глобальная сеть), реляционные (табличные) БД. В последнее время наиболее распространенным типом баз данных стали реляционные БД. Любую структуру данных можно свести к табличной форме.

Любую работу компьютер выполняет под управлением программ. Значит и для работы с базами данных требуется специальное программное обеспечение. Такое программное обеспечение называется системой управления базами данных. Таким образом, необходимо различать собственно базы данных (БД), которые являются упорядоченными наборами данных, и системы управления базами данных – программы, управляющие хранением и обработкой данных [3].

Система управления базами данных – это программа, позволяющая создавать базы данных, а также обеспечивающая обработку (сортировку) и поиск данных.

Следует заметить, что если в базе нет никаких данных (пустая база), то это все равно полноценная база данных. Этот факт имеет методическое значение. Хотя данных в базе и нет, но информация в ней все-таки есть – это структура базы. Она опреде­ляет методы занесения данных и хранения их в базе. Простейший «некомпьютер­ный» вариант базы данных – деловой ежедневник, в котором каждому календар­ному дню выделено по странице. Даже если в нем не записано ни строки, он не перестает быть ежедневником, поскольку имеет структуру, четко отличающую его от записных книжек, рабочих тетрадей и прочей писчебумажной продукции.

Обычно с базами данных работают две категории исполнителей. Первая категория – проектировщики. Их задача состоит в разработке структуры таблиц базы данных и согласовании ее с заказчиком. Кроме таблиц проектировщики разрабатывают и другие объекты базы данных, предназначенные, с одной стороны, для автоматиза­ции работы с базой, а с другой стороны – для ограничения функциональных воз­можностей работы с базой (если это необходимо из соображений безопасности). Проектировщики не наполняют базу конкретными данными (заказчик может счи­тать их конфиденциальными и не предоставлять посторонним лицам). Исключение составляет экспериментальное наполнение модельными данными на этапе отладки объектов базы.

Вторая категория исполнителей, работающих с базами данных, ­– пользователи. Они получают исходную базу данных от проектировщиков и занимаются ее напол­нением и обслуживанием, В общем случае пользователи не имеют средств доступа к управлению структурой базы – только к данным, да и то не ко всем, а к тем, работа с которыми предусмотрена на конкретном рабочем месте.

Соответственно, система управления базами данных имеет два режима работы: проектировочный и пользовательский. Первый режим предназначен для создания или изменения структуры базы и создания ее объектов. Во втором режиме проис­ходит использование ранее подготовленных объектов для наполнения базы или получения данных из нее.

Методически правильно начинать работу по проектированию базы данных с каран­дашом и листом бумаги в руках, не используя компьютер. На данном этапе он просто не нужен. Неоптимальные решения и прямые ошибки, заложенные на этапе про­ектирования, впоследствии очень трудно устраняются, поэтому этот этап является основополагающим.

Системой управления базами данных является приложение Access, входящее в Microsoft Office.

СУБД Microsoft Office 2002 предоставляет несколько средств создания каждого из основных объектов базы. Эти средства можно классифицировать как:

·  ручные (разработка объектов в режиме Конструктора);

·  автоматизированные (разработка с помощью программ-мастеров);

·  автоматические – средства ускоренной разработки простейших объектов.

Соотношения между этими средствами понятны: ручные средства являются наи­более трудоемкими, но обеспечивают максимальную гибкость; автоматизирован­ные и автоматические средства являются наиболее производительными, но и наи­менее гибкими.

 Рассмотрим, что же такое база данных и как её создать на примере базы данных математических задач для подготовки учащихся 11-х классов к ЕГЭ (См. Приложения 1, 2).

1.3 Описание модели использования базы данных математических задач при подготовке к ЕГЭ

Созданная база данных «Задания для подготовки к единому государственному экзамену» для учащихся 11-х классов содержит задачи, входившие в экзаменационные работы в 2002 – 2006 годах, а также задачи демонстрационного варианта 2007 года. Задания отвечают перечню контролируемых вопросов содержания, составленного на базе обязательного минимума содержания среднего (полного) и основного общего образования [12].

При создании этой базы данных использовались литературные источники [10, 11, 12, 27, 28, 30, 32].

БД математических задач имеет следующие таблицы: KodOtveta, Reshenie, Tema, Zada4i, Zada4iSViboromOtveta. Поля: KodOtveta, Otvet, NoZada4i, Reshenie, KodTemi, Tema, NoZada4i, UrovenSlognosti, Formylirovka, VariantiOtveta. В таблицах Reshenie, Zada4i, Zada4iSViboromOtveta ключевым является поле NoZada4i. В таблице KodOtveta ключевое поле – KodOtveta. В таблице Tema ключевое поле – KodTemi. Поля Formylirovka, Otvet, VariantiOtveta, Reshenie имеют тип Поле объекта OLE. Тогда содержимое этих полей можно просмотреть, выполнив двойной щелчок по определенной ячейке. После этого откроется документ MSWord, в котором содержится вся необходимая информация.

Многие таблицы заполнялись с помощью форм. Так таблица Zada4iSViboromOtveta создавалась при заполнении одноименной формы.

Тогда в таблице, благодаря обеспечению целостности данных, будут заполняться соответствующие поля.

БД может использоваться учителем при подготовке к урокам и внеклассным занятиям, а также при проведении занятий в компьютерном классе. Главное преимущество БД над бумажными источниками – возможность многократного применения в форме, удобной для учителя.

БД можно применять на различных этапах подготовки к ЕГЭ – учитель просто распечатывает отчеты, в которых содержатся соответствующие задания.

Например, запрос, содержащий задачи уровня А можно применить при проверке уровня знаний учащихся. Это простой запрос, создаваемый с помощью конструктора. Чтобы создать такой запрос, нужно выполнить следующую последовательность действий [15]:

-   запрос создать  конструктор;

- выбрать таблицы, которые будут использоваться в запросе – Zada4i .

На базе этого запроса формируется отчет Задачи_уровень А. Поле ответ не выбирается. Этот отчет будет иметь следующий вид.

Аналогично можно создать запросы, содержащие задачи уровней В и С. В этом случае условием отбора будет уровень сложности. Например, запрос на выборку Задачи уровень С в режиме конструктора будет иметь вид:

Учитель может использовать базу данных при изучении или повторении той или иной темы. В данном случае вновь используется запрос на выборку. Запрос формируется на основе 2 таблиц: Tema и Zada4iSViboromOtveta (задачи уровня А) или Tema и Zada4i (задачи уровня В и С).

Например, для того, чтобы создать запрос, выводящий все задачи уровня А по теме «Логарифмы», необходимо выполнить следующие действия:

-   запрос создать  конструктор;

-   выбрать таблицы, которые будут использоваться в запросе – Tema, Zada4iSViboromOtveta;

-   выбрать поля, которые должны выводиться на экран;

-   так как в нашей классификации несколько тем, связанных с логарифмами, то условием отбора будет тема, в которой встречается хотя бы часть слова «логарифм», т.е., «*логарифм*».

Аналогично создаются запросы на выбор задач по другим темам. Условие отбора – тема, которую можно указать полностью (большая вероятность ошибочного ввода) или используя запись *<часть названия темы>*.

Так выглядит результат запроса, выводящий задачи уровня С по теме «Уравнения и их системы». Условием отбора в данном случае является уровень сложности «С» и тема «*уравнен*».

Так как наша база данных будет постоянно обновляться, то увеличится количество форм, отчетов, поэтому целесообразно создать Главную кнопочную форму. Способ создания этой формы описан выше. Тогда Главная кнопочная форма будет иметь следующий вид.

С помощью этой формы можно легко перемещаться по формам Tema, Zada4i, Zada4iSViboromOtveta. В дальнейшем можно будет модернизировать эту форму посредством добавления новых объектов.

Таким образом, эксперимент по введению единого государственного экзамена (ЕГЭ) по математике дает объективную информацию о реальном уровне подготовки выпускников, которая представляет интерес и для широкой общественности, и для разработчиков стандартов математического образования и других документов, направленных на модернизацию математического образования.

Сам тест ЕГЭ основан на использовании информационных технологий. Например, осуществляется автоматизированная проверка задач уровней А и В. Поэтому большую актуальность приобретает процесс информатизации.

Этот процесс самым непосредственным образом затронул образование. Особое место в средствах информатизации образования занимает компьютер. Современный компьютер дает возможность накапливать нужную информацию и использовать ее по мере необходимости.

В последнее время усилия специалистов направлены на построение перспективных моделей организации учебной деятельности и поиск новых подходов к использованию компьютера. Информатизация образования создает основу для качественного преобразования процессов обучения, воспитания и развития учащихся.

Перед учителем в условиях информатизации образования стоят задачи совершенствования методов, средств обучения и способов организации практической и познавательной деятельности учащихся на основе использования средств ИКТ, в том числе баз данных. Использование ИКТ значительно облегчает работу учителя при организации учебного процесса.

Кроме того, информатизация образовательной сферы ведет к изменению содержания обучения в соответствии с новыми целями, стоящими перед изменяющимся обществом.

На современном этапе для достижения больших результатов в процессе обучения, необходима разработка совершенно новых подходов к работе с таким видом информационных ресурсов как базы данных.

Глава 2.Технология использования баз данных математических задач в процессе подготовки учащихся к ЕГЭ по математике 2.1 Реализация модели

В соответствии с теорией поэтапного формирования умственных действий учащихся, подготовку к сдаче единого государственного экзамена следует организовать следующим образом.

1.  Фиксирование основного содержания, подлежащего усвоению материала и способов работы с ним в краткой схематической форме, удобной для использования при решении задач;

2.  Организация самостоятельной работы, позволяющей проконтролировать ход работы и ее результаты;

3.  Постепенный переход от пошагового контроля со стороны преподавателя к самоконтролю учащимися;

Исходя из этого, можно выделить несколько форм и методов, используемых при подготовке учащихся 11-х классов к сдаче ЕГЭ по математике. Средством обучения в нашем случае является база данных «Задания для подготовки к единому государственному экзамену». Все уроки можно разделить на два вида – уроки, проводимые в обычном кабинете и уроки, проводимые в компьютерном классе.

1.  Тематическая подготовка. Для того чтобы ученику успешно сдать государственный экзамен, необходима систематическая подготовка. Учитель должен систематизировать и углубить знания учащихся по математике за курс средней школы. Эффективно повторение материала осуществлять по темам школьного курса математики, двигаясь при этом от простых заданий к более сложным [18].

Рассмотрим применение созданной базы данных в процесс подготовки к сдаче ЕГЭ на примере уроков, посвященных теме «Логарифм».

Во-первых, это может быть самостоятельная работа на выявление уровня знаний по этой теме. В этом случае учитель составляет карточки по теме, содержащие задачи различных уровней сложности.

Это можно сделать с помощью запроса на выборку в нашей базе данных (см. п. 1.3., Приложения 1, 2() выборку в нашей базе данных.оса на выборку в нашей базе данных. этой теме. и, двигаясь при этом от простых заданий к более с).

Использование базы данных позволяет составить большое количество вариантов. Поэтому у учеников не будет желание отвлекать соседа, потратив при этом впустую драгоценное время.

Проанализировав результаты работы, учитель может выявить пробелы в знаниях учащихся и правильно организовать повторение материала, с учетом допущенных ошибок. Учитель при этом может осуществить также и индивидуальный и дифференцированный подход к обучению, составив карточки в зависимости от индивидуальных способностей каждого ученика. Это должно учитываться для того, чтобы в последствии ученик самостоятельно сумел набрать максимально возможное количество баллов на ЕГЭ [24]. При этом не стоит забывать, что задачей ЕГЭ является создание равных условий для всех учащихся.

Как показывает анализ результатов ЕГЭ прошлых лет, задания по теме «Логарифм» вызывают наибольшее затруднение у учеников [23]. Это связано с тем, что данная тема изучается в 11 классе и учителя торопятся перейти к комплексному повторению всего школьного курса математики, при этом отводя слишком мало времени на изучение этой темы.

Учитель должен устранить имеющиеся пробелы в знаниях учеников. Для этого нужно составить больше заданий, однотипных с теми, в которых были допущены типичные ошибки на самостоятельной работе. Поэтому, во-вторых, целесообразно проводить фронтальную работу с учащимися, вместе анализируя допущенные ошибки. При повторении темы «Логарифм. Свойства логарифма», необходимо вспомнить определение, сделав при этом еще раз особый акцент на все накладываемые ограничения; свойства логарифма, а уже после этого перейти к разбору ошибок. В базе данных выбрать задачи, проверяющие знания по этой теме (запрос на выборку).

А1. Найдите значение выражения , если .

1) -8 2) 25 3) 7 4) 10

Ответ: 3.

А2. Найдите область определения функции .

1) 2)  3) 4)

Ответ: 2.

А3. Найдите значение выражения .

1) 1 2) 2 3) 144 4) 40

Ответ: 2.

А4. Укажите промежуток, которому принадлежит корень уравнения  

1)  2)  3)  4)

Ответ: 4.

А5. Найдите область определения функции .

1) 2)  3) 4)

Ответ: 4.

А6. Найдите значение выражения .

1) 11 2) 2 3) 22 4) 3

Ответ: 4.

А7. Найдите область определения функции .

1) 2) 3) 4)

Ответ: 2.

А8. Вычислите значение выражения .

1) 6 2) 2 3) 0 4) –2

Ответ: 4.

А9. Найдите область определения функции .

1) 2) 3) 4)

Ответ: 1.

А10. Вычислите значение выражения +4.

1) 148 2) 44 3)5 4) 6

Ответ: 4.

А11. Найдите область определения функции.

1) 2) 3) 4)

Ответ: 4.

В1. Вычислите значение выражения .

Ответ: 3.

В2. Найдите значение выражения .

Ответ: 8.

В3. Найдите значение выражения .

Ответ: 3.

В4. Вычислите:.

Ответ: 47.

В5. Найдите значение выражения .

Ответ: 16.

Это лишь некоторые задания по этой теме, включенные в базу данных.

При решении задач учитель сразу может и не сообщать ученикам, из какой части это задание: «Как вы думаете, из какого раздела было это задание? Из раздела В! (или С!). И вы его сделали! Кому оно показалось невероятно сложным? Никому? Молодцы! Идем дальше: из какого раздела вы хотите следующее задание?». Это поможет ученикам преодолеть психологический барьер перед «трудными» задачами и перед ЕГЭ в целом, повысит их самооценку [28].

В-третьих, в групповой и индивидуальной формах работы может быть отражен дифференцированный подход в обучении, о котором говорилось выше. Из базы данных сделать выборку задач по теме «Логарифм» по:

·  уровню сложности;

·  по типу заданий (определение логарифма, свойства, решение уравнений и неравенств и т.д.);

·  по методу решения (например, для уравнений и неравенств) и т.д.

При групповой работе очень важно правильно сформировать микрогруппы. Если задания сгруппированы по уровню сложности, то ученики в группе должны быть с примерно равными умственными способностями и решать они должны «посильные» задачи. Если учитель выбрал другой критерий для группировки задач, то тогда в каждой группе должны быть и «сильные», и «слабые» учащиеся. В начале урока ребята решают задачи в группе, затем члены каждой группы объясняют решение своих задач всему классу. Если задачи однотипные, то можно подробнее рассмотреть один-два примера, а к остальным дать только ответы.

Групповую форму работы в данном случае целесообразно использовать после повторения основных теоретических моментов по данной теме. Такая форма работы позволяет рационально использовать учебное время и охватить при этом больший объем повторяемого материала.

В-четвертых, эти же задачи из базы данных можно использовать и в качестве домашнего задания. При этом, задачи уровней В и С можно дать с ответами для того, чтобы ученики смогли осуществить самопроверку. Но учителю нужно строго следить за тем, чтобы ученик «не подгонял» свое решение под ответ, а именно решал задание до тех пор, пока не получит этот правильный ответ.

Как уже говорилось выше, все формы работы можно использовать при проведении урока в компьютерном классе. Здесь учитель может подготовить индивидуальные задания для каждого ученика в электронном виде. Это очень удобно – не надо тратить время на распечатывание раздаточного материала и, опять таки, возможность составления большого количества вариантов и облегчение проверки. Для этого достаточно в запросе, выводящем те или иные задачи сделать скрытым столбец «ответ» или «решение» (не ставить метку вывода на экран).