Учебные задачи по нормализации баз данных в программах подготовки военных инженеров

Для успешного формирования установленных нормативными документами в сфере высшего образования профессиональных компетенций необходим высокий уровень мотивации обучающихся к изучению как специальных, так и гуманитарных, социально-экономических и общепрофессиональных дисциплин. Исследования [5 и др.] показали, что совершенствование методики преподавания информационно-технологических дисциплин, в части варьирования содержания учебных задач, имеет существенное значение для повышения мотивации курсантов военно-инженерных специальностей к обучению.

Проблемам разработки и совершенствования методического обеспечения информатики, программирования и других информационно-технологических дисциплин посвящены многие исследования зарубежных и отечественных педагогов высшей школы. В работах конца прошлого столетия [2 и др.] отмечалось, что вопросы, связанные с проектированием баз данных, в курсе школьной информатики чаще всего не рассматривались, что приводило к затруднениям в понимании студентами совершенно нового материала. На текущий момент ситуация существенно не изменилась.

При планировании университетских курсов информатики и баз данных, как правило, ставятся следующие задачи: ознакомить обучающихся с теоретическими основами баз данных; обучить студентов методам проектирования баз данных и создания приложений для них; познакомить учащихся с примерами работы конкретных СУБД [3, с. 77]. При обосновании методических систем исследователями подчеркивается наиболее важная роль практической ориентированности задач при проектировании и разработке баз данных информационных систем будущими IT-специалистами [4 и др.].

В программах подготовки военных инженеров по направлению «Информатика и вычислительная техника» так же имеется дисциплина «Базы данных», включающая как теоретические аспекты организации баз данных - основы реляционной алгебры, теорию нормализации, так и вопросы практическо- го применения инструментальных средств проектирования и языка SQL, реализации физических моделей в системах управления базами данных.

Одной из наиболее сложных проблем курса является изучение теории нормальных форм и практическое воплощение нормализации универсальных отношений, приведение базы данных к третьей нормальной форме. Нами предлагается рассмотреть пример из знакомой каждому обучающемуся предметной области. Предметная область «Успеваемость курсантов» описывается универсальным отношением (см. рис. 1).

Рис. 1. Пример универсального отношения (16 атрибутов)

В ведомость «Оценка» заносится информация в виде оценки и даты о сдачах и пересдачах курсантами учебных групп, относящихся к различным факультетам, семестровых экзаменов и зачетов по учебным дисциплинам, закрепленным за кафедрами. Предположение (упрощение модели): экзамен или зачет может приниматься одним преподавателем, ответственным за дисциплину.

На первом этапе приведем универсальное отношение к первой нормальной форме, продублировав строки, отличающиеся лишь оценкой и датой ее получения так, чтобы в каждой ячейке имелось атомарное значение. На втором этапе нормализации выделим и представим в виде деревьев следующие зависимости и отношения (см. рис. 2).

Рис. 2. Деревья отношений

Алгоритм нормализации, описанный Э.Ф. Коддом [Цит. по: 1]:

• 1.    Начиная с отношения, находящегося на верху дерева, берется его Первичный Ключ, и каждое непосредственно подчиненное отношение расширяется путем вставки домена или комбинации доменов этого первичного ключа.

• 2.    Первичный Ключ каждого расширенного таким образом отношения состоит из Первичного Ключа, который был у этого отношения до расширения и добавленного Первичного Ключа родительского отношения.

• 3.    После этого из родительского отношения вычеркиваются все непростые домены, удаляется верхний узел дерева, и эта же процедура повторяется для каждого из оставшихся поддеревьев.

Преобразование во 2НФ представлено на рис. 3–4:

Рис. 4. Преобразование во 2НФ (3 отношения)

Для представления отношений в 3НФ необходимо вывести в отдельные отношения информацию о личных данных гражданских преподавателей, военнослужащих, в том числе начальников факультетов, должностей кадрового состава, устранить ограничение «одна дисциплина – один преподаватель». Окончательная модель может быть представлена в виде ER-диаграммы (см. рис. 5).

После разбора примера курсантам предлагается разработать фрагмент базы данных автоматизированной информационной системы контроля технического состояния и технического обслуживания, учета войскового и заводского ремонта вооружений и военной техники (ВВТ) в мирное время. В проект входят задачи формирования планов, актов, приказов и других документов по эксплуатации ВВТ. Разработаны варианты заданий для нормализации следующих универсальных отношений:

• 1.    Формирование планов обеспечения ВВТ (номер_документа, дата_документа, утвердил_долж-ность, утвердил_звание, утвердил_ФИО, период, номер_в_ч, адрес_в_ч, вид_ВВТ, название_ВВТ, положено_по_штату, имеется_в_наличии, изымаемое_ВВТ, выделяемое_ВВТ, планируемое_ВВТ, процент_обеспеченности).

• 2.    Формирование актов приема ВВТ (номер_документа, дата_документа, утвердил_должность, утвердил_звание, утвердил_ ФИО, дата_начала, дата_окончания, вид_ВВТ, название_ВВТ, регистр_ номерВВТ, поставщик_название, поставщик_адрес, служба_грузополучатель, ФИО_грузополучатель, вид_транспорта, номер_транспорта, дата_отправления, дата_получения).

• 3.    Формирование ведомости технического состояния ВВТ при приеме (номер_документа, дата_ документа, утвердил_должность, утвердил_звание, утвердил_ФИО, дата_начала, дата_окончания, вид_ВВТ, название_ВВТ, регистр_номерВВТ, дата_выпуска, значится_по_документам, фактически_ оказалось, состояние, проверил_должность, проверил_звание, проверил_ФИО).

• 4.    Формирование приказов о постановке ВВТ на хранение (номер_документа, дата_докумен-та, утвердил_должность, утвердил_звание, утвердил_ ФИО, вид_ВВТ, название_ВВТ, регистр_номер ВВТ, поставщик_название, поставщик_адрес, дата_поставки, служба_хранения, срок_хранения, от-ветств_должность, ответств_звание, ответств_ФИО).

• 5.    Формирование рекламационных актов ВВТ (номер_документа, дата_документа, утвердил_ должность, утвердил_звание, утвердил_ ФИО, вид_ВВТ, название_ВВТ, регистр_номерВВТ, поставщик_ название, поставщик_адрес, название_детали, номер_детали, вид_неисправности, требуемые_работы).

• 6.    Формирование планов-графиков диагностирования, технического обслуживания (ТО) и ремонта ВВТ (номер_документа, дата_документа, утвердил_должность, утвердил_звание, утвердил_ФИО, вид_ВВТ, название_ВВТ, регистр_номерВВТ, вид_операции, название_операции, норма_времени_ операции, ответств_должность, ответств_звание, ответств_ФИО, план_дата_начала, факт_дата_нача-ла, план_дата_оконч, факт_дата_оконч).

• 7.    Формирование актов диагностирования, ТО и ремонта ВВТ (номер_документа, дата_докумен-та, утвердил_должность, утвердил_звание, утвердил_ФИО, вид_ВВТ, название_ВВТ, регистр_номер ВВТ, вид_операции, название_операции, норма_времени_операции, ответств_должность, ответств_ звание, ответств_ФИО, дата_начала, дата_оконч, название_детали, номер_детали, вид_неисправно-сти, требуемые_работы).

• 8.    Формирование графика нарядов (номер_документа, дата_документа, период, утвердил_долж-ность, утвердил_звание, утвердил_ФИО, всл_номер, всл_ФИО, всл_звание, всл_служба, начальник_ звание, начальник_ФИО, наряд_название, наряд_количество, наряд_дата, примечание_оценка).

Рис. 5. ER-диаграмма «Успеваемость курсантов»

Выполнение заданий, связанных с будущей специальностью, повышает мотивацию к освоению общепрофессиональных дисциплин на младших курсах, что обусловлено особенностями учебных планов военно-инженерных вузов, в соответствии с которыми изучение специальных дисциплин начинается не ранее четвертого года обучения, а интерес курсантов к специфике военно-профессиональной деятельности велик. В свою очередь, наличие высокой мотивации положительно сказывается на результатах обучения, позволяет сократить число разочаровавшихся в профессии, подготовить курсантов к дальнейшему овладению военной специальностью, воспитать квалифицированного, компетентного военного инженера.