數(shù)據(jù)庫原理課程螺旋型項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)

羅曉萍

摘要：圍繞課程教學(xué)目標(biāo)，首先闡述課程知識(shí)的體系結(jié)構(gòu)，然后針對(duì)學(xué)習(xí)中容易出現(xiàn)的不能整體把握、輕視、為難和過分依賴案例的現(xiàn)象，結(jié)合課程內(nèi)容特點(diǎn)，為求最大程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，采用螺旋型項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和探究法相輔助教學(xué)，實(shí)現(xiàn)分層次循序漸進(jìn)地討論、探究、實(shí)踐、領(lǐng)悟相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫原理；螺旋型項(xiàng)目；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式；探究式；學(xué)思結(jié)合

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）08-0124-02

Abstract： Focusing on course goals， firstly to express architecture of the course content， then aiming at appearances of not grasping the main content， contempt， be afraid of difficulties and overly depending on examples during study， to apply spiral project-driving inquiry-based teaching combining with characteristic of courses content for mostly improving students study interest， study ability and innovation ability， step by step make students discuss， inquiry， practice， understand related content.

Key words： database concepts； spiral project； project-driving； inquiry-based； learning with thinking

1 引言

互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)的迅速發(fā)展和普及產(chǎn)生越來越多的數(shù)據(jù)，引領(lǐng)我們進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代。大數(shù)據(jù)首先需要合理有效地存儲(chǔ)，在此背景下作為研究數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及管理的數(shù)據(jù)庫技術(shù)就顯得尤為重要，因此數(shù)據(jù)庫原理不僅是高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，也是其他專業(yè)例如信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)課程。對(duì)于本科計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生比較全面、系統(tǒng)地掌握數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本概念、基本知識(shí)以及實(shí)現(xiàn)技術(shù)，掌握數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、技術(shù)和方法，為將來學(xué)習(xí)和使用各種數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫、從事數(shù)據(jù)庫管理工作或開發(fā)新型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)打下良好的基礎(chǔ)。

2010年7月國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（ 2010年—2020年）中提到：“要遵循教育規(guī)律和人才成長規(guī)律，深化教育教學(xué)改革，創(chuàng)新教育教學(xué)方法，探索多種培養(yǎng)方式，形成各類人才輩出、拔尖創(chuàng)新人才不斷涌現(xiàn)的局面。注重學(xué)思結(jié)合，倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”[1]。在此指導(dǎo)思想下，圍繞課程的教學(xué)目標(biāo)，本文首先探討課程內(nèi)容的整體脈絡(luò)，然后針對(duì)學(xué)習(xí)中容易出現(xiàn)的問題和不同內(nèi)容特點(diǎn)，進(jìn)行螺旋型項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)探究式為主的教學(xué)，分層次循序漸進(jìn)地展開、討論、探究、實(shí)踐問題，力求在最大程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

2 課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)

課程內(nèi)容廣泛，既含有基礎(chǔ)理論知識(shí)又有實(shí)踐要求。其理論知識(shí)有數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)（三級(jí)模式二級(jí)映像）、關(guān)系模型，關(guān)系規(guī)范化，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)安全性完整性并發(fā)性管理；其實(shí)踐要求有SQL使用、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)等[2]。這些內(nèi)容在淺層次了解的基礎(chǔ)上會(huì)感覺較松散，但仔細(xì)分析掌握以后會(huì)發(fā)現(xiàn)它們是統(tǒng)一的。圍繞數(shù)據(jù)庫，知識(shí)分?jǐn)?shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用二個(gè)方面。數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)也即DBMS實(shí)現(xiàn)，內(nèi)容有數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)、關(guān)系模型、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)安全性完整性并發(fā)性管理，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用包括數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、關(guān)系規(guī)范化、SQL使用。

數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)的相關(guān)知識(shí)具體脈絡(luò)如下所述。數(shù)據(jù)管理技術(shù)分為三個(gè)階段：人工管理、文件管理和數(shù)據(jù)庫管理。比較這三種技術(shù)的異同，體會(huì)數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫是存放數(shù)據(jù)的倉庫，倉庫都不是雜亂無章的，而是有組織的，這個(gè)組織就是關(guān)系模型。關(guān)系模型是一種數(shù)學(xué)模型，能夠模擬和表示現(xiàn)實(shí)世界?，F(xiàn)實(shí)世界有靜和動(dòng)二個(gè)方面，關(guān)系模型為了能夠表示現(xiàn)實(shí)世界也有二個(gè)方面：關(guān)系和關(guān)系上的操作以及約束。數(shù)學(xué)模型使用不方便，于是要基于這個(gè)模型實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)便是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，關(guān)系轉(zhuǎn)化為表，關(guān)系上的操作以及約束轉(zhuǎn)換成SQL。通常一個(gè)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境需要抽象出很多張表，當(dāng)有大量數(shù)據(jù)時(shí)，表如何存儲(chǔ)呢？由此引出文件與索引；表上有多類用戶，每類用戶要求看到的數(shù)據(jù)不盡相同，由此引出數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)都是很重要的，不允許因?yàn)橐馔獬霈F(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情況。為避免錯(cuò)誤，需要數(shù)據(jù)安全性完整性方面的管理。

數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)脈絡(luò)相較明晰。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分為規(guī)劃、需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫裝載及測(cè)試、運(yùn)行和維護(hù)7個(gè)階段。在概念設(shè)計(jì)中使用ER圖，在邏輯設(shè)計(jì)中運(yùn)用關(guān)系規(guī)范化理論。

3 學(xué)習(xí)中易出現(xiàn)的錯(cuò)誤偏向

1）不能從整體上把握內(nèi)容，注意點(diǎn)容易受其他課程影響。數(shù)據(jù)庫原理一般在大學(xué)三年級(jí)開設(shè)，學(xué)生之前已學(xué)過多門課程例如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯原理。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編譯原理課程內(nèi)容由簡(jiǎn)到難，層層遞進(jìn)；操作系統(tǒng)課程內(nèi)容是分塊的。在這些先行課的影響下，學(xué)生覺得數(shù)據(jù)庫原理課程講的是原理，類似于操作系統(tǒng)，也是分塊的。這種想法割裂課程內(nèi)容之間的相互銜接關(guān)系出現(xiàn)了偏差。

2）覺得內(nèi)容簡(jiǎn)單，心理上容易產(chǎn)生輕視。關(guān)系模型很多學(xué)生覺得不難，只是不太清楚它所處的位置及作用。ER圖形象直觀，很多學(xué)生覺得簡(jiǎn)單，但在數(shù)據(jù)庫簡(jiǎn)單應(yīng)用設(shè)計(jì)中，很多學(xué)生出現(xiàn)了模糊、理不順關(guān)系等問題。

3）一眼看上去難的內(nèi)容，就不再繼續(xù)追究下去。關(guān)系規(guī)范化理論概念有些抽象，有些學(xué)生一接觸就畏手畏腳了，殊不知多琢磨幾個(gè)例子以后就會(huì)豁然開朗。數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)概念抽象，很多學(xué)生覺得云里霧里就擱下不再追究了。

4）實(shí)踐學(xué)習(xí)容易糾結(jié)在具體DBMS使用的學(xué)習(xí)上或者過分依賴案例?，F(xiàn)有商用大中型DBMS功能豐富，系統(tǒng)龐大，使用方式也較靈活，于是出現(xiàn)類似于使用說明書一樣的書籍。有些學(xué)生接觸到這一類書籍以后不能高屋建瓴式通觀全局把握重點(diǎn)，而是糾結(jié)在使用細(xì)節(jié)上。另一方面，關(guān)于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)方面的案例資料非常豐富，有些學(xué)生容易借用挪用而不去獨(dú)立思考。

4 螺旋型項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)過程

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法以項(xiàng)目為依托、學(xué)生為執(zhí)行主體，有著明確學(xué)習(xí)目的，能夠?qū)⒊橄蟮睦碚摼唧w化、形象化、實(shí)踐化，因此被廣泛的應(yīng)用于計(jì)算機(jī)類課程教學(xué)[3，4]。項(xiàng)目一般來自于相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容常常是理論，理論只單純?cè)谡n堂上進(jìn)行講授，學(xué)生覺得抽象不容易產(chǎn)生興趣，另外學(xué)生理解接收多少或者理解有沒有偏差很難被老師獲取。將理論作為材料形成項(xiàng)目，學(xué)以致用，一方面提高學(xué)習(xí)興趣加深理論理解，另一方面鍛煉學(xué)生解決問題的能力。

探究式教學(xué)法源自杜威（ John Dewey，1859-1952）“從做中學(xué)”的教學(xué)方法，實(shí)際上是一種模擬性的科學(xué)研究活動(dòng)，旨在培養(yǎng)學(xué)生像科學(xué)家那樣思考。教師不是把結(jié)論性的內(nèi)容告知學(xué)生，而是教給學(xué)生獲取知識(shí)的方法。其指導(dǎo)思想是在教師的指導(dǎo)下，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自覺地、主動(dòng)地探索，掌握認(rèn)識(shí)和解決問題的方法和步驟，研究客觀事物的屬性，發(fā)現(xiàn)事物發(fā)展的起因和事物內(nèi)部的聯(lián)系，從中找出規(guī)律，形成自己的概念[5]。教師是組織、引導(dǎo)者，為學(xué)生設(shè)置探究學(xué)習(xí)的情境，營造氣氛，給予必要的幫助、指導(dǎo)；學(xué)生是活動(dòng)者，有獨(dú)立探究的機(jī)會(huì)和愿望，在教師的引導(dǎo)下積極思考，進(jìn)行探究，獲得知識(shí)并加工知識(shí)，提出自身看法和想法進(jìn)而學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)[6]。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)使理論不再抽象，探究引發(fā)學(xué)生求知欲，根據(jù)課程內(nèi)容特點(diǎn)將兩者結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)師生輕松教輕松學(xué)、教學(xué)相長。數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)方面相關(guān)知識(shí)以學(xué)生掌握理論知識(shí)為主，故教學(xué)中探究法為主螺旋型項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為輔。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用方面相關(guān)知識(shí)以鍛煉學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐為主，所以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主，探究法為輔。以下為數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)相關(guān)理論的教學(xué)過程。

1）通過已知內(nèi)容進(jìn)行類推，提出問題。

探究式教學(xué)首先需要教師提出問題。問題是起點(diǎn)、核心。合適恰當(dāng)?shù)膯栴}能夠吸引學(xué)生注意、引起思考從而產(chǎn)生興趣。問題不能提得太簡(jiǎn)單，太簡(jiǎn)單的問題對(duì)學(xué)生沒有挑戰(zhàn)性。問題也不能提得太難，太難的問題會(huì)讓學(xué)生望而卻步。問題提得要有層次，難易度遞增，因?yàn)閷W(xué)生的基礎(chǔ)層次、思考力都不一樣。有層次的問題會(huì)使學(xué)生思考在不同層次上進(jìn)而出現(xiàn)相互學(xué)習(xí)的局面。關(guān)系模型雖然是抽象的數(shù)學(xué)模型，但并不是學(xué)生首次接觸，學(xué)生之前在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中已接觸過多種抽象數(shù)據(jù)類型例如線性表、樹、圖等。關(guān)系模型包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)操作和完整性約束三個(gè)部分，這和線性表有相似也有不同，相似和不同在哪里？通過已經(jīng)學(xué)習(xí)過的內(nèi)容向未知內(nèi)容類推，從基礎(chǔ)而提升，提出問題，引出討論。

2）發(fā)揮學(xué)生主體作用，讓他們提出問題，一起討論，要求實(shí)現(xiàn)一個(gè)小的原型項(xiàng)目。

討論發(fā)揮學(xué)生的主體作用，是學(xué)生自檢反思的過程，是學(xué)生進(jìn)行思考、擴(kuò)散思維、提高主動(dòng)性創(chuàng)造性的過程。通過討論，教師了解學(xué)生的基礎(chǔ)、觀念、思維方式，有針對(duì)性的調(diào)整自己的教學(xué)方法補(bǔ)充合適的內(nèi)容，做到教學(xué)相長。討論過程中，教師要做好引導(dǎo)者工作，鼓勵(lì)學(xué)生敢于挑戰(zhàn)教師、挑戰(zhàn)書本、挑戰(zhàn)固式，勇于表達(dá)自己的想法。如果討論氛圍異常激烈則進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，如果討論偏離主題則適當(dāng)提醒，如果沒有討論起來，則根據(jù)學(xué)生的反應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充內(nèi)容，如果討論不能深入，則實(shí)時(shí)提出引導(dǎo)問題。提到線性表，很多學(xué)生覺得親切內(nèi)容好懂，于是開始有疑問，相似在哪里呢？有人說線性表上數(shù)據(jù)可以增刪改，關(guān)系上數(shù)據(jù)也要求增刪改；有人說線性表上數(shù)據(jù)可以進(jìn)行查詢，關(guān)系上數(shù)據(jù)也要求查詢；有人說線性表可以刪除，有人說不一樣能比嗎等等。圍繞主題的討論精彩紛呈、百花齊放、奇思妙想，使學(xué)生很快領(lǐng)悟很難教授的內(nèi)容。討論到合適的時(shí)候，將任務(wù)布置下去，要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)關(guān)系模型（簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)）。

3）依次展開，層層遞進(jìn)，從原型項(xiàng)目螺旋型向外擴(kuò)展。

根據(jù)學(xué)生實(shí)現(xiàn)關(guān)系模型的情況，進(jìn)一步提出問題，當(dāng)有多張表且表的數(shù)據(jù)量比較大時(shí)，要考慮什么問題？要考慮數(shù)據(jù)如何存儲(chǔ)的問題。數(shù)據(jù)如何存儲(chǔ)呢，如何實(shí)現(xiàn)表之間的聯(lián)系呢？表上有多類用戶，用戶的數(shù)據(jù)要求不同，怎么辦？問題依次展開，層層遞進(jìn)。隨著內(nèi)容漸多，項(xiàng)目擴(kuò)大，要求也提高，采取分組的方式查閱資料、討論、分析、構(gòu)思、實(shí)踐。分組方式能夠提高學(xué)生的協(xié)作、溝通能力，也為知識(shí)吸收消化以及相互學(xué)習(xí)提供途徑，但需要避免全部任務(wù)由部分組員或一個(gè)人完成的情況。層次遞進(jìn)考慮問題的前后銜接，后面的問題要在前面問題明晰的基礎(chǔ)上進(jìn)行。不知不覺中，三級(jí)模式結(jié)構(gòu)和二級(jí)映像存在必要性、指代什么、有何作用這些問題學(xué)生已然明白。如果僅僅從理論上來說明，很多學(xué)生不知道為何這樣設(shè)計(jì)或者對(duì)概念理解不準(zhǔn)確。

4）總結(jié)評(píng)價(jià)，消化提高。

回顧所探究?jī)?nèi)容，豐富各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，理順知識(shí)點(diǎn)相互關(guān)系，再次加深印象并進(jìn)行適當(dāng)延伸。溫故而知新，這會(huì)使學(xué)生覺得神清氣朗融會(huì)貫通，獲得成就感。對(duì)探究的成果進(jìn)行充分肯定；對(duì)探究中出現(xiàn)的理解偏差和問題進(jìn)行提點(diǎn)和糾正。在這過程中教師要積極進(jìn)行自查和反思，對(duì)自己多問幾個(gè)為什么?？偨Y(jié)學(xué)生的表現(xiàn)，對(duì)不是很積極的表現(xiàn)予以尊重鼓勵(lì)，對(duì)積極主動(dòng)參與行為予以贊揚(yáng)，對(duì)討論中出現(xiàn)的創(chuàng)新閃光點(diǎn)以及學(xué)生提出的不同思路進(jìn)行肯定及夸獎(jiǎng)。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程有清晰的各個(gè)階段，所以其教學(xué)大都采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法。靈活使用探究法可使教學(xué)效果提高，例如講授關(guān)系規(guī)范化內(nèi)容時(shí)，首先讓學(xué)生觀察多張表，這時(shí)候?qū)W生會(huì)很迷惘，不知觀察角度和考慮點(diǎn)，這時(shí)候提醒大家從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和操作角度來發(fā)現(xiàn)問題。經(jīng)過討論發(fā)現(xiàn)問題，那如何解決問題？進(jìn)行模式分解。模式分解可以隨便進(jìn)行嗎，有指導(dǎo)或有理論支持嗎？再次觀察數(shù)據(jù)表，從中發(fā)現(xiàn)問題。

5 總結(jié)與反思

數(shù)據(jù)庫原理內(nèi)容自有特點(diǎn)，較適合使用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)，但這種方法需要較多的理論課時(shí)和實(shí)踐課時(shí)。筆者所在學(xué)校這門課課時(shí)安排采用3+2的方式（3節(jié)理論課+2節(jié)實(shí)驗(yàn)課），這也促成了這一教學(xué)方法。項(xiàng)目有清晰的方向明確的目標(biāo)，能產(chǎn)生作品。作品也不是很容易能夠產(chǎn)生，必定有困難要克服。如何克服困難，需要去探究，探究解決問題，作品得以產(chǎn)生，帶來成就感和自信心，為以后學(xué)習(xí)帶來良好效應(yīng)。時(shí)代隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展而快速變化，各時(shí)期物質(zhì)環(huán)境和精神環(huán)境不一樣，導(dǎo)致學(xué)生的基礎(chǔ)和思考方式也不一樣，所以教學(xué)法也需要隨之變化順應(yīng)發(fā)展需求。

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