非計(jì)算機(jī)專業(yè)《數(shù)據(jù)庫技術(shù)》課程教學(xué)的探索與實(shí)踐

摘 要：《數(shù)據(jù)庫技術(shù)》課程是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的重要分支，也是對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)進(jìn)行計(jì)算機(jī)能力培養(yǎng)的重要課程之一。本文分別從教學(xué)方法、能力培養(yǎng)、課程資源建設(shè)和考核制度改革四個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)描述，在整個(gè)創(chuàng)新教學(xué)活動(dòng)中，既貫穿了計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，又突出了CDIO工程化教育理念的實(shí)施，極大的提升了非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫技術(shù)；計(jì)算思維；CDIO；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：TP311.13-4

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類在利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理的過程中，產(chǎn)生的一門新的技術(shù)——數(shù)據(jù)庫技術(shù)，隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)據(jù)庫技術(shù)已成為各類信息管理系統(tǒng)的核心技術(shù)和重要基礎(chǔ)。

自20世紀(jì)90年代中期，我國大部分高校都將“Visual FoxPro”作為非計(jì)算機(jī)專業(yè)講授數(shù)據(jù)庫技術(shù)的必修課。有些甚至把它作為計(jì)算機(jī)專業(yè)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的入門課程。隨后，Access、SQL Server等數(shù)據(jù)庫管理軟件日趨普及，也陸續(xù)走入高校計(jì)算機(jī)課堂。這樣就出現(xiàn)了有關(guān)“數(shù)據(jù)庫應(yīng)用”的多門課程并存發(fā)展的局面。究其原因，主要表現(xiàn)為兩方面：一是DBMS多元化發(fā)展的結(jié)果，二是大學(xué)生們對(duì)計(jì)算機(jī)的了解和掌握能力逐步提高，對(duì)“數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用”的課程要求也相應(yīng)提高，需求也變得多元化[1]。

有鑒于此，根據(jù)教育部高等學(xué)校非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的要求，為更好實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，依據(jù)我校辦學(xué)特色的定位——“應(yīng)用型”地方本科院校及學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，我們將這些分別講授的“Visual FoxPro”、“Access”、“SQL Server”及“Visual Basic”等課程整合為一個(gè)以“數(shù)據(jù)庫應(yīng)用”為目的的課程體系進(jìn)行建設(shè)。在教學(xué)活動(dòng)中強(qiáng)調(diào)和深化計(jì)算思維的培養(yǎng)，注重應(yīng)用（實(shí)踐）能力的培養(yǎng)，借鑒CDIO工程教育理念，為商洛市及周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)具有專業(yè)思維和計(jì)算思維的復(fù)合型人才。

1 計(jì)算思維在國內(nèi)外的研究

2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真（Jeannette M.Wing）教授在美國計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》雜志上給出并定義了計(jì)算思維（Computational Thinking）。周教授認(rèn)為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[2]，其中包括：遞歸、關(guān)注點(diǎn)分離、抽象和分解、保護(hù)、冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)和恢復(fù)等具體方法。計(jì)算思維融合了數(shù)學(xué)、工程和科學(xué)的思維方法，有助于人類解決問題。同時(shí)，她也提出計(jì)算思維代表一種普遍的認(rèn)識(shí)和一類普適的技能，有助于學(xué)習(xí)者自我建構(gòu)知識(shí)和培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力[2]。近幾年，世界各國正在積極的將計(jì)算思維的方法應(yīng)用在各類教育和培訓(xùn)當(dāng)中，如美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）重大基金資助計(jì)劃CDI中列出在軟件工程課程中引入計(jì)算思維中的關(guān)注點(diǎn)分離等方法[3]。

2010年7月在西安交大舉辦了首屆“九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)”上，教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主任委員陳國良院士作了題為“計(jì)算思維能力培養(yǎng)研究”的報(bào)告[4]，并提出“在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)過程中要完美地體現(xiàn)出以人為本、傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)、協(xié)調(diào)發(fā)展的現(xiàn)代教育理念，大力培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力?！奔从?jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)——培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

2 CDIO工程教育模式在國內(nèi)外的應(yīng)用

CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）是美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等大學(xué)繼承和發(fā)展歐美20多年來工程教育改革經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)立的先進(jìn)工程教育模式。它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，將工程教育與工程實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)。提升學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人技術(shù)能力、系統(tǒng)工程能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。在歐美大學(xué)的實(shí)踐中取得了良好的效果，得到了社會(huì)各界的認(rèn)可。2007年11月教育部組織召開了2007中國高等工程教育改革論壇和CDIO國際合作組織會(huì)議，對(duì)當(dāng)前高等工程教育存在的熱點(diǎn)問題進(jìn)行了討論，與會(huì)的專家學(xué)者普遍認(rèn)識(shí)到工程教育改革的緊迫性與必要性[5]。國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)都表明CDIO的理念和方法是先進(jìn)可行的，適合工科教育教學(xué)過程各個(gè)環(huán)節(jié)的改革。

3 我院數(shù)據(jù)庫技術(shù)教學(xué)改革的思路與實(shí)施

3.1 突出計(jì)算思維意識(shí)，培養(yǎng)系統(tǒng)分析能力

“在傳統(tǒng)的教學(xué)中，計(jì)算思維是隱藏在能力培養(yǎng)內(nèi)容中的，要靠學(xué)生“悟”出來，現(xiàn)在要把這些明白的講出來，讓學(xué)生自覺地去學(xué)習(xí)，提高培養(yǎng)質(zhì)量，縮短培養(yǎng)的時(shí)間”[6]，這是一個(gè)由被動(dòng)到主動(dòng)的轉(zhuǎn)變。數(shù)據(jù)庫技術(shù)課程兼具了強(qiáng)理論性和重實(shí)踐性的特點(diǎn)，其中很多概念、原理和方法都成為計(jì)算思維引入的媒介。對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說，對(duì)于理論知識(shí)的理解更加困難，所以引入計(jì)算思維方法可以更好的淡化理論知識(shí)，強(qiáng)化分析解決問題的能力。

在實(shí)際教學(xué)中，我們采用的是“案例教學(xué)”，引入和學(xué)生最為貼近的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)——教務(wù)管理系統(tǒng)進(jìn)行講解。從系統(tǒng)分析-系統(tǒng)設(shè)計(jì)-系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)-系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)，無一不滲入計(jì)算思維的方法。在對(duì)整個(gè)教務(wù)管理系統(tǒng)分析中，我們采用“關(guān)注點(diǎn)分離”的方法，將這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行分解，分解成若干個(gè)子模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。在每個(gè)模塊的概念模型設(shè)計(jì)中，又引入“抽象”的方法，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的事物進(jìn)行抽象，特征提取，得到局部E-R圖，最后通過“折衷”、“約簡”整合為全局E-R圖。在將概念模型轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)模型的過程中，又會(huì)引入“約簡”、“冗余”、“容錯(cuò)”的計(jì)算思維方法。最后在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)部分，選擇具體的開發(fā)軟件、采用的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫的訪問等操作，又會(huì)使用到“規(guī)劃”、“關(guān)注點(diǎn)分離”、“遞歸”等思維方法。在解決問題的過程中體現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的講解，由淺入深，讓學(xué)生感受整個(gè)知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過程，提升教學(xué)的質(zhì)量。學(xué)會(huì)如何運(yùn)用計(jì)算思維的方法之后，再通過已獲得知識(shí)和方法內(nèi)化知識(shí)，反思評(píng)價(jià)自己的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)方法，建構(gòu)屬于自己的學(xué)習(xí)框架和方式。

3.2 加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用與系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力

精心組織設(shè)計(jì)配套的上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。整個(gè)課程的上機(jī)與課堂教學(xué)達(dá)成一致，繼續(xù)使用教務(wù)管理系統(tǒng)，應(yīng)用“關(guān)注點(diǎn)分離”的方法將知識(shí)點(diǎn)滲入到每個(gè)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，按照數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的流程一步步完成。在學(xué)期最后安排為期2周的集中上機(jī)實(shí)踐，要求學(xué)生以小組為單位自擬題目完成一個(gè)大作業(yè)（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)），每個(gè)小組選取一個(gè)組長作為整個(gè)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃。按照CDIO的教育模式，讓學(xué)生在老師的引導(dǎo)下，自主的分析問題，運(yùn)用計(jì)算思維的方法探索項(xiàng)目任務(wù)的完成渠道，尋求網(wǎng)絡(luò)、書籍等多種途徑思考解決問題的方法，選取合適的開發(fā)工具，合理的劃分子項(xiàng)目任務(wù)，并指定相應(yīng)的小組成員擔(dān)任完成各個(gè)子項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。項(xiàng)目完成后，組織集中答辯評(píng)價(jià)活動(dòng)。每組由組長進(jìn)行答辯，指導(dǎo)教師和其他小組長組成評(píng)委打分，最終選取優(yōu)秀的作品參加學(xué)校計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)組織的“計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)大賽”及校團(tuán)委組織的“大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)”。通過這種集中實(shí)踐，使學(xué)生在數(shù)據(jù)庫技術(shù)的掌握上有了一個(gè)質(zhì)的飛躍，也極大的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，既升華了他們的理論知識(shí)又鍛煉了個(gè)人技術(shù)能力、系統(tǒng)工程能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

3.3 課程體系及教學(xué)資源的建設(shè)

基于我院學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)（文史、藝術(shù)、數(shù)理化、生物），我們將整個(gè)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的公共課分為理科和文科兩大類。文科講授的是Access，理科講授的是VFP或VB，把這些課程整合成一個(gè)課程包，不管學(xué)生選擇的是哪一種開發(fā)工具，教師在講授數(shù)據(jù)庫技術(shù)這門課程的時(shí)候都是從三方面著手：基礎(chǔ)理論、基本操作和系統(tǒng)開發(fā)。其中，“基礎(chǔ)理論”是這個(gè)“課程包”中的公共部分，主要內(nèi)容是與關(guān)系數(shù)據(jù)庫相關(guān)的基本概念、模型和原理?！盎静僮鳌本唧w講授一種開發(fā)工具的使用。教師可根據(jù)學(xué)生實(shí)際認(rèn)知的情況來調(diào)整課程內(nèi)容及章節(jié)次序。“系統(tǒng)開發(fā)”則體現(xiàn)為2周的集中實(shí)踐，鍛煉學(xué)生系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的能力。

3.4 考核方式的變革

在課程考核方面，打破傳統(tǒng)的期末考試“一刀切”。實(shí)行過程考核與期末考核相結(jié)合，綜合實(shí)踐能力為重點(diǎn)的考核制度。平時(shí)成績占10%，涉及到出勤、課堂提問、課后作業(yè)；實(shí)踐成績40%，涉及到上機(jī)實(shí)驗(yàn)、集中實(shí)踐、答辯、文檔等過程性學(xué)習(xí)；期末成績占50%。通過這種改變，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生能力和素質(zhì)的考評(píng)，使得CDIO的教育模式更加深入人心，激發(fā)了學(xué)生勇于探究、積極實(shí)踐的熱情，達(dá)到了計(jì)算思維理念的最終目的，讓學(xué)生掌握自主學(xué)習(xí)的方法，架構(gòu)屬于自己的知識(shí)框架和體系。

4 結(jié)束語

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：劉雅莉（1979-），女，講師，碩士，研究方向：數(shù)據(jù)庫技術(shù)、圖像處理。

作者單位：商洛學(xué)院 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院信息管理系，陜西商洛 726000

基金項(xiàng)目：商洛學(xué)院教育教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：12jyjx219）；2013年陜西省教育科學(xué)規(guī)劃課題（項(xiàng)目編號(hào)：sgh13399）；商洛學(xué)院教育教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：13jyjx112）。