基于计算思维的数据库课程教学改革
时间：2021-04-09 07:56:20 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘要：针对当前高校数据库课程教学的状况，在分析“数据库原理及其应用技术”课程与计算思维关系的基础上，笔者提出采用IPR-CDIO、案例教学法、“大班上课、小班讨论”和任务驱动教学法等模式，从而达成训练学生计算思维的目标。实践表明，采取有效的计算思维训练可以显著提高数据库课程的教学效果。
关键词：计算思维；IPR-CDIO；数据库课程；教学改革
中图分类号：G642 文献标识码：B/A 论文编号：1674-2117（2016）10-0079-04
引言
目前数据库技术已经应用到各行各业中，各种数据管理系统都离不开数据库技术强有力的支持。笔者所在学校的数据库课程统称为“数据库原理及其应用技术”，它不仅是计算机专业的主干课，而且是信息与计算科学、信息管理与信息系统等理工科、管理类专业的必（选）修课程，如何让学生通过本课程的学习，了解数据库技术在社会各领域中的作用，掌握基本的数据库知识，学会分析和使用各种数据库管理系统，掌握数据库应用系统的设计、开发和维护等方面的技能，对学生来说是十分重要的。
计算思维是运用计算科学的基础概念进行问题求解、系统设计、人类行为理解等涵盖计算科学之广度的一系列思维活动，是除理论思维、实验思维外的第三大思维。[1]
对学生计算思维能力的培养已成为大学计算机基础课程的主要任务之一，它强调在学生学习计算机知识与技能的同时培养其计算思维，而计算思维的培养又能有效促进学生对计算机知识与技能的学习。[2]鉴于以上原因，笔者将计算思维理念引入“数据库原理及其应用技术”课程的教学中，在整个教学过程贯穿计算思维的方法，在教授不同知识点时，运用不同的计算思维的方法，培养学生利用计算思维解决本领域问题的能力。最终，不仅教师形成了新的教学思路和良好的教学方法，同时学生也提升了其求知能力和创新能力。
CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate）。IPR是指兴趣（Interest）、毅力（Perseverance）和责任（Responsibility），IPR-CDIO就是将学生的探索兴趣、解决问题的毅力和社会责任感的培养，融入到项目研发的CDIO过程。教师通过不同级别的项目设计，激发学生的学习兴趣，培养其获取知识（自主学习）、共享知识（团队合作）、运用知识（解决问题）、总结知识（技术创新）和传播知识（沟通交流）的能力与素质，同时训练他们的职业道德修养和社会责任意识。[3]
笔者结合“数据库原理及其应用技术”课程进行教学改革，探索创新可行的计算思维的培养模式，在教学中以培养学生的计算思维为目标，通过使用IPR-CDIO工程教学方法进行课程实践应用拓展，培养学生的计算思维能力和创新应用能力，从而提高数据库课程的教学效率。
教学改革内容
1.基于计算思维的数据库课程体系构建
针对不同专业的学生教授数据库课程时，教师设计课程体系不仅要考虑如何兼顾课时和教学深度，同时还要考虑实用性。课程体系的设计以数据库应用技术为基础和出发点，涵盖数据仓库和数据挖掘等相关概念和方法，将数据库技术和数据挖掘技术结合在一起，让学生掌握基本的数据管理和数据分析技术。在计算思维理念的指导下，让学生真正能用数据库的相关方法和工具解决将来在工作和研究中遇到的问题。
根据不同专业在数据库教学方面的教学内容和教学时间的要求，在保证能够体现数据管理完整过程的基础上，笔者最大限度地精简了课程内容，精选了必要的知识点，减少甚至去掉不必要的内容，将课程内容划分为如下图所示的几个部分。
在教学过程中，教师针对不同专业的学生，要合理取舍讲授的内容。可选择性讲解的内容包括关系的完整性、视图、索引、存储过程、触发器、事务处理、备份恢复、安全性等。例如，对安全工程等专业的学生，安全性部分应重点介绍。
对于学生必须掌握的知识和技术，应重点讲解。例如，对关系数据库来说，SQL命令是最重要、最基本的访问方式，从建库、建表、数据操纵到数据查询以及基本的数据分析都要用到SQL语言，数据挖掘前的数据整理和清理，也要用到SQL语言，所以对这部分应该讲透、讲到位。
2.基于计算思维的数据库课程资源构建
为了适应不同专业的多种需求，以及在有限的时间内完成教学任务的要求，需要多种在线和离线的多元化教学资源相配套。在全国都在缩减公共课课时的大背景下，为了保证教学质量，笔者设计与实施了基于MOOC平台的教学模式，通过MOOC平台呈现课程内容。课下学生完成线上学习、习题与作业，与教师线上交流、讨论；课上教师检查学生学习情况、答疑、辅导、讨论，实现传统教学与网络教学相结合的多元化教学模式。笔者与浙江财经大学、浙江农林大学和浙江传媒学院等高校联合制作的MOOC视频课程（第一版）已经在玩课网（http：///）上线，在线注册学习人数达2300余人，有东北师范大学、上海海洋大学等多所省内外高校使用了本课程教学资源，教学效果良好。
3.基于计算思维的数据库课程教学方法
基于计算思维的教学，应以思维训练和提高问题求解能力为目标。在教学过程中，教师应以计算思维为切入点，针对不同的教学内容，采用适当的教学方法，训练学生的计算思维，使其在掌握数据库原理和应用技术的同时，掌握基本的计算思维方法。由于各专业的人才培养目标和内容不同，对计算思维和计算机能力的要求也不同，因此，除了传统教学中使用的讲授模式之外，教师还需要结合不同专业的特点，探索与计算思维相结合的多元化教学模式。
如表1所示，针对表1中的课程体系，在基础理论、基本操作和系统开发中，教师分别对涉及的重点知识，引入计算思维中相应的方法。在相关知识点讲解和计算思维引入的过程中，根据具体的情况，笔者分别使用基于问题教学模式、任务驱动式教学模式、案例教学模式、课堂讲授+网络学习的教学模式中的一种或者多种模式，激发了学生的学习兴趣、启发了思维，取得了较好的教学效果。
（1）采用案例教学模式
从激发学生学习的积极性的角度来看，与专业方向相融合的案例教学是一种重要的教学方法。“数据库原理及其应用技术”是一门理论和实践相结合的课程，教学方式中包括课堂教学和实验教学，两种教学方式都可以引入案例教学法。在理论教学中笔者引入案例教学，重在让学生深刻理解数据库的基本原理，培养学生的计算思维意识，从而从本质上和全局上进行思考并给出问题的解决思路。例如，针对金融工程专业的学生，在讲解实体联系模型时，让其设计一个网站管理会员制客户的数据库系统概念模型。在实验教学中引入案例教学，重在激发学生的学习兴趣和热情，培养学生的知识运用能力和动手实践能力，从而帮助其将知识“内化”为能力。实验教学案例的设计要注重趣味性，只有贴近生活并融入专业知识的案例，才能最大程度地激发学生的学习兴趣。
课堂教学是整个数据库课程教学的第一个环节，笔者将案例渗透到课堂教学的每个环节，以传统的学生选课数据库为基础讲解基本知识点，然后联系实际中使用的“学生教务管理系统”的设计与开发，讲解知识点在实际中的应用。同时，采用分组教学模式，即在课程教学开始前将学生按照每组3～5人进行分组，并为每个组分配不同的项目。笔者考虑到学生目前的认知能力和知识水平，主要从功能需求、数据管理需求和信息安全需求三个方面尽可能清晰地描述每个案例，使每个小组看到案例描述都能清楚地知道自己应该完成的工作。这种做法可以有效地缩短学生在明确案例需求方面花费的时间，使他们把主要的精力放在数据库设计上，从而突出了数据库课程的重点。
课后作业的布置也采用分组的形式，每组的作业知识点相同，但是具体的作业内容根据项目不同也有所不同。对普遍出错的知识点在习题课上集中讲解，对个别组出现的个别错误则采用课后答疑的方式解决。
教师通过这种方式不仅可以加强和学生的交流，帮助学生巩固知识点，使他们更加正确地把握案例，而且还可以引导他们设计出合理的数据库，从而为后面的实验和课程设计打下良好的基础。
（2）采用“大班授课、小班讨论”模式
首先，教师在课堂上结合教学内容给出一些与具体理论知识联系紧密的案例，让学生以小组的形式进行自由讨论，充分发挥学生的主观能动性。其次，学生通过小班讨论，消化理解知识点，加深对案例的理解。最后，鼓励学生通过实际的项目案例来检验课堂所学知识，并通过上机操作来加深对技术的理解和掌握。
（3）基于问题教学模式
在课堂教学中，采用基于问题的教学法，能使师生在“提出问题、探究问题、解决问题、引发新问题”的螺旋式递进问题情境中进行交流和学习，启发思考。
基于问题教学法，就是以问题为载体贯穿教学过程，使学生在设问和释问的过程中萌生自主学习的动机和欲望，进而逐渐养成自主学习的习惯，并在实践中不断优化自主学习方法，提高自主学习能力。基于问题教学法充分体现了学生的主体地位，能有效激发学生学习的主动性和积极性。
（4）任务驱动式教学模式
在教学中采用任务驱动教学法，为学生提供实践情境和感悟问题情境的体验，围绕任务展开学习，以任务的完成结果检验和总结学习过程，使学生主动建构一个从探究问题到实践、思考、运用相关技能解决问题的学习体系。
（5）“课堂讲授+网络学习”的教学模式
采用“课堂讲授+网络学习”的教学模式可以进一步激发学生学习的自主性。在课堂上讲授数据库核心的理论知识和关键技术及方法，培养和训练学生用计算思维的核心思想考虑问题和解决问题。利用网络课程向学生讲授数据库具体的操作方法，如表的创建和操作、报表的查询和创建、界面设计以及数据库操作的编程实现等。网络课程不受课堂学时限制，有利于学生拓展知识范围，对于重难点问题学生也可进行反复学习，有效解决了他们学习进度不同步的问题，在一定程度上起到了因材施教的作用。
4.基于计算思维的数据库课程考核方法
为了体现计算思维的培养效果，可采用过程性评价与结果性评价相结合的方法。该方法需要重视提高平时成绩在总成绩中的比例，规范平时成绩的考核指标，包括学生在教学平台上的表现、参与讨论的积极性、提出问题和解决问题的深度和创新性、作业和实验的完成情况、创新性作品的质量、出勤考核、阶段测试的成绩等，并且采用等级评分制，淡化分数，注重能力和素质的评价。同时也要重视考试的重要性，规范考试制度，建立试题库，采用上机考试系统统一考试、评卷，保证考试的公平性和公正性，保证不同班级、不同任课教师考核评价的一致性。
在课程考核方面，实现根据培养计划和大纲要求，对课程需要掌握的知识和计算思维能力培养按照重要程度进行分级，然后在日常教学过程中，根据学生的表现进行评分，并根据其重要程度作为评分的权重，在综合平时成绩和期末考核成绩的基础上，给予总体的科学评价。笔者所在学校现在主要采用MOOC和翻转课堂的形式，考核比例如表2所示。
结语
计算思维是提高学生专业素质的有效途径，其数学思维和工程方法对数据库学习非常有帮助。笔者通过对“数据库原理及其应用技术”课程中基于计算思维的教学模式和教学方式进行研究，形成了适合高校学生数据库课程学习的一整套课程体系、资源库、支持平台、教学方法和成果，从而提高了学生对计算机领域相关知识的掌握和理解，增强了其利用计算思维解决本领域实际问题的能力。
参考文献：
[1]何钦铭，陆汉权，冯博琴.计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养——《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》解读[J].中国大学教学，2010（09）：5-7.
[2]李廉.计算思维——概念与挑战[J].中国大学教学，2012（01）：7-12.
[3]陆慧娟，关伟，高波涌，何灵敏.基于IPR-CDIO理念的数据库课程教学改革研究[C].浙江省高校计算机教学研究会——2015学术年会论文集.杭州：浙江大学出版社，2015（08）.
作者简介：陆慧娟，女，教授，浙江省高校教学名师，研究方向为模式识别、生物信息学等；高波涌，男，副教授，研究方向为模式识别、图像检索等；何灵敏，男，副教授，研究方向为模式识别、地理信息系统等；关伟，男，讲师，研究方向为模式识别、数据库应用等。
基金项目：本项目得到全国教育信息技术研究“十二五”规划2014年度重点课题（146221930）、中国计量大学校级教改项目（HEX2014008）和量院〔2014〕93号（“计算机专业实践教学质量提升教学团队”）的资助。
