Моисеенко С.И., Майстренко А.В.
Донской Государственный Технический Университет
Современныеинформационные технологии сделали получение образования доступным вне стенучебных заведений или, по крайней мере, создали предпосылки для этого. ВИнтернет можно найти курсы лекций и другие учебные материалы по разным областямзнаний. Также нет недостатка в системах тестирования, позволяющих в той илииной мере оценить уровень полученных знаний. Однако ни одна систематестирования, на наш взгляд, не сможет оценить степень умения или, если хотите,мастерства. А ведь это то, что требуется от специалиста практически в любойобласти. Разве можно заранее сказать, что человек, сдавший тест по языкупрограммирования, умеет писать «хорошие» программы. Основнойнедостаток дистанционного обучения, как нам представляется, заключается в отсутствиианалогов того, чем в классическом обучении являются практические илилабораторные занятия, на которых и приобретаются навыки практической работы.При отсутствии общего подхода к построению обучающих систем такого рода,авторами сделана попытка восполнить этот пробел дистанционного обучения вчастной области, а именно, в области изучения языка SQL.
Популярностьреляционной модели привела к тому, что к настоящему времени реляционные СУБДдоминируют на рынке программного обеспечения обработки данных. Более того,многие нереляционные системы оснащаются реляционным пользовательскиминтерфейсом. В то же время стандартным интерфейсом взаимодействия среляционными базами данных является язык SQL, которому, по большому счету, нетальтернативы. Это обусловлено как наличием стандарта (недавно появиласьпоследняя версия этого стандарта, известная как SQL3), так и дальнейшимразвитием этого языка в направлении поддержки распределенной обработки иобъектно-ориентированных баз данных.
Этисоображения явились мотивацией для создания интерактивной обучающей системыязыку SQL, где основной упор был сделан на активном изучении посредствомвыполнения упражнений.
Перваяреализация этого информационного ресурса (http://sql.ipps.ru) посвященаоператору выборки данных SELECT, являющемуся наиболее сложным и частоиспользуемым оператором языка SQL. В дальнейшем планируется добавить другиеоператоры манипуляции данными, а также операторы описания схемы данных.
/>
Рис.1. Интерфейс системы дистанционного обучения языку SQL(http://sql.ipps.ru/exercises.php).
Схемавзаимодействия пользователя с системой сводится к следующему. Для каждогоупражнения приводится описание базы данных и на естественном языке (русском илианглийском, по выбору пользователя) формулируется задание на выборку.Пользователь должен написать оператор SELECT, реализующий выборку требуемыхданных. Проверка запроса пользователя осуществляется, если нажать кнопку«Выполнить» (рис.1). Если запрос синтаксически правилен, носформулирован неверно логически, будут возвращены данные запроса пользователя иданные правильного запроса. Одни только правильные данные можно получить, еслинажать кнопку «Показать правильный результат». Кроме того, еслиустановить флажок «Без проверки», можно писать любые запросы наполучение данных из учебной базы данных; при этом проверка запроса пользователяне выполняется.
Заданияимеют разный уровень сложности, что, по мнению авторов, делает сайт полезным нетолько новичкам, но и опытным разработчикам приложений баз данных иадминистраторам СУБД. На сегодняшний день на сайте представлено порядка 70упражнений, большая часть которых заимствована из книги известного специалистав области баз данных Дж. Ульмана [Джеффри Д.Ульман, Дженнифер Уидом., 2000].
Вкачестве примера рассмотрим одно из простых заданий (стоимость вопроса 1 балл)для базы данных «Компьютерная фирма», схема которой показана на рис.2.
/>
Рис.2. Схема данных учебной БД «Компьютерная фирма».
Заданиезвучит так: «Найдите всех производителей принтеров; вывести: Maker».Правильным решением может быть такой запрос:
SELECTDISTINCT Maker FROM Products WHERE type='printer'
Пустьрезультатом выполнения данного запроса является следующая одностолбцоваятаблица:Maker HP Epson Canon
Заметим,что такие же строки будут возвращены, если мы сформулируем запрос иначе:
SELECTDISTINCT Maker FROM Product WHERE Maker In ('HP','Epson','Canon'),
что,естественно, является неправильным выполнением задания.
Обазапроса возвращают одинаковые данные, однако, если мы добавим в таблицуProducts запись с еще одним производителем принтеров, то, очевидно, что первыйзапрос будет по-прежнему давать правильный результат, а последний — нет. Такиесинтаксически верные, но логически не отвечающие условию упражнения запросы,оцениваются системой как неправильные.
Дляотслеживания таких ошибок в системе «Упражнения по SQL» используетсяконтрольная БД, имеющая такую же логическую схему, как и доступная пользователюБД, но содержащая другой набор данных. Система признает запрос правильным, еслирезультаты проверки на двух базах данных совпадут с данными, возвращаемыми«эталонным» запросом. Следует отметить, что мы не можем здесьсравнивать саму синтаксическую конструкцию запроса, поскольку запрос наполучение одних и тех же данных на языке SQL можно сформулировать разнымиспособами, что свидетельствует о гибкости данного языка и облегчает работупользователя.
Системареализована в трехуровневой архитектуре клиент-сервер. На промежуточном уровнероль сервера приложения выполняет Web-сервер (в нашем случае IIS), которыйпосредством интерпретатора PHP взаимодействует с сервером баз данных (MS SQLServer). Клиентом, естественно, является браузер.
Рассмотримнесколько подробнее серверную часть системы. Мы используем три базы данных:Exercises, Alt_Exercises и Main (Рис. 3).
/>
Рис.3. Базы данных обучающей системы.
Приэтом каждая из баз данных Exercises и Alt_Exercises содержит все учебные БД, накоторых выполняются упражнения (пример одной из таких баз представлен на рис.2). Как было отмечено ранее, Alt_Exercises содержит контрольные данные и имееттакую же структуру, как и Exercises.
ВБД Main (Рис.4) хранится служебная закрытая от пользователя информация. ТаблицаUsers содержит сведения о пользователях. Правильные ответы записываются втаблицу Results. Благодаря этому можно выяснить рейтинг каждого иззарегистрировавшихся пользователей. Ответы гостей системой не сохраняются.
/>
Рис.4Схема данных БД Main.
Втаблице Databases содержится описание учебной базы данных, а в таблице Tasks — информация об упражнениях: текст задания, скрипт эталонного ответа на него истоимость (сложность) вопроса.
Наибольшийинтерес представляет способ проверки правильности решения упражнения. Посколькупользователь может решить упражнение разными способами, то была реализованаидея сравнения не самих запросов, а результирующих наборов данных [МоисеенкоС.И., Майстренко А.В., 2002]. В результате чего существенную роль приобретаетиспользуемая СУБД. Теперь она используется не только для хранения служебнойинформации, но и фактически выполняет запросы пользователя. Алгоритм сравнениянабора данных, возвращаемого запросом пользователя, с набором данных эталонногозапроса базируется на одинаковом упорядочении столбцов и одинаковой сортировкестрок в этих двух наборах данных. Результирующие наборы совпадают,еслисодержат, во-первых, одинаковое число столбцов и строк и, во-вторых,одинаковые значения в каждой соответствующей ячейке таблиц, т.е. задачасводится к сравнению на равенство двух двумерных массивов при очевидномпреобразовании типов.
Какупоминалось выше, попытки «обмануть систему» простым перечислениемданных из правильного результата блокируется сравнением запроса пользователя нанезависимых данных, недоступных для просмотра. Разумеется, все же остаетсявероятность того, что логически неправильный запрос вернет «правильныеданные», однако, тестирование системы показало, что эта вероятность весьмамала и зависит от того, насколько тщательно подобраны данные в контрольной базеданных Alt_Exercises. Кстати говоря, эту вероятность можно еще уменьшить,используя несколько контрольных баз данных. Так или иначе, окончательный ответсможет дать только эксплуатация системы, к чему мы и призываем всехинтересующихся как дистанционным обучением, так и базами данных.
Следуетсказать несколько слов об используемом диалекте SQL. Поскольку запроспользователя выполняется применяемой в системе СУБД, исключительную важностьприобретает то, насколько диалект SQL этой СУБД соответствует стандарту языкаSQL. Дело в том, что мы ставили себе задачу обучения SQL как универсальномусредству взаимодействия с базами данных, а не работе с конкретной СУБД. По этойпричине мы отказались от использования свободно распространяемых СУБД типаMySQL, которая на момент реализации обучающей системы не поддерживала,например, подзапросов в операторе SELECT. Сейчас мы применяем MS SQL Server2000, диалект языка SQL, которого весьма близок к стандарту SQL-92. Именноследование этому стандарту было выдержано при написании справки поиспользованию оператора SELECT, которой можно воспользоваться при решенииупражнений на сайте.
Хотелосьбы отметить высокую степень мотивации, обусловленную использованием рейтинговойсистемы представления показанных пользователями результатов (см. таблицу 1).Зарегистрированный в системе «Упражнения по SQL» пользовательавтоматически участвует в рейтинге. В зависимости от сложности задания,посетитель получает от 1 до 3 баллов за правильное решение. На первом этапетестирования посетителям сайта доступны 62 упражнения, которые можно решать влюбом порядке. Здесь есть как простые упражнения, так и сложные. Более высокоеместо занимает тот, кто набрал большую сумму баллов, даваемых за правильноерешение упражнений. При равенстве этих показателей выше будет тот, кто затратилменьше времени на решение, которое оценивается как интервал между временемрешения первого и последнего упражнений.
Таблица1. 20 лучших (текущих) результатов, показанных посетителями сайта.No Surname Number of exercises Scores Days Days_2 1 Goloubev V.V. (VVG_) 70 132 54.70 .05 2 Ларичев С.В.(dorin) 70 132 2.14 .85 3 Якутин Н.В. (ZrenBy) 70 132 2.03 1.03 4 Krbashyan R. (ru_krb) 70 132 5.15 2.90 5 Gershovich (VIG) 70 132 34.04 4.16 6 hatylaev (hatylaev) 70 132 42.10 5.94 7 RT (RatTail) 69 129 57.05 .04 8 Hkolodilin (holod) 68 126 29.17 2.19 9 akuz (akuz) 66 121 53.01 .05 10 Афанасьев Д.В. (Somadhy) 66 121 7.89 1.54 11 spider (spider) 65 118 51.32 .10 12 NetSerpent (NetSerpent) 64 115 1.11 .04 13 R N. (nr) 64 115 4.83 1.01 14 Zorro (Zorro) 62 110 .01 .00 15 Botte C. (ChatBotte) 62 110 1.10 .00 16 RiliR (RiliR) 62 110 1.25 .00 17 Alseka (Alseka) 62 110 6.72 .00 18 Rom (Rom) 62 110 11.34 .00 19 marse (marse) 62 110 11.98 .00 20 Говорухин А.В. (Speaker) 57 96 1.08 .00
Дискуссияпосетителей нашего сайта на форуме SQL.RU выявила недостатки такой рейтинговойсистемы, что заставило нас изменить подсчет времени на втором этапе. К этомуэтапу допускаются только те посетители, которые решили все упражнения первогоэтапа. Упражнения второго этапа имеют более высокий уровень сложности ивыдаются по одному, что позволяет зафиксировать время, потраченное на решениеотдельного упражнения. Рейтинговое время представляет теперь сумму интерваловвремени, затраченного на решение каждого из упражнений. Такая система уже невызывала критики участников форума.
Упражненияпервого этапа выполняются на трех учебных БД:
«Компьютернаяфирма».
«Фирмавторсырья».
«Корабли».
Длявторого этапа пока предложена одна схема базы данных «Аэропорт».Следует отметить еще одно достоинство рейтинговой системы второго этапа,заключающееся в том, что система позволяет добавлять новые упражнения по мереих разработки; при этом участники не теряют в рейтинге.
Взаключение хотелось бы привести высказывание одного из посетителей нашегосайта: «Класс! Я за один день научился большему, чем за все то время, чтоя мучаю книжки по SQL. Книжки — книжками, а без практики никуда не уедешь.Спасибо.» Эти слова говорят о том, что наши ожидания оправдались, и мыдействительно, в какой-то мере, восполнили недостаток практической работы вобласти дистанционного обучения. Еще одним подтверждением сказанного являетсястатистика посещения сайта (см. таблицу 2).
Таблица2. Статистика посещений сайта за 30 дней на Rambler.ru.Cтрана
Уникальные адреса
(хосты) Посетители Показы страниц (хиты) Россия 607 (58,42%) 646 (59,98%) 15 451 (68,55%) Беларусь 129 (12,42%) 129 (11,98%) 263 ( 1,17%) Украина 85 ( 8,18%) 89 ( 8,26%) 2 229 ( 9,89%) США/Канада 47 ( 4,52%) 48 ( 4,46%) 558 ( 2,48%) Израиль 29 ( 2,79%) 29 ( 2,69%) 1 142 ( 5,07%) Объединенные Арабские Эмираты 21 ( 2,02%) 14 ( 1,30%) 79 ( 0,35%) Великобритания 18 ( 1,73%) 18 ( 1,67%) 417 ( 1,85%) Казахстан 9 ( 0,87%) 9 ( 0,84%) 112 ( 0,50%) Молдова 9 ( 0,87%) 9 ( 0,84%) 204 ( 0,91%) Франция 7 ( 0,67%) 8 ( 0,74%) 720 ( 3,19%) Германия 6 ( 0,58%) 6 ( 0,56%) 140 ( 0,62%) Австралия 6 ( 0,58%) 6 ( 0,56%) 35 ( 0,16%) Латвия 4 ( 0,38%) 4 ( 0,37%) 20 ( 0,09%) Бельгия 4 ( 0,38%) 4 ( 0,37%) 70 ( 0,31%) Киргизстан 4 ( 0,38%) 4 ( 0,37%) 105 ( 0,47%) Эстония 3 ( 0,29%) 3 ( 0,28%) 5 ( 0,02%) Китай 2 ( 0,19%) 2 ( 0,19%) 2 ( 0,01%) Сингапур 2 ( 0,19%) 2 ( 0,19%) 460 ( 2,04%) Нидерланды 2 ( 0,19%) 2 ( 0,19%) 12 ( 0,05%) Литва 2 ( 0,19%) 2 ( 0,19%) 33 ( 0,15%) Болгария 2 ( 0,19%) 4 ( 0,02%) 2 ( 0,19%) Чехия 1 ( 0,10%) 1 ( 0,09%) 9 ( 0,04%) Дания 1 ( 0,10%) 1 ( 0,09%) 3 ( 0,01%) Италия 1 ( 0,10%) 1 ( 0,09%) 2 ( 0,01%) Азербайджан 1 ( 0,10%) 1 ( 0,09%) 1 ( 0,00%) Узбекистан 1 ( 0,10%) 1 ( 0,09%) 5 ( 0,02%) Греция 1 ( 0,10%) 1 ( 0,09%) 7 ( 0,03%) Швеция 1 ( 0,10%) 1 ( 0,09%) 7 ( 0,03%) Швейцария 1 ( 0,10%) 1 ( 0,09%) 1 ( 0,00%) Тайвань 1 ( 0,10%) 1 ( 0,09%) 1 ( 0,00%) Армения 1 ( 0,10%) 1 ( 0,09%) 1 ( 0,00%) Расположение не определено. 31 ( 2,98%) 31 ( 2,88%) 441 ( 1,96%)
Список литературы
[ДжеффриД.Ульман, Дженнифер Уидом., 2000] Джеффри Д.Ульман, Дженнифер Уидом. Введение всистемы баз данных. — М.: Изд-во Лори, 2000.
[МоисеенкоС.И., Майстренко А.В., 2002] Моисеенко С.И., Майстренко А.В. Интерактивное дистанционноеобучение: от тестов — к упражнениям. — Вестник ДГТУ, 2002, Т.2, №3(13),с.333-336.
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.sql-ex.ru
.