Download SISTEMAS DE BASES DE DATOS

UN MODELO DE DOCENCIA COLABORATIVA PARA LA ASIGNATURA
“SISTEMAS DE BASES DE DATOS” EN LA USAL
A. Gil, A. de Luis
[email protected], [email protected]
Departamento de Informática y Automática, Universidad de Salamanca
Facultad de Ciencias, Plaza de la Merced s/n. 37008-Salamanca, España
Tfno: +34-923 294500 Ext. 1302. Fax: +34-923294514
RESUMEN
En este artículo se expone la organización docente de la asignatura “Sistemas de Bases de Datos”, dentro de la
titulación de Ingeniero Técnico en Informática de Sistemas en la Universidad de Salamanca.
Es evidente la importancia que en una titulación de ingeniería técnica se concede en los procesos formativos a la
consecución de objetivos no informativos- “destrezas profesionales “- del alumno, de modo que le permitan
incorporarse con éxito a la Empresa del presente y del futuro. En el mundo de la tecnología informática, donde es
fundamental la innovación, se vive en un continuo avance. Los profesionales deberán estar capacitados no sólo para
adaptarse rápidamente y a lo largo de toda su vida al entorno; los mejores de entre ellos estarán capacitados también
para realizar nuevas aportaciones. Sobre estas bases, la planificación de la asignatura, con una importante carga
práctica, constituye una de las primeras en la titulación que permite al alumno emular un trabajo profesional en el aula
muy próximo al futuro profesional. Los docentes de esta asignatura hemos entendido que un objetivo básico ha de ser
el fomentar la capacidad para relacionar los planteamientos teóricos y generales con las situaciones reales y más
concretas de su entorno de trabajo. El artículo muestra una correcta y clara formulación de estos objetivos, tanto
cognitivos como de actitudes que forman parte del programa y metodología de la asignatura que presentamos, y se
trasladan a los alumnos, mediante recursos docentes con base en técnicas híbridas de docencia presencial y trabajo
personal de alumnado a través de herramientas de gestión de contenido. Estas bases se presentarán no sólo como un
elemento importante que orientará la docencia, sino como un criterio básico del proceso de evaluación del aprendizaje.
PALABRAS CLAVE: Recursos docentes, E-learning, Aprendizaje Activo.
1.
INTRODUCCIÓN
El sistema educativo actual se encuentra sumido en una época de grandes cambios debidos no sólo a la socialización de
la educación superior aumentada por la dinámica geográfica. La necesidad de innovación tecnológica y las nuevas
competencias del profesorado en la docencia propician a su vez un importante avance en las estructuras docentes. El
uso de las nuevas tecnologías aplicadas a la docencia y la rápida implantación de herramientas software permiten
dinamizar y compartir contenidos de modo que amplían el espectro de trabajo en el aula y trasladan el entorno docente
a otros lugares y otra división de tiempos distintos a los de la docencia tradicional. La ampliación de las redes de
comunicación mediante la docencia mixta virtual y presencial a través de herramientas como Moodle[1] potencia un
aprendizaje más flexible y, al mismo tiempo, la existencia de nuevos escenarios del aprendizaje que incluyen el
aprendizaje colaborativo dentro de los ámbitos virtuales.
Es evidente que todas estas posibilidades exigen al profesor que imparte la asignatura un mayor grado de implicación
así como más competencias en el desempeño de su función docente, como gestor de contenidos, dinamizador virtual,
etc. Más aún si, como es el caso, se trata de una asignatura impartida por dos profesores.
Tomando la definición de Aprendizaje Colaborativo[2], como: "el intercambio y cooperación social entre grupos de
estudiantes para el propósito de facilitar la toma de decisiones y/o la solución de problemas. La colaboración entre
aprendices les permite compartir hipótesis, enmendar sus pensamientos, y trabajar mediante sus discrepancias
cognitivas".
2.
LA ASIGNATURA EN EL PLAN DE ESTUDIOS
La impartición de la asignatura Sistemas de Bases de Datos viene condicionada, por su encuadre en la titulación
Ingeniería Técnica en Informáticas de Sistemas, por su Plan de Estudios concreto en la Universidad de Salamanca, así
como por algunos determinantes específicos propios de la Facultad de Ciencias, donde se imparte la docencia y que a
continuación detallaremos.
En el BOE nº 264, con fecha 4 de Noviembre de 1997, se publica la resolución del 15 de Octubre de 1997 de la
Universidad de Salamanca, en el que se especifican los contenidos del Plan de Estudios conducente a la obtención del
título de Ingeniero Técnico en Informática de Sistemas, de la Facultad de Ciencias. Dicho plan de estudios establece la
troncalidad de las asignaturas de Diseño de Bases de Datos y Sistemas de Bases de datos con una carga de 4.5 créditos
cada una. Diseño de Bases de Datos con una carga lectiva de 4.5 créditos teóricos y la asignatura Sistemas de Bases de
Datos también con 4.5 créditos (1.5 teóricos y 3 prácticos). La docencia de estas asignaturas se vincula a dos áreas de
conocimiento: Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial y Lenguajes y Sistemas Informáticos. En la
actualidad al área de Lenguajes y Sistemas Informáticos imparte la docencia de ambas.
La asignatura Sistemas de Bases de Datos se imparte en el segundo cuatrimestre de 2º curso y le precede durante el
primer cuatrimestre en el mismo curso la de Diseño de Bases de Datos. En el mencionado BOE aparecen los siguientes
descriptores de ambas asignaturas:
- Diseño de Bases de Datos: Estructura de Información
- Sistemas de Bases de Datos: Ficheros, Bases de Datos
En la Figura 1, se muestra la relación de los conocimientos previos con los que se aborda el estudio de estas asignaturas
dentro del actual plan de estudios de la Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas de la Universidad de Salamanca
y su relación con el resto de asignaturas. Las asignaturas de primer curso Sistemas Informáticos, Álgebra,
Programación, Laboratorio de Programación y Algoritmia deben ser una buena base para la comprensión de las
asignaturas que nos ocupan.
Figura 1. Bases de Datos en el plan de estudios de ITIS y relación entre asignaturas
El gran problema del plan de estudios tal y como está planteado es que a lo largo del primer cuatrimestre del 2º curso de
ITIS la asignatura Diseño de Base de Datos es puramente teórica, véase su programación en la tabla 1, de modo que tan
sólo los 3 créditos prácticos de su continuación en el segundo cuatrimestre, Sistemas de Bases de Datos, permiten a los
alumnos adquirir las destrezas necesarias para el manejo práctico de los conceptos de la asignatura. Debido a este gran
problema en el desarrollo de estas asignaturas planteamos la necesidad del trabajo colaborativo para sus contenidos
prácticos, ver tabla 3.
Unidad Docente 1. Conceptos Básicos ……...........................................................(3 horas)
Tema 1: Introducción a los Sistemas de Bases de Datos..................................(1 hora)
Introducción
De los sistemas de ficheros a los sistemas de bases de datos
Requisitos de los sistemas de bases de datos
Concepto de base de datos
Niveles de abstracción de una base de datos
Tema 2: El sistema de Gestión de Bases de datos (SGBD)............................(2 horas)
Concepto y funciones de un SGBD
Lenguajes e interfaces de bases de datos
Los distintos actores en las bases de datos
La estandarización de la arquitectura de los SGBD e independencia de datos
Estructura general del SGBD
Historia de los sistemas de bases de datos
Unidad Docente 2. Modelos de Datos...................................................................(14 horas)
Tema 3: Introducción al Modelo de Datos.....................................................(3 horas)
Introducción
Los modelos de datos en el proceso de diseño de una bases de datos
Clasificación de los modelos de datos
Modelos de datos clásicos
Otros modelos de datos
Tema 4: El modelo entidad-relación:..............................................................(6 horas)
Conceptos básicos del modelo Entidad-Relación (ER)
Restricciones
Claves
Diagrama entidad-relación
Extensiones del modelo Entidad -Relación (EER)
La dimensión temporal en el modelo ER
Tema 5: El modelo de datos Relacional………..............................................(5 horas)
Introducción al modelo de datos relacional
Transformación de un esquema E-R a un esquema relacional
Unidad Docente 3. Bases de Datos Relacionales.................................................(28 horas)
Tema 6: Las Bases de datos Relacionales.......................................................(4 horas)
Introducción
La estructura de las bases de datos relacionales
Restricciones del modelo relacional
Los tres niveles de ANSI en el modelo relacional
Tema 7: Lenguajes Formales..........................................................................(6 horas)
Introducción
Álgebra relacional
Cálculo Relacional
Equivalencias
Tema 8: El Lenguaje estándar SQL................................................................(4 horas)
Introducción
Sublenguaje de definición de datos
Sublenguaje de manipulación de datos
Sublenguaje de control
Sublenguaje huesped
Tema 9: Diseño de Bases de Datos Relacionales..........................................(14 horas)
Anomalías en Inserciones, Borrados y Actualizaciones. Introducción a la Teoría de la
Normalización
La primera Forma Normal
Las dependencias funcionales
Manipulación de Dependencias Funcionales: Cierre Transitivo de un Conjunto de Atributos
y Recubrimiento Minimal
La Segunda Forma Normal
La Tercera Forma Normal
La Forma Normal de Boyce-Codd
El Proceso de Descomposición de las relaciones. Pérdidas de Producto y Pérdidas de
Dependencias
Dependencias Multivaluadas
La Cuarta Forma Normal
La Desnormalización
Tabla 1. Programa para la asignatura Diseño de Bases de Datos
La teoría de la asignatura Sistemas de Bases de Datos, ver tabla 2, está formada por dos unidades docentes. La primera
de ellas dedicada a la protección de datos donde se abordan temas de recuperación, concurrencia, integridad semántica
y seguridad.
Unidad Docente 1. Optimización de consultas............................................................(3 horas)
Tema 1: Optimización de Consultas........................................................(3 horas)
Introducción
Etapas en el proceso de optimización
Optimización semántica
Optimización de las expresiones algebraicas
Estimación del coste de un plan de ejecución
Técnicas de descomposición de consultas
Unidad Docente 2. Protección de Datos................................................................(10 horas)
Tema 2: Recuperación de Información...........................................................(3 horas)
Concepto de transacción
Propiedad ACID
Estado de una transacción
Clasificación de los fallos
Estructura de almacenamiento
Recuperación y atomicidad
Recuperación basada en el registro histórico
Paginación en la sombra
Recuperación con transacciones concurrentes
Gestión de la memoria intermedia
Fallo con pérdida de almacenamiento no volátil
Sistemas remotos de copia de seguridad
Tema 3: Control de Concurrencia...................................................................(4 horas)
Ejecuciones concurrentes
Planificaciones
Técnicas de bloqueos
Control de concurrencia basado en marcas de tiempo
Técnicas para el control de concurrencia multiversión
Protocolos basados en validaciones
Granularidad de elementos de datos y granularidad múltiple
Tratamiento de interbloqueos
Operaciones de inserción y eliminación
Concurrencia en las estructuras de índices
Tema 4: Integridad y Seguridad……..............................................................(3 horas)
Restricciones. Restricciones de los dominios
Integridad referencial
Aserciones
Disparadores
Control de accesos
Seguridad
Autorización
Cifrado y Autentificación
Unidad Docente 3. Bases de Datos distribuidas.....................................................(2 horas)
Tema 5: Bases de Datos distribuidas..............................................................(2 horas)
Introducción
Diseño de bases de datos distribuidas
Objetivos
Procesamiento distribuido de consultas
Recuperación en sistemas distribuidos
Tabla 2. Programa de la asignatura Sistemas de Bases de Datos
Prácticas de la asignatura
Al plantear una propuesta de prácticas de la asignatura Sistemas de Bases de Datos, debemos tener en cuenta una serie
de consideraciones. En primer lugar las prácticas deberán adecuarse a los conceptos desarrollados en las clases teóricas.
Este es un punto fundamental en cualquier asignatura que consta de una parte teórica y otra parte práctica. Se deberá
conseguir, no sólo que el alumno aprenda a manejar y moverse con soltura en un entorno de Bases de Datos, sino que
esto sirva para un reforzamiento de los conocimientos adquiridos en las clases de teoría.
Por otra parte, teniendo en cuenta los temas que se han presentado en la parte teórica, tanto en esta asignatura como en
la de Diseño de Bases de Datos, resulta evidente que las prácticas deberán desarrollarse sobre un sistema de Bases de
Datos relacional. Por otro lado las prácticas deberán reflejar, en la medida de lo posible, la realidad a la que se
enfrentará un profesional de la Informática, que centre su trabajo en el área de las Bases de Datos. Las prácticas
deberán desarrollarse en un entorno moderno, con herramientas actuales, que reflejen, en la medida de lo posible, los
últimos avances tecnológicos.
En función de las responsabilidades, un usuario de un entorno de Bases de Datos puede pertenecer a alguna de las
siguientes categorías:
-
Diseñadores, se encargan del diseño lógico de Bases de Datos
Administradores, controlan la gestión e implantación de Bases de Datos
Programadores, desarrollan programas de consulta y actualizaciones
Usuarios finales, realizan consultas sencillas sobre la base de datos
La fase de diseño de Bases de Datos no será tratada en la asignatura, ya que se ha desarrollado en las clases de
problemas de la asignatura Diseño de Bases de Datos, cursada por el alumno en el cuatrimestre anterior. Sin embargo,
las tareas relacionadas con las otras tres categorías deben presentarse, en mayor o menor medida, durante el desarrollo
de estas prácticas.
En cuanto al tipo de base de datos que el alumno va a encontrar posteriormente en su vida laboral, podemos esperar que
en la inmensa mayoría de los casos sea una base de datos relacional, que utilizará alguna variante del SQL para la
realización de las consultas.
Existen varios problemas a la hora de plantear las prácticas de esta asignatura fundamentalmente asociados a las
limitaciones de tiempo. El Plan de Estudios otorga tres créditos prácticos a la asignatura de Sistemas de Bases de Datos.
Esto obligará a realizar un diseño del programa de prácticas bastante selectivo.
Prácticas de la asignatura Sistema de Bases de Datos
Título
Horas
Módulo Práctico I: Lenguaje DML………………………….………...14 horas
Entorno de trabajo y base de datos ejemplo
2
Consultas avanzadas con subselect y agrupación de resultados
6
Consultas sobre varias tablas uso del JOIN
3
Modificación de la información
3
Módulo Práctico II: Lenguaje DDL……………………………………...6 horas
Administración: Lenguaje de Definición de Datos I
3
Administración: Lenguaje de Definición de Datos II
3
Módulo Práctico II: Diseño de aplicaciones SQL……………………...10 horas
Diseño de aplicaciones SQL I
4
Diseño de aplicaciones SQL II
4
Procesamiento de transacciones
2
30
Tabla 3. Programa de prácticas para la asignatura Sistema de Bases de Datos
3.
HERRAMIENTAS TIC EN LA METODOLOGÍA DOCENTE
Sobre la base de lo expuesto anteriormente, plantearemos las líneas generales de la metodología que hemos aplicado en
la impartición de la asignatura, especialmente en lo relativo a sus créditos prácticos, y comentaremos aquellos aspectos
que nos parecen más destacados en particular en lo que se refiere a la utilización de las TIC en la promoción del trabajo
colaborativo([3], [4]).
Como se ha expuesto anteriormente, las prácticas de Sistemas de Bases de Datos están orientadas a preparar al alumno
para desempeñar los diversos papeles a los que deberá hacer frente en su vida profesional en lo que a utilización de
Sistemas Gestores de Bases de Datos se refiere. Bajo esa perspectiva, se han enfocado hacia el aprendizaje del lenguaje
de definición, control y manipulación de datos actualmente más extendido: SQL.
Figura 2. Materiales para las clases de teoría
Un principio básico que hemos intentado aplicar consiste en independizar las prácticas de la asignatura del uso de un
Sistema Gestor de Bases de Datos concreto. Obviamente, ha sido preciso utilizar un SGBD como soporte al entorno de
desarrollo en el que se han realizado las prácticas, en la actualidad Oracle, pero procurando potenciar el uso de los
estándares frente a las particularidades de uno u otro sistema. Ello nos ha permitido, por una parte, entrenar a nuestros
alumnos en un conjunto de técnicas aplicables en lo que en un futuro formará parte de su vida profesional y, por otra,
facilitar la creación de diversos entornos de desarrollo en distintos espacios y utilizables en distintos tiempos que han
permitido al alumno una mayor diversidad y autonomía en cuanto a la posibilidad de realizar el trabajo práctico
propuesto en la asignatura.
En concreto, las prácticas están concebidas como una serie de enunciados de dificultad creciente distribuidas en cada
una de las sesiones, que el alumno debe ir resolviendo. Los enunciados se plantean para ser realizados sobre una base
de datos de ejemplo cuya estructura y contenido inicial están definidos e implementados sobre un Sistema Gestor
instalado en un servidor mantenido por el Departamento de Informática y Automática. Sin embargo, no se exige que el
alumno complete todos los enunciados sobre esta base de datos. Se facilita a los alumnos un script con las sentencias de
creación y carga de los datos de la base de datos de prácticas y se les anima a que creen su propia base de datos de
prácticas en sus ordenadores particulares usando para ello los diferentes Sistemas Gestores de los que puedan disponer.
Figura 3. Materiales relativos a las sesiones prácticas
Con ello se consigue que el alumno se vea más implicado en las actividades propias del trabajo con sistemas de bases
de datos, teniendo que resolver un amplio y variado abanico de problemas particulares de administración a los que
difícilmente tendrían oportunidad de enfrentarse si nos limitáramos al trabajo en el aula. Por otra parte, hemos podido
constatar que el alumno se ve especialmente motivado a realizar estas tareas, en el convencimiento de que con ello
logrará una mayor flexibilidad de espacio y tiempo para la realización su trabajo práctico. Estas tareas de
administración conllevan un gran moviendo en los foros de la asignatura, generando hilos de conversación e
implicando a un gran número de alumnos.
Figura 4. Hilos en los foros relativos a actividades de la asignatura
Los beneficios de esta metodología se han visto potenciados en los últimos cursos académicos por el uso de la
plataforma de docencia virtual Moodle, puesta a disposición de la comunidad Universitaria por la Universidad de
Salamanca, que ha permitido que los alumnos compartan entre sí sus experiencias particulares, incrementando las
posibilidades de adquirir información e incluso de plantearse situaciones específicas a las que de otra manera
probablemente no hubieran llegado. Moodle nos ofrece además la posibilidad de realizar un seguimiento de la actividad
de cada alumno lo que nos ha permitido constatar que el uso de esta metodología motiva al alumno al trabajo fuera de
los horarios propios de la actividad académica.
Figura 5. Distintas actividades evaluables
Animados por estos buenos resultados, en el presente curso académico contamos con un total de 160 alumnos de los
cerca de 180 matriculados, que hacen uso del material y la metodología generada para la asignatura. Por ello hemos
introducido actividades voluntarias pero evaluables orientadas a seguir incentivando el trabajo personal del alumno a la
vez que obtenemos información útil que incluimos en el proceso de evaluación.
Figura 6. Gráficos de actividad de alumnos
Las actividades consisten en proponer algunos enunciados de especial complejidad para que los resuelvan y lancen sus
dudas en el foro de la asignatura. De este modo el alumno está en la situación de tomar decisiones sobre su aprendizaje
y tiene libertad y posibilidades para hacerlo. Las primeras respuestas correctas serán puntuadas con efectos en la nota
final de la asignatura. Con ello hemos conseguido una implicación más constante del alumno en el proceso de
aprendizaje, evitando los típicos picos de actividad concentrada en fechas próximas a los exámenes. El carácter
competitivo de esta actividad es percibido por el alumnado como un reto al que se sienten motivados a hacer frente y
sin embargo también se ayudan a través de los hilos del foro generando la parte correspondiente de aprendizaje en
común. Los beneficios son generales: todos aprenden, tanto de los errores como de los aciertos propios o de sus
compañeros y observamos que a menudo hay un líder o un par de ellos en el curso que están pendientes del foro y
generan dinámicas muy activas y beneficiosas. De cualquier modo el profesor de la asignatura ha de ser siempre quien
modere y ponga en su medida cualquier movimiento en el foro y por supuesto en la asignatura en su globalidad, pero
dejando hacer a los alumnos implicados en su aprendizaje.
Por todo ello, estamos resueltos a seguir investigando nuevas posibilidades de utilización de este tipo de herramientas
en la promoción del trabajo colaborativo en el convencimiento de que ello no puede sino redundar en unos mejores
procesos de enseñanza/aprendizaje y en una mejor consecución de los objetivos a alcanzar con la impartición de la
asignatura.
4.
CONCLUSIONES
A lo largo del artículo hemos presentado la experiencia de aprendizaje combinado, también conocido como aprendizaje
híbrido o mixto, en la asignatura de Sistemas de Bases de Datos. El artículo ha sido enfocando fundamentalmente en las
prácticas de la asignatura que evidencia de manera más significativa la aplicación de este tipo de metodología
combinada presencial y virtual. La experiencia realizada ha permitido inferir, a través de las intervenciones observadas
en los foros de trabajo y el monitoreo continuo del trabajo grupal por parte del docente, que las TIC implementadas
adecuadamente como apoyo a la docencia presencial promueven el trabajo colaborativo, ya que permiten generar
verdaderos ambientes de aprendizaje que promueven el desarrollo integral de los estudiantes y sus múltiples
capacidades. La dinámica de trabajo establecida ha fortalecido y dinamizado la docencia tanto para los alumnos como
para los docentes que impartimos la asignatura promoviendo una regeneración de contenidos así como su
reestructuración en el organigrama de la docencia.
Aprender y enseñar de modo combinado ha sido y sigue siendo una forma inteligente de adaptarse a las diferentes
necesidades de formación ante el reto de nuestra necesaria convergencia al Espacio Europeo de Educación Superior.
Todo este trabajo supone horas adicionales de dedicación con respecto a la docencia tradicional exigiendo al
profesorado un interés por adaptarse a las tecnologías necesarias así como a las dinámicas resultantes tales como la
resolución de dudas de manera virtual, actualización de contenidos y su actualización en la plataforma, etc. Sin
embargo la Universidad de Salamanca consciente del esfuerzo que a los docentes les supone atender todas las tareas
relacionadas con la adecuación de materiales así como su gestión y la atención de los alumnos a través de medios
electrónicos, añade un 20% de los créditos de la asignatura a la carga docente del profesor implicado, generando una
política motivadora y implicada en el proceso.
En este trabajo hemos verificado que los estudiantes logran alcanzar los objetivos propuestos y completar las tareas
solicitadas e incluso las actividades optativas, que habitualmente en el trabajo individual no realizaban. Incluir foros y
generar dinámica de trabajo entre los alumnos a través de actividades voluntarias ha propiciado incluso el que surjan
aspectos de la asignatura que, no viéndose en clase por la limitación de créditos prácticos, aparezcan de manera
espontánea en el como resultado.
Con objeto de la adecuación de la asignatura a este método docente hemos elaborado gran cantidad de material
didáctico impreso y electrónico para el profesor así como fundamentalmente para el alumno. Las múltiples opciones en
tecnologías y metodologías has propiciado criterios de selección y particularización de tecnologías informáticas para la
docencia sobre Bases de Datos.
Finalmente nuestra experiencia nos ha permitido generar un modo de aprender que sea significativo y que permita
adquirir las habilidades más necesarias para un ámbito tan práctico como el de los Sistemas de Bases de Datos en un
Ingeniero Técnico Informático. Del mismo modo somos conscientes de que esta labor es un trabajo continuo que ha de
seguir creciendo y perfeccionándose, adquiriendo forma a lo largo de los siguientes cursos académicos. Para ello
necesitaremos de procesos de evaluación constantes que permitan la mejora de los materiales en el medio así como la
formación continua del profesorado para conseguir un enfoque de aprendizaje combinado realmente integrado que
favorezca los procesos de aprendizaje.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el proyecto de Innovación docente con referencia US17/06 de la Junta
de Castilla y León (España).
REFERENCIAS
[1] http://moodle.org/ [ultimo acceso 22 de Abril de 2007]
[2] Johnson, D. El aprendizaje Cooperativo en el aula. Buenos Aires: Paidós Educador, 1999.
[3] Lucero, M. Entre el Trabajo Colaborativo y el Aprendizaje Colaborativo. Revista Iberoamericana de Educación
(ISSN: 1681-5653). En red: http://www.rieoei.org/tec_edu18.htm [último acceso: 19 de Abril de 2007]
[4] Zañartu, L.M. Aprendizaje colaborativo: una nueva forma de Diálogo Interpersonal y en Red. Revista Digital De
Educación Y Nuevas Tecnologías – Contexto Educativo. En red: http://contexto-educativo.com.ar/2003/4/nota02.htm [último acceso: 19 de Abril de 2007]