Estrategias Didácticas B-Learning: ÁLGEBRA RELACIONAL

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1 Estrategias Didácticas B-Learning: ÁLGEBRA RELACIONAL Mg. Guillermo Bernardo Durán González Modelo de diseño instruccional, basado en la modalidad semi-presencial b-learning, orientado al desarrollo de habilidades en la elaboración y verificación de consultas sobre bases de datos relacionales, mediante la aplicación de Álgebra Relacional. Presentación Indicador de Desarrollo: Elabora y verifica consultas sobre una base de datos relacional, mediante álgebra relacional. Aprendizajes: 1. Aplica las operaciones del álgebra relacional, distinguiendo su funcionalidad y ámbito de aplicación en la formulación de una consulta a una base de datos. 2. Elabora consultas en álgebra relacional de acuerdo a un requerimiento especifico de información. Criterios de evaluación: 1.1. Aplica la funcionalidad de las operaciones del álgebra relacional en el análisis de consultas a una base de datos relacional Aplica operaciones del álgebra relacional en la verificación e interpretación de consultas sobre una base de datos relacional Analiza requerimiento de elaboración de una consulta en álgebra relacional Aplica las relaciones de una base de datos, necesarias y suficientes, en la elaboración de una consulta, de acuerdo a un requerimiento Compone una consulta en álgebra relacional de acuerdo a requerimientos dados sobre una base de datos específica. Temas 1. Introducción al modelo relacional El modelo relacional es un modelo de datos y, como tal, tiene en cuenta tres aspectos; Estructura, Manipulación e Integridad: la estructura, que debe permitir representar la información que nos interesa del mundo real, la manipulación, a la que da apoyo mediante las operaciones de actualización y consulta de los datos, y la integridad, que es facilitada mediante el establecimiento de reglas de integridad; es decir, condiciones que los datos deben cumplir 2. Estructura de los datos El modelo relacional proporciona una estructura de los datos que consiste en un conjunto de relaciones con objeto de representar la información que nos interesa del mundo real. Se basa en la teoría de conjuntos, permitiendo dar una formalidad matemática con un carácter axiomático. Heredando elementos

2 subyacentes que se sustentan y dan fundamento la estructura de datos sustentada en relaciones. 3. Visión informal de una relación El concepto de relación de manera informal se puede obtener como una buena idea intuitiva de lo que es una tabla. Si visualizamos una tabla que contiene datos, cada fila de la tabla contiene una colección de valores, que detallan una ocurrencia y cada columna de la tabla contiene un atributo que detalla una característica de la ocurrencia. 4. Visión formal de una relación Una relación es cualquier subconjunto del producto cartesiano de un número finito de dominios, cada elemento de una relación es una tupla que alberga valores del producto de los dominios. Es decir, cada valor de una relación pertenece a un dominio. Un dominio es un conjunto de valores a fines de un atributo de la realidad de una organización o empresa. 5. Clave candidata, clave primaria y clave alternativa de las relaciones Una clave es uno o más atributos que permiten a partir de sus valores, diferenciar una tupla de otra. Las claves candidatas son todas las posibles llaves de una relación, en cambio la clave primaria es aquella que seleccionamos de las candidatas y las claves alternativas son aquellas llaves candidatas que no son seleccionadas como primaria. 6. Claves foráneas de las relaciones Una clave foránea de una relación dada, es aquel atributo o conjunto de atributos que permiten diferenciar las tuplas de otra relación; permitiendo acceder o vincular una o más relaciones mediante las claves foráneas o ajenas. Este tipo de vinculación da origen a la regla de integridad dos o referencial. 7. Creación de las relaciones de una base de datos Una base de datos relacional consta de varias relaciones. Cada relación tiene varios atributos que toman valores de unos ciertos dominios; también tiene una clave primaria y puede tener una o más claves foráneas. Los lenguajes de los SGBD relacionales proporcionan la forma de definir todos estos elementos para crear una relación y una base de datos. 8. Operaciones del modelo relacional Las operaciones del modelo relacional deben permitir manipular datos almacenados en una base de datos relacional y, por lo tanto, estructurados en forma de relaciones. La manipulación de datos incluye básicamente dos aspectos: la actualización y la consulta, así como, la definición inicial. En general las operaciones permiten interrogar la base de datos en la búsqueda de información. 9. Reglas de integridad Una base de datos contiene unos datos que, en cada momento, deben reflejar la

3 realidad o, más concretamente, la situación de una porción del mundo real. En el caso de las bases de datos relacionales, esto significa que la extensión de las relaciones (es decir, las tuplas que contienen las relaciones) deben tener valores que reflejen la realidad correctamente. 10. Regla de integridad de unicidad de la clave primaria La regla de integridad uno o de unicidad está relacionada con la definición de clave primaria. Concretamente, establece que toda clave primaria que se elija para una relación no debe tener valores repetidos con ello garantiza el acceso a una tupla u ocurrencia. En general al definir una llave como primaria el SGBD verifica que no posea valores repetidos. 11. Regla de integridad de entidad de la clave primaria La regla de integridad de entidad de la clave primaria dispone que los atributos de la clave primaria de una relación no debe tener valores nulos, esta condición es garantizada por el SGBD. Un valor nulo se entiende como un valor no existente o parcial, es decir, un valor que no permite acceder o encontrar una ocurrencia. 12. Regla de integridad referencial La regla de integridad referencial está relacionada con el concepto de clave foránea. Concretamente, determina que todos los valores que toma una clave foránea deben ser valores nulos o valores que existen en la clave primaria que referencia. Permite vincular dos o más relaciones usando como nexos los valores comunes entre las relaciones vinculadas. 13. Restricción La restricción en caso de eliminaciones de ocurrencias, consiste en no permitir borrar una tupla si tiene una clave primaria referenciada por alguna clave foránea. De forma similar, la restricción en caso de modificación consiste en no permitir modificar ningún atributo de la clave primaria de una tupla si tiene una clave primaria referenciada por alguna clave foránea. 14. El álgebra relacional El álgebra relacional se inspira en la teoría de conjuntos para especificar consultas en una base de datos relacional. Para especificar una consulta en álgebra relacional, es preciso definir uno o más pasos que sirven para ir construyendo, mediante operaciones de álgebra relacional, una nueva relación que contenga los datos que responden a la consulta. 15. Operaciones conjuntistas Las operaciones conjuntistas del álgebra relacional son similares a las operaciones de la teoría de conjuntos, su diferencia o especificidad se centra en que las relaciones corresponden con los conjuntos y las tuplas con los elementos. Estas operaciones son las siguientes: la unión, la intersección, la diferencia y el producto cartesiano.

4 16. Unión La unión es una operación que, a partir de dos relaciones, obtiene una nueva relación formada por todas las tuplas que están en alguna de las relaciones de partida. Se relaciona con el operador lógico o, es decir, es equivalente a la unión de conjuntos, por lo tanto obedece a sus propiedades. 17. Intersección La intersección es una operación que, a partir de dos relaciones, obtiene una nueva relación formada por las tuplas que están en ambas relaciones a la vez. Se relaciona con el operador lógico y, es decir, es equivalente a la intersección de conjuntos, por lo tanto obedece a sus propiedades. 18. Diferencia La diferencia de conjuntos es una operación que, a partir de dos relaciones, obtiene una nueva relación formada por todas las tuplas que están en la primera relación y no están en la segunda de las relaciones. Es equivalente a la diferencia de conjuntos, por lo tanto, obedece a sus propiedades. 19. Producto cartesiano El producto cartesiano es una operación que, a partir de dos relaciones, obtiene una nueva relación formada por todas las tuplas que resultan de concatenar tuplas de la primera relación con tuplas de la segunda. Es equivalente al producto cartesiano en la teoría de conjuntos por tanto cumple con sus propiedades. 20. Operaciones específicamente relacionales Las operaciones específicamente relacionales son la selección, la proyección y la combinación o reunión. Las dos primeras operaciones no son comparables con operaciones de la teoría de conjuntos, su propósito es otorgar funcionalidades relacionadas con la operación sobre tuplas y atributos en términos de su filtrado horizontal y vertical respectivamente. La reunión se fundamenta en con el producto cartesiano como base para relacionar dos operaciones. 21. Selección Es una operación que sirve para elegir algunas tuplas de una relación y eliminar el resto. Más concretamente, la selección es una operación que, a partir de una relación, obtiene una nueva relación formada por todas las tuplas de la relación de partida que cumplen una condición de selección especificada. 22. Proyección Es posible considerar la proyección como una operación que sirve para elegir algunos atributos de una relación y eliminar el resto. Más concretamente, la proyección es una operación que, a partir de una relación, obtiene una nueva relación formada por todas las (sub)tuplas de la relación de partida que resultan de eliminar unos atributos especificados.

5 23. Combinación La combinación es una operación que, a partir de dos relaciones, obtiene una nueva relación formada por todas las tuplas que resultan de concatenar tuplas de la primera relación con tuplas de la segunda, a partir de una condición especificada que deben cumplir los valores de uno o más atributos. 24. Secuencias de operaciones del álgebra relacional Para formular una consulta en álgebra relacional es preciso utilizar varias operaciones, que se aplican en un cierto orden. Para hacerlo, hay dos posibilidades: utilizar una sola expresión del álgebra que incluya todas las operaciones con los paréntesis necesarios para indicar el orden de aplicación o descomponer la expresión en varios pasos donde cada paso aplique una sola operación y obtenga una relación intermedia que se pueda utilizar en los pasos subsiguientes. 25. Extensiones: combinaciones externas Las combinaciones que se han descrito obtienen las tuplas del producto cartesiano de dos relaciones que satisfacen una condición de combinación. Las tuplas de una de las dos relaciones que no tienen en la otra relación una tupla como mínimo con la cual, una vez concatenadas, satisfagan la condición de combinación, no aparecen en el resultado de la combinación, y podríamos decir que sus datos se pierden. Estrategias de Aprendizaje Descripción de estrategia didáctica La secuencia de aprendizaje se sustenta en un contexto b-learning, por tanto se organiza en clases presenciales compuestas de exposición de los contenidos y demostraciones del profesor, desarrollo de prácticas de laboratorio. En forma paralela se desarrolla sobre la plataforma lecturas de documentos, e-actividades y retroalimentaciones. Imagen N 1 Las clases presenciales centradas en el profesor, son base para la presentación y demostración de los contenidos del módulo. La exposición y demostración el profesor la desarrolla de una manera práctica y directa, orientada al aprender haciendo, es decir, primero lo hace el profesor, luego lo hace el grupo y por último lo hace cada por si solo estudiante. Actividades presenciales Actividad Centrada en Interacción Observación Clase Profesor Con el curso Es una clase presencial centrada en reforzar los conceptos fundamentales. Práctica Estudiantes Inicialmente Es un taller

6 de carácter individual con grupos luego cada estudiante cada y con centrado en desarrollar habilidades del estudiante. Tabla N 1. El profesor expone y realiza demostraciones de los contenidos, lo relevante es que la clase presencial se relaciona con la documentación publicada en la plataforma de teleformación. La clase se centra en los tópicos más importantes orientándose a la aplicación y posibilitando el refuerzo de aquellos temas que implican mayor dificultad en lo conceptual y procedimental. Práctica de laboratorio: Después de cada clase presencial se desarrolla un taller donde se pone en práctica los conocimientos y habilidades relacionadas con la competencia en estudio. Las prácticas realizadas se realizan aplicando la estrategia: Lo hace el docente, lo hace el grupo, lo hace el estudiante; centradas en los dos grandes temas del módulo, que son: Modelo Relacional y Álgebra Relacional. Práctica 1: Componentes de un Modelo Relacional Reconocimiento de los componentes base de un modelo relacional; caracterizando las relaciones y su forma de vincularse en el contexto de un diagrama. Práctica 2: Restricciones y Claves de un Modelo Relacional Identifica claves del modelo por relaciones y verifica restricciones considerando las reglas de integridad; todo esto a partir de un diagrama de un modelo relacional y sus datos. Práctica 3: Operaciones del Álgebra Relacional Aplica operaciones conjuntistas y relacionales en el diseño de consultas sobre un modelo de base de datos relacional con datos. Práctica 4: Secuencias de Operaciones y Operaciones Externas del Álgebra Relacional Diseña consultas en álgebra relacional mediante secuencias de operaciones y operaciones externas. Actividades no presenciales Actividad Centrada en Interacción Recurso Observación Lectura Estudiante Con Documentos El estudiante lee los de carácter estudiantes y documentos y individual y profesor. presentacio contesta e interactúa nes, foro en el foro. Lluvia de Ideas Estudiantes Con de carácter estudiantes grupal. y profesor. Argumentació n y refutación Estudio de caso Estudiantes Estudiantes de carácter y profesor. grupal. Estudiantes de carácter grupal. Guía, foro Los estudiantes realizan lluvia de ideas, en el foro, respecto de los temas a tratar antes de permitírseles ver el video. El docente realiza síntesis de la actividad. Documentos,foro En el foro los estudiantes publican las respuestas a las interrogantes planteadas en los documentos aplicando la estrategia de aprendizaje Argumento y Refutación. Estudiantes Documento. Los estudiantes en grupos de trabajo realizan informe con la solución a los cuestionamientos enunciados en el un caso de estudio. Tabla N 2 Se publica en plataforma de teleformación las lecturas para los 25 temas del módulo en formatos, dividido en 4 capítulos. Los capítulos

7 incluyen 4 videos introductorios que se sintetizan mediante la estrategia lluvia de ideas. Cada lectura incorpora breves actividades que implican realizar aportaciones al foro e interacciones con los demás estudiantes mediante argumentación y refutación. En paralelo a las lecturas y foros se enuncia un caso de estudio. Lecturas: Se presenta cada tema en formato pdf y como presentación multimedia. Las lecturas se estructuran en cuatro documentos y presentaciones multimedia, que se relacionan con un foro donde los estudiantes deben contribuir con respuestas a preguntas básicas en interacciones con los demás estudiantes. Videos: Cada lectura se inicia con un video relacionado que es sintetizado por el profesor después de haber aplicado la estrategia de aprendizaje Lluvia de Ideas con los estudiantes organizados en grupos. Foro: En el foro los estudiantes publican las respuestas a las interrogantes planteadas en los documentos aplicando la estrategia de aprendizaje Argumento y Refutación. Secuencia de las tareas Lluvia de ideas, argumenta y refuta, y práctica se realizan una vez por cada uno de los cuatro temas del módulo; para concluir con una tarea integradora basada en un estudio de caso. Imagen N 2 Descripción de las estrategias incluidas en la tarea Las estrategias incluidas en la tarea son: Lluvia de Ideas, Argumentación y Refutación y Caso de Estudio. Lluvia de ideas, tiene como propósito establecer las bases conceptuales y fundamentos de cada uno de los temas desarrollados. Se desarrolla mediante un foro donde los estudiantes comparten sus ideas respecto del tema en estudio. El docente sintetiza cada lluvia de ideas a partir de un video compartido en la plataforma y seleccionado de Youtube. Argumenta y refuta, tiene como fin lograr internalizar las características funcionales y operacionales en el contexto algorítmico del álgebra relacional. Los estudiantes son conminados a responder en el foro cuestionamientos planteados en las lecturas obligatorias e interactuar en su defensa o refutación.

8 Estudio de caso, se plantea un caso con una serie de interrogantes que deben ser respondidas por los estudiantes de manera fundamentada. Se presenta un modelo de datos con sus correspondientes valores y se insta a diseñar las consultas necesarias para obtener la información solicitada.

9 Descripción de las tareas Las tareas se instalan de acuerdo al desarrollo de cuatro temas o capítulos del módulo, se caracterizan por ser todas obligatorias. Las primeras tres tareas descritas en la tabla se iteran repitiéndose por cada tema o capítulo del módulo; concluyendo el módulo con un estudio de caso. Tarea Prácticas 1 a 4 Tarea Argumenta y Refuta. Tarea Lluvia de Ideas. Indicador de desarrollo Elabora y verifica consultas sobre una base de datos relacional, mediante álgebra relacional. Obligatoria Duración Roles Interacción Espacio Recursos Resultado Evaluación Obligatoria 360 min. de trabajo autónomo. Obligatoria 180 min. de trabajo en grupo. Obligatorio 180 min. de trabajo en grupo. Estudiante desarrolla laboratorio práctico individual. El profesor controla el desarrollo del laboratorio. Individual Aula Cuatro talleres Informe con Se evalúa informe con ejercicios y prácticos. Elaboración Propia. ejercicios resueltos. problemas resueltos mediante pauta de cotejo. Responde preguntas Grupal Virtual Cuatro lecturas y Posteo en Foro, hilo Se evalúa los posteos del grupo realizadas en cada lectura. presentaciones lecturas. en el foro de acuerdo a las El profesor acompaña y orienta. multimedia de las lecturas. Elaboración Propia. preguntas efectuadas en cada documento mediante rúbrica. Comparte ideas respecto del Grupal Virtual Guía desarrollo de Posteo en Foro, hilo Se evalúa los posteos del grupo en concepto en estudio en base lluvia de ideas. lluvia de ideas. el foro de acuerdo a las ideas a lluvia de ideas. aportadas mediante rúbrica. El profesor acompaña y orienta. 4 videos publicados en Youtube. Tarea Estudio de Casos. Obligatorio 90 min. de trabajo autónomo. Publica las repuestas a las preguntas enunciadas del caso en estudio. Individual Virtual Enunciado de caso de Informe con Se evalúa informe con las estudio. respuestas a las respuestas a interrogantes del caso preguntas del caso mediante rúbrica. de estudio. Tabla N 3

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