基于計算思維的數據庫課程教學方法探討

黃震宇,鄔蒙，孫曜，寇雅楠,王學鋒

(空軍工程大學 航空航天工程學院,陜西,西安 710038)

基于計算思維的數據庫課程教學方法探討

黃震宇,鄔蒙，孫曜，寇雅楠,王學鋒

(空軍工程大學 航空航天工程學院,陜西,西安 710038)

大學計算機基礎類課程改革后，傳統(tǒng)的數據庫課程的教學內容和教學方法面臨新的挑戰(zhàn)，培養(yǎng)學生的計算思維能力成了大學計算機課程的教學總體目標要求。根據戰(zhàn)德臣教授的“計算之樹”體現的知識空間，選取數據庫課程所體現的計算思維，結合多年教學經驗，通過使用CDIO工程教學方法進行課程實踐應用拓展，可以培養(yǎng)學生的計算思維能力和創(chuàng)新應用能力。

計算思維；CDIO；數據庫課程；教學方法

大學計算機課程自開設以來，其重要性隨著信息技術的發(fā)展、計算機教育的普及以及社會需求的變化呈不斷上升趨勢，到目前為止，計算機已成為在通識教育中培養(yǎng)具有現代科學思維精神和能力的三大必修課程(數學、物理、計算機)之一[1]。教育部計算機基礎課程教學指導委員會提出了“普及計算機文化，培養(yǎng)專業(yè)應用能力，訓練計算思維能力”的教學總體目標要求，要求教師不單純是教會學生使用計算機，而是教授一種新的思維方法(定義為計算思維)，培養(yǎng)學生利用計算機技術認識和改造世界的創(chuàng)新能力[2]。

目前，各大高校大力提倡素質教育，教育改革大潮席卷，不少高校甚至取消了計算機科學與技術專業(yè)，計算機基礎類課程受到巨大沖擊，學時大力壓縮，少數課程直接取消。大學數據庫課程屬于計算機學科基礎類必修課，予以保留，但是變革迫在眉睫，課程該如何發(fā)展？教師應該怎么教？學生需要學習什么？

1 計算思維和CDIO

計算思維(ComputationalThinking)是美國卡內基·梅隆大學計算機系主任周以真教授于2006年首次明確提出的概念，定義為“運用計算機科學的基本概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類的行為，包括了涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動”[3]。計算思維的本質是抽象(Abstraction)和自動化(Automation)，反映了計算技術本質特征和解決問題的核心方法。計算思維概念的提出為計算機教育的改革指明了方向。

2010年7月，在首屆“九校聯盟計算機基礎課程研討會”上，程國良院士首先提出將“計算思維能力培養(yǎng)”作為計算機基礎課程教學改革切入點的倡議[4]，此次會議明確提出要把“計算思維能力的培養(yǎng)” 作為計算機基礎教學的核心任務[5]，隨后在2012年7月和2013年7月教指委分別組織召開了第一、二屆“計算思維與大學計算機課程教學改革研討會”，國內一些專家學者開始嘗試在計算機基礎課程中引入計算思維，踐行新的教學理念，探索新的教學模式，并取得了卓有成效的研究成果。

CDIO即構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運行(Operate)，涵蓋了系統(tǒng)從構思、研發(fā)、應用到反復改進的完整生命周期[6]。CDIO工程教育模式將學科導向改變?yōu)轫椖繉颍皂椖繛橹骶€組織課程，變強調學科知識的完備性與系統(tǒng)性為注重項目訓練的完整性。

筆者通過深入研究計算思維內涵，結合CDIO工程教學方法，對數據庫課程的教學改革做了一定研究，在學生掌握計算機核心知識的基礎上，進一步掌握數據庫技術，讓學生學習運用高效的思維去思考問題，將無意識的計算思維教學理念提升到有意識、系統(tǒng)性的計算思維教學。

2 教學研究

思維是無形的，計算思維的訓練和養(yǎng)成是一個長期的、循序漸進的過程，不可能一蹴而就。要在教學中實現計算思維的培養(yǎng)，就應該將計算思維的概念與計算機基礎類課程的知識實現有機融合，改變原來的單純的知識傳授為基于知識的思維傳授[7]。戰(zhàn)德臣教授通過“計算之樹”描述了核心的計算思維(圖1)[8]。

圖1 計算之樹

根據“計算之樹”體現的知識空間，選取數據庫課程所體現的計算思維。北京航空航天大學在教育部大學計算機課程改革項目“理工類高校計算機思維與計算機課程研究及教材建設”項目中，構建了大學計算機課程體系，其中，對數據庫課程定義如下(表1)[7]：

表1 大學計算機課程體系數據庫部分

我們在數據庫課程的教學過程中，對教學內容采用上述課程體系進行設計。在教學過程中融入“基于項目”CDIO的思想，以計算思維為核心引領課程，以項目為主線組織課程。選擇能夠體現計算思維的典型教學案例，設置教學情境，通過邊學邊做的教學手段，讓學生在積極主動氛圍中，熟練掌握工具，引導學生學習運用“計算機系統(tǒng)的思維方法”發(fā)現、解決和處理問題，促使學生深刻理解計算思維的基本方法，達到知識鞏固和內化的目的。

在教學過程中，根據教學知識點，選擇切合課程內容的典型案例進行知識講授，這些案例將貫穿于整個數據庫理論的教學過程中，主要是對理論知識的驗證，通過教師講授，將理論與實際應用相聯系，加強學生對理論知識的理解。在課程進行到適當的時候，選擇合適的項目啟動，引導學生按照真實的項目流程，逐步進行需求分析、概念結構設計、邏輯結構設計、物理結構設計、數據庫實施和數據庫的運行與維護，完成數據庫設計。在數據庫設計完成后，引導學生使用SQL語言編寫簡單的應用系統(tǒng)，并且在這個過程中，強化學生對“關系數據庫語言SQL的查詢統(tǒng)計”特點的理解和應用。通過對這一數據庫的應用，引導學生學習常用數據庫管理系統(tǒng)的特點。最后，通過該數據庫對數據庫課程的所學內容進行回顧，引導學生最終掌握數據庫系統(tǒng)的基本概念與基本的數據庫設計方法。

在課程結束時，以任務的形式布置大作業(yè)——為學校超市設計數據庫系統(tǒng)，要求學生主動思考，運用所學方法規(guī)劃解決方案，獨立完成任務，培養(yǎng)學生自我構建知識的能力、計算思維能力和創(chuàng)新能力。

3 結語

計算思維是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的一個重要方面，課堂實踐活動也是加強學生思考能力和動手能力的重要方面，將兩者相結合，在培養(yǎng)學生構建知識、計算思維能力和創(chuàng)新應用能力方面取得了一定效果。但是，計算思維的培養(yǎng)畢竟是一個漫長的過程，其效果也不是朝夕之間可以顯現的。如何在數據庫課程中培養(yǎng)計算思維能力和創(chuàng)新思維能力，還需要進一步探索。

[1] 李廉.計算思維：概念與挑戰(zhàn)[J].中國大學教學，2012(1)：7-12.

[2] 馮博琴.對于計算思維能力培養(yǎng)“落地”問題的探討[J].中國大學教學，2012(9)：8-11.

[3]WingJM.Computationalthinking[J].CommunicationsoftheACM,2006,49(3):33-35.

[4] 程國良.計算思維和大學計算機基礎教育[J].電化教育研究，2007(4)：42-44.

[5] 九校聯盟(C9)計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略聯合聲明[J].中國大學教學，2010(9)：4-9.

[6] 李昕昕.基于CDIO模式的計算機網絡教學改革，中國科教創(chuàng)新導刊，2010.

[7] 艾明晶,李瑩.以計算思維能力培養(yǎng)為核心的大學計算機課程改革[J].計算機教育，2014(5)：5-9.

[8] 戰(zhàn)德臣,聶蘭順.計算思維與大學計算機課程改革的基本思路[J] .中國大學教學，2013(4)：56-60.

[9] 戰(zhàn)德臣.非計算機專業(yè)大學計算機課程的思維性教學改革實踐[R] .濟南：第六屆大學計算機課程報告論壇，2010.

[10] 唐培和,徐奕奕,王日鳳.計算思維導論[M] .桂林：廣西師范大學出版社，2012.

(責任校對 謝宜辰)

20140805

黃震宇(1985-)，男，河南新鄉(xiāng)人，講師，主要從事數據庫原理研究。

10.13582/j.cnki.1674-5884.2015.05.014

G642.421

A

1674-5884(2015)05-0045-03