基于CDIO模式的數據庫課程實驗項目設計

邱勝海 高成沖 王云霞 陸 云 王志亮 馬銀忠

南京工程學院機械工程學院 江蘇南京 211167

基于“構想、設計、實施、操作”(Conceive，Design，Implement，Operate，簡稱CDIO)的新型工程教育模式是由美國麻省理工學院等4所著名工程大學發起，全球23所大學參與合作開發的國際工程教育合作項目[1-5]。CDIO模式非常注重學生在學習過程中工程實踐能力的培養，讓學生在工程實踐環境中體驗參與工程構想、工程設計、工程實施到工程操作的全過程，實現“做中學，學中做”，以便工作后能夠更好地滿足企業對復合型工程技術人才的需求。教育部提出的“卓越工程師培養計劃”是為了實施創新型國家和人才強國戰略，對高校學生實施高質量創新型工程技術人才的培養，該計劃與CDIO教育模式可以較好地結合起來。國內高校在摸索CDIO教學模式的改革與實踐中，提出了較多實用的研究成果和成功案例[6-9]。以工科專業數據庫課程實驗教學為例，探討該課程實驗教學改革思路及實驗項目設計。

1 數據庫實驗教學體系設置

數據庫原理及應用課程是計算機應用、工業工程等專業的基礎課程，對諸如管理信息系統等后續課程的學習有較大影響。該課程具有較強的理論性和實踐性，在信息系統建設中有著重要的地位及作用。隨著信息系統的增長及信息化水平的快速提升，企業迫切需要大量高水平的信息專業人才。而目前高校的數據庫實驗教學存在諸多問題：人才培養理念陳舊，輕視就業導向；課程體系設置落后；忽視培養學生綜合素質；輕視動手實踐；等等。

根據現行信息系統項目對數據庫知識的需求，以滿足企業信息化項目的功能需求、非功能需求、人才素質需求為目標，學生必須要掌握數據庫基礎理論、數據庫分析設計技術、數據庫實施和數據庫管理技術4項主題內容。考慮到信息化項目具有高性能計算、大磁盤容量管理、高安全性、網絡化、分布式，以及數據的存儲、檢索和排序等特點，必須先學習計算機網絡、數據結構、程序設計語言等課程，數據庫課程選用名列前茅的Oracle數據庫。這些課程之間要力求銜接，內容不能交叉、重復。此外針對應用領域的需要，可進一步學習并行數據庫、工程數據庫等開發技術。

CDIO模式的教學理念不僅體現在課程體系設置和整體教學實施上，還滲透到具體專業課程的教學實踐中。在工程項目的基礎上，圍繞數據庫教學的4項主題內容來設計數據庫實驗項目比較符合CDIO培養模式及“卓越工程師”的培養目標。

2 數據庫課程實驗項目規劃

數據庫實驗項目設計是將學生組隊參加一個完整項目的實施來達到教學目標的方法，其目的是將數據庫理論與實踐有機結合，培養學生在項目開發過程中的團隊合作能力、溝通協調能力、技術創新能力、設計開發能力、發現問題和解決問題的能力。該模式的實施將從以教師為中心轉變為以學生為中心，從以教材為中心轉變為以項目為中心，從以課堂為中心轉變為以實驗室為中心。實驗教學的項目來源于真實的企業項目并經過教師整理修改而成，既保留了項目的完整性，又刪除了復雜的業務邏輯和涉及國家及企業核心機密的內容。項目可根據需要不定期進行更換，以適應本專業信息化發展的趨勢，如人力資源管理系統、客戶關系管理系統、設備管理系統、質量管理系統等。根據本專業的特點、班級規模及學時分配(班級人數34～40人，總共48學時)，選擇6～7個項目，每個項目分配給1個小組完成，每組5～6人(設組長1人)，每個小組成員可分別擔任數據庫分析員、數據庫設計師、數據庫程序員、數據庫管理員(DBA)等角色，共同參與該項目的分析、設計、實施與操作全過程。在這個過程中，小組各成員既要完成屬于自己的具體任務，又要相互交流、協調，對項目總體負責，組長負責各成員的具體任務分配、過程監督、表現評分等。各成員的具體職責分別為：組長負責項目的全面管理；分析員負責定義業務、數據需求、數據分析、數據建模；設計師負責數據庫設計；程序員負責SQL、調用存儲過程、觸發器腳本的編寫；管理員負責數據磁盤存儲、備份與恢復方案[6]。

按照CDIO模式將數據庫實驗分為7個實驗，這7個實驗融合在每個具體的項目中，按照時間的先后順序進行(如圖1所示)。實際上這7個實驗是按照軟件工程的調研、分析、設計、實施、維護等過程劃分的，體現了軟件工程項目開發的特點。7個實驗的實驗學時(含課后學時)由原來的10學時增至26學時(其中課后為4學時)，而理論教學學時由原來的38學時降至30學時(其中課后為4學時)，比例基本為1:1。需要說明的是減少理論學時并不等于輕視理論，而是希望學生在課后花時間閱讀相關理論知識，如BC范式、第4范式、新型領域數據庫知識等，對課堂學習加以補充與完善，同時提高自學能力。

圖1 基于CDIO模式的數據庫實驗項目規劃圖

2.1 數據庫實驗實施單元內容描述

基于實驗項目的構思、設計、實施與操作四個階段的實施單元內容描述如下：

(1)構思階段 構思是一個重要的階段，教師應引導、動員學生在分配的項目中發現問題、解決問題，提供相似案例幫助學生建立分析問題的思路，并培養學生的團隊合作及溝通能力，還要注重培養學生的職業道德和責任感，樹立“項目失敗我恥，項目成功我榮”的思想。各小組明確項目目標，組長分配任務，通過各種渠道收集項目原始單據、報表；發現存在的問題及關鍵技術，提出解決方案并記錄項目的構思過程。該階段實驗課總共為6學時(其中課后占2學時)，主要完成實驗1規定的任務。角色以分析員為主，全員參與。

(2)設計階段 基于項目的構思結果，進行數據庫系統的概念設計(完成E-R模型)、邏輯設計(去除不良函數依賴，引入規范化理論)及物理設計，并經小組評議，教師審核，必要情況下交由企業數據庫工程師進行審核。該階段實驗課總共為4學時(其中課后占2學時)，主要完成實驗2規定的任務。角色以設計師為主，全員參與。

(3)實施階段 基于項目的設計結果，將數據庫物理設計的成果轉換成DDL語句，如創建表、視圖、索引等對象，必要時創建序列、簇、同義詞等對象；在基表上運行插入、刪除、更改的DML命令，并進行各種查詢功能測試。實驗數據必須能模擬真實環境的業務信息，才能驗證數據庫設計是否存在缺陷。此外對需要進行統計或復雜計算的數據處理封裝成存儲過程、函數等對象，以減輕網絡傳輸，提升系統性能和數據的安全性；采用觸發器維護自定義規則、安全控制等功能；掌握權限、角色、用戶管理以及數據庫備份與恢復的技術。該階段實驗課總共為12學時，主要完成實驗3至實驗6規定的任務。角色以程序員和管理員為主，全員參與。

(4)操作階段 基于前6次實驗的成果，結合VB等易實現的高級語言，設計數據庫應用界面，編寫相應的程序項目業務進行驗證與測試，記錄存在的問題并分析原因，進行小組討論、改進、反饋、交流。在項目結束時，組織學生對項目設計開發過程中的設計思路、關鍵技術、開發過程等內容公開匯報、演示和答辯，在項目成果匯報中訓練表達能力。該階段實驗課總共為4課時，主要完成實驗7規定的任務。角色為全員參與。

由于校內導師可能缺乏工程實踐經驗，可在經費許可的情況下聘請數據庫工程師參與各個實驗項目的指導，從而進一步提高學生的實戰能力。目前校內有較多的校企合作平臺，借助于平臺數據庫工程師與學校教師能夠相互借鑒，相互學習，對教師水平的提升有較大的促進作用。

2.2 數據庫實驗報告及實驗成績評定

學生每完成一次工程化實驗項目之后，必須及時提交項目實驗報告。項目實驗報告的內容主要包括實驗所屬項目、題目、學時、CDIO類型、小組成員、具體任務、CDIO各階段的工作總結、解決問題的方案或路徑、實驗內容、完成結果及分析、存在及未解決的問題、下一步的內容、結合自己的側重點總結實驗心得和對項目發展的遠景規劃，以及思考題解答等。

實驗成績占課程總成績的50%，實驗成績構成主要由預習(包括項目構思、方案設計)、現場技能操作(主要考查學生完成的實驗質量、操作效果)、實驗報告、考勤、個人表現(主要考查個人在小組中的積極性、溝通能力及協調能力等表現)等5個部分組成，權重分別是0.2，0.3，0.3，0.05，0.15，將實驗各項得分分別乘以各自權重，再匯總可得到實驗總成績。這樣的成績基本上能反映該學生實驗綜合學習狀況，比較客觀、公正。

3 結束語

基于CDIO模式的數據庫實驗教學有效解決了理論教學與實踐教學脫節的難題。基于工程項目組的實驗安排不但讓學生了解項目在全生命周期的開發過程，而且設計的7個實驗之間具有漸進性和時序性，模擬了項目環境下的多角色既獨立又協同工作的場景，培養了各小組成員的團隊合作能力、溝通協調能力、獨立創新能力。學生成績注重過程考核與綜合測評，激發了學生的學習興趣，提高了學習效率，培養了綜合能力，極大地滿足現行企業的“卓越工程師”培養需求，也為學生學好后續信息化課程打下良好的基礎。

[1]The CDIOTM Standards[EB/OL].[2011-11-12].http:///www.cdio.org/implements-cdio/12-cdio-standards.

[2]康全禮,陸小華,熊光晶.CDIO 大綱與工程創新型人才培養[J].高等教育研究學報,2008,31(4):15-18.

[3]顧佩華,沈民奮,李升平,等.從CDIO 到EIP-CDIO:汕頭大學工程教育與人才培養模式[J].高等工程教育研究,2008(1):12-20.

[4]顧佩華,李昇平,沈民奮,等.以設計為導向的EIP-CDIO創新型工程人才培養模式[J].中國高等教育,2009(Z1):47-49.

[5]查建中.論“做中學”戰略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008(3):1-6.

[6]郭小勤,曹廣中.基于項目的CDIO理念在課程教學中的應用[J].實驗科學與技術,2010,8(3):83-85.

[7]徐兵,孫海泉.T-CDIO課程體系的構建與實踐[J].高等工程教育研究,2009(2):35-38.

[8]王慶梅,王慶東,劉杰輝.基于行業特色背景的測控技術與儀器專業CDIO教學模式研究[J].河北工程大學學報:社會科學版,2010,27(2):55-56.

[9]王旃.基于約束條件的CDIO漸進部署模式研究[J].高等工程教育研究,2009(5):44-47.

[10]Ryan K. Stephens, Ronald R. Plew.數據庫設計[M].北京:機械工業出版社,2001.