基于CDIO的數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課教學(xué)改革

王瑞紅 張樞 王沖 張海寧 車向前 朱振玉

黑龍江科技學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，哈爾濱 150027

基于CDIO的數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課教學(xué)改革

王瑞紅 張樞 王沖 張海寧 車向前 朱振玉

黑龍江科技學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，哈爾濱 150027

針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課程存在的重理論輕實(shí)踐、重流行數(shù)據(jù)庫開發(fā)輕基礎(chǔ)理論支撐的兩種極端現(xiàn)象，采用CDIO工程教育理念改革課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法；以適用培養(yǎng)為主線，按照實(shí)用、有效的原則開展理論教學(xué)，按照建立牢固的工程概念和形成工程意識開展實(shí)踐教學(xué)。實(shí)踐表明，學(xué)生的知識水平、專業(yè)技能、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、工程系統(tǒng)能力和創(chuàng)新能力等均得到顯著提高，取得了良好的教學(xué)效果。

數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用；教學(xué)改革；CDIO；人才培養(yǎng)

2005年10 月，Mc.Kinsey Global Institute在一份研究報(bào)告中指出：2005年，中國畢業(yè)的約60萬工程技術(shù)人才，適合在國際化公司工作的不到10%。其主要原因是中國工科教育存在重理論輕實(shí)踐、重個人學(xué)術(shù)能力輕團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神的培養(yǎng)現(xiàn)象，即缺乏對學(xué)生現(xiàn)代工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，由此造成雖然培養(yǎng)的本科畢業(yè)生數(shù)量不斷增多，但滿足社會需要的，能勝任研究、設(shè)計(jì)、開發(fā)等工作的，并具有較強(qiáng)創(chuàng)新能力的畢業(yè)生卻很少。因此，如何在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，提高學(xué)生對未來工作崗位的適應(yīng)能力，以適應(yīng)社會發(fā)展的需要，是當(dāng)前我國工科各專業(yè)急待解決的難點(diǎn)問題之一。

數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)核心課程，作為專業(yè)教育的主渠道，課程教學(xué)對專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)起著決定性的作用，特別是其中的核心課程更是“重中之重”。為適應(yīng)新形勢下社會對計(jì)算機(jī)專業(yè)工程應(yīng)用型人才的需求，筆者根據(jù)新世紀(jì)工程教育的特點(diǎn)，應(yīng)用CDIO工程教育理念，對數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課程進(jìn)行教學(xué)改革，突出學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)等的培養(yǎng)，取得了較好的效果。

一、CDIO教育理念

CDIO工程教育模式是近年來國際高等工程教育改革的最新成果。從2000年起，美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究機(jī)構(gòu)經(jīng)過四年的潛心研究，創(chuàng)立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO 命名的國際合作組織。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO工程教育理念不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是它系統(tǒng)地提出了具有操作性強(qiáng)的能力培養(yǎng)、全面實(shí)施以及檢驗(yàn)測評的12條標(biāo)準(zhǔn)。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

瑞典高教署2005年采用這12條標(biāo)準(zhǔn)對本國1 0 0個工程學(xué)位計(jì)劃進(jìn)行評估，結(jié)果表明，新標(biāo)準(zhǔn)比原標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)面更寬，更有利于提高質(zhì)量，尤為重要的是新標(biāo)準(zhǔn)為工程教育的系統(tǒng)化發(fā)展提供了基礎(chǔ)。迄今為止，世界已有幾十所著名大學(xué)加入了CDIO組織，并采用CDIO工程教育理念和教學(xué)大綱培養(yǎng)學(xué)生，其按CDIO模式培養(yǎng)的畢業(yè)生深受社會與企業(yè)的歡迎。

二、課程教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課程一般包括數(shù)據(jù)庫原理、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)三部分內(nèi)容，涉及計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、軟件工程等計(jì)算機(jī)知識和技術(shù)。其中原理是基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)和應(yīng)用是提高，它們彼此關(guān)聯(lián)、相輔相成。但因課程涵蓋的知識點(diǎn)多，課時有限，加上傳統(tǒng)的教學(xué)方法和陳舊的教學(xué)理念束縛，導(dǎo)致教學(xué)中存在兩種極端現(xiàn)象：一是重?cái)?shù)據(jù)庫理論講授，輕數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技能。由于理論部分概念抽象、邏輯性強(qiáng)，加上缺少具有代表性的實(shí)例，理論脫離實(shí)際，學(xué)生很難理解那些抽象的理論和概念，更無法把握各個知識點(diǎn)在整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的位置和作用，導(dǎo)致學(xué)生不能將所學(xué)知識融會貫通、學(xué)以致用，不能適應(yīng)社會對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用人才的需要。另一是重流行數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具的使用，輕視甚至放棄理論教學(xué)，造成學(xué)生理論知識不夠，缺乏完整的知識結(jié)構(gòu)，雖然能使用某種具體的開發(fā)工具，但應(yīng)用技能掌握淺顯，不善于靈活運(yùn)用和創(chuàng)新。

三、課程教學(xué)改革

在對現(xiàn)行課程教學(xué)中存在的問題和課程特點(diǎn)認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，按照專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程教學(xué)目標(biāo)的要求，結(jié)合CDIO教育理念，實(shí)施以學(xué)生能力提高為核心的課程教學(xué)改革，全面提升課程教學(xué)質(zhì)量，重點(diǎn)提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通能力、創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。

1.理論教學(xué)改革

以適用培養(yǎng)為主線，按照實(shí)用、有效的原則開展理論教學(xué)。將過去以學(xué)術(shù)為中心的學(xué)科→知識結(jié)構(gòu)→課程的人才培養(yǎng)思路，轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑?wù)社會、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、行業(yè)為中心的社會需求→執(zhí)業(yè)能力→課程的人才培養(yǎng)新思路，突出對專業(yè)知識、工程能力和素質(zhì)培養(yǎng)。

（1）以社會需求為導(dǎo)向，修訂課程教學(xué)目標(biāo)

從教學(xué)應(yīng)滿足社會對人才的要求和CDIO對學(xué)生知識、能力及素質(zhì)一體化的要求出發(fā)，聯(lián)合業(yè)內(nèi)企業(yè)，根據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和用人單位的實(shí)際需求，對崗位群及其工作過程進(jìn)行分析，共同研究學(xué)生修完該課程應(yīng)具備的知識、能力和素質(zhì)，然后根據(jù)課程與知識、能力和素質(zhì)培養(yǎng)之間的關(guān)系，修改和調(diào)整教學(xué)計(jì)劃、課程大綱及教學(xué)目標(biāo)。使新修訂的教學(xué)目標(biāo)充分考慮到執(zhí)業(yè)能力、社會需求及能力培養(yǎng)的要求，體現(xiàn)了有用教育的特征。

（2）以課程教學(xué)目標(biāo)為主導(dǎo)，改革教學(xué)內(nèi)容

以課程教學(xué)目標(biāo)為主導(dǎo)，優(yōu)化課程知識體系和教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)從注重知識傳授向重視能力和素質(zhì)培養(yǎng)轉(zhuǎn)變。以執(zhí)業(yè)能力培養(yǎng)為重點(diǎn)，以一個項(xiàng)目開發(fā)為主線，根據(jù)行業(yè)發(fā)展需要和完成執(zhí)業(yè)崗位實(shí)際工作所需要的知識、能力和素質(zhì)要求組織教學(xué)內(nèi)容，采用從實(shí)際到理論，從具體到抽象，從零散到系統(tǒng)的方法，將原理、應(yīng)用、設(shè)計(jì)三部分內(nèi)容有機(jī)融合；教學(xué)內(nèi)容注重理論與實(shí)際、知識與技能、經(jīng)典與現(xiàn)代的結(jié)合，在介紹主流內(nèi)容的同時，介紹數(shù)據(jù)庫技術(shù)的新進(jìn)展，將學(xué)科最新成果和老師的科研成果充實(shí)到教學(xué)內(nèi)容中，為學(xué)生提供與社會發(fā)展相適應(yīng)的課程知識內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量。

（3）以學(xué)生為主體，改革教學(xué)方法

1）項(xiàng)目主導(dǎo)，做中學(xué)。將數(shù)據(jù)庫基本原理與SQL Server 2005 兩部分內(nèi)容優(yōu)化整合，以一個學(xué)生最熟悉的“學(xué)生信息管理系統(tǒng)”項(xiàng)目為主線組織教學(xué)。在教學(xué)過程中，按照認(rèn)識規(guī)律，結(jié)合項(xiàng)目先讓學(xué)生從易于接受的感性方面對數(shù)據(jù)庫有一個總體的認(rèn)識，建立起數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)框架的概念模型，然后再由淺入深循序漸進(jìn)，按照實(shí)際數(shù)據(jù)庫的工程開發(fā)過程，結(jié)合系統(tǒng)的開發(fā)，以目前最流行的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQL Server 2005 作為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的工具，講解數(shù)據(jù)庫的理論、設(shè)計(jì)方法、步驟、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)等。理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生可以直觀地認(rèn)識到這些原理、概念在實(shí)際中的作用，不僅使學(xué)生易于理解和融會貫通、對利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)解決實(shí)際問題有一個完整的認(rèn)識和理解，還能使學(xué)生積累工程應(yīng)用背景下項(xiàng)目開發(fā)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。做中學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，教學(xué)效果好，學(xué)生的工程意識、創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的綜合能力顯著提高，收到了事半功倍的效果。

2）任務(wù)驅(qū)動，主動學(xué)。將“學(xué)生信息管理系統(tǒng)”劃分成若干個單元模塊，并把每個模塊涉及的知識點(diǎn)列出來，按照教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)成由淺入深的任務(wù)，每次課的教學(xué)都圍繞完成數(shù)據(jù)庫單元模塊任務(wù)進(jìn)行開發(fā)。在教學(xué)過程中，教師首先提出項(xiàng)目所要完成的功能，然后按照軟件開發(fā)的過程，與學(xué)生一起討論項(xiàng)目的目標(biāo)和任務(wù)，根據(jù)功能要求布置任務(wù)；最后教師講授涉及的主要知識點(diǎn)。這樣，通過教學(xué)內(nèi)容將教學(xué)目標(biāo)要求巧妙地穿插在一個個任務(wù)中，由學(xué)習(xí)任務(wù)來驅(qū)動，讓學(xué)生帶著問題學(xué)、帶著興趣學(xué)、帶著明確的目的去汲取知識等，消除了學(xué)生學(xué)習(xí)的盲目性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。

2.實(shí)踐教學(xué)改革

數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課程的實(shí)踐教學(xué)，不僅是理論教學(xué)的深化，更是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。筆者以實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)為重點(diǎn)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)工程化改革，讓學(xué)生在校期間就建立起牢固的工程概念和形成工程意識，并通過自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)等方法，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、職業(yè)素養(yǎng)和工程實(shí)踐能力，使學(xué)生畢業(yè)后能順利邁入職場，完成從學(xué)生到職業(yè)人的轉(zhuǎn)變。

（1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)，采用任務(wù)驅(qū)動實(shí)踐教學(xué)法

任務(wù)驅(qū)動實(shí)踐教學(xué)法的基本過程是：提出任務(wù)、分析任務(wù)、交流討論、解決問題、鞏固創(chuàng)新、任務(wù)總結(jié)。在任務(wù)驅(qū)動下，激發(fā)學(xué)生自主思考，由“被動實(shí)踐”轉(zhuǎn)為“主動實(shí)踐”，讓學(xué)生作為主體參與實(shí)踐，在仿真職業(yè)情景中得到崗位技能的訓(xùn)練。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)以完成一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)為目標(biāo)，以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫→建庫→管理數(shù)據(jù)庫→項(xiàng)目編程為邏輯主線，將一個完整的系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)分解成幾個前后銜接的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，通過理論知識在實(shí)際中的運(yùn)用，加深理論知識的理解，注重學(xué)生基本操作能力的培養(yǎng)；綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的延拓和提高，注重學(xué)生專業(yè)技能與行業(yè)技能相結(jié)合的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)執(zhí)業(yè)崗位的需要設(shè)計(jì)一些難度適中、代表性強(qiáng)、綜合性好的問題，培養(yǎng)學(xué)生分析解決綜合實(shí)際問題的能力，為將來解決專業(yè)實(shí)際問題奠定基礎(chǔ)；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，注重學(xué)生專業(yè)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)工程實(shí)際有關(guān)的一些問題，設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并引導(dǎo)學(xué)生將專業(yè)知識與工程實(shí)際相結(jié)合，通過獨(dú)立思考自行解決問題，讓學(xué)生體會到解決新問題的成就感，激發(fā)他們善思敢想、勇于創(chuàng)新的興趣和意識。學(xué)生通過項(xiàng)目的深入推動完成不同階段的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，這樣既掌握了本課程的理論知識又完成了一個具體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐表明，該實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法很好地調(diào)動了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生對理論知識的理解和掌握，使學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力顯著提高。

（2）課程設(shè)計(jì)，采用合作學(xué)習(xí)教學(xué)法

在課程結(jié)束之后安排兩周課程設(shè)計(jì)，采用合作學(xué)習(xí)教學(xué)法，讓學(xué)生應(yīng)用軟件工程學(xué)的基本方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以小組為單位，分工協(xié)作，共同完成一個具有實(shí)用價(jià)值的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、職業(yè)素養(yǎng)和項(xiàng)目開發(fā)能力。課程設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生首先要結(jié)合工程實(shí)際在認(rèn)真調(diào)研的基礎(chǔ)上進(jìn)行選題，提出設(shè)計(jì)方案，團(tuán)隊(duì)討論、論證后定出最終的項(xiàng)目計(jì)劃和方案；然后按分工進(jìn)行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分析、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、集成、鏈接、調(diào)試、技術(shù)文檔的撰寫；之后以小組為單位演示講解設(shè)計(jì)的軟件，每位成員接受設(shè)計(jì)答辯，最后完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。通過在具體的項(xiàng)目中構(gòu)思、學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)，提高了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生學(xué)習(xí)的知識在實(shí)踐中得到升華，學(xué)生的表達(dá)交流能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐動手能力得到顯著提高，并為未來的職業(yè)生涯發(fā)展積累了寶貴的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.178

2010年黑龍江省新世紀(jì)高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)；2010年黑龍江科技學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目（4 9）

王瑞紅（1964-），女，遼寧丹東人，教授，碩士研究生導(dǎo)師，從事計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)和科研工作。