混合教學模式下數據庫實踐課程教學的研究和實踐

唐琳 肖大薇 李彤

摘要：計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類行為的一種思維方式，涵蓋了計算機科學的一系列思維活動。任務驅動是提供體驗實踐的情境和感悟問題的情境，圍繞任務展開學習的教學模式。在數據庫實踐課程的教學過程中采用基于計算思維和任務驅動的混合方法的教學模式。通過具體實踐，討論了混合教學模式開展教學活動的實施過程，并對最終的教學效果進行總結驗證。

關鍵詞：數據庫實踐;計算思維;任務驅動;混合式教學模式

中圖分類號：G647 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）32-0133-02

計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類行為的一種思維方式，涵蓋了計算機科學的一系列思維活動。任務驅動時提供體驗實踐的情境和感悟問題的情境，圍繞任務展開學習的教學模式。在數據庫實踐課程的教學過程中，采用基于計算思維和任務驅動的混合學習方法的教學模式。通過具體實踐，討論了混合教學模式開展教學活動的實施過程，并對最終的教學效果進行總結驗證。

在實際教學過程中，開發實踐類課程強烈地依賴底層語言基礎，又有不為大家熟悉的思維方式，常常讓老師覺得難教，學生覺得難學。在實踐類課程的學習過程中，學生往往注重語言本身，并不是利用編程語言來解決實際問題，形成了一個教學誤區。最終并沒有提升學生的創造性思維能力和解決實際問題的動手能力。數據庫實踐課程作為數據庫原理課程的后繼開發實踐課程，旨在提升學生對數據庫理論知識的理解并提升解決實際問題的思維、能力以及創造性。

當今的社會發展速度驚人，尤其是物聯網、云計算和大數據的出現，計算機行業的工作方法和工作內容發生了重大的變革。對于軟件專業的學生來說，在學習過程中單純掌握幾門編程技術，已遠遠不能適應當今社會的需求。因此，教育教學模式亟待改變和創新，計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。任務驅動教學，則是培養學生動手實踐能力和創新能力的教學方式。

一、混合教學模式概述

1.計算思維

美國卡內基.梅隆大學周以真（Jeannette M.Wing）教授認為，計算思維（Computational Thinking）是人類運用計算機科學的基礎概念求解問題、設計系統和理解行為思維活動，隱含了計算機科學所有范疇。[1]

計算思維的概念主要包括了四個范疇：遞歸思維;抽象和分解任務或設計;按照預防、保護及統御容錯，糾錯的方式;采用啟發式推理來尋求解答。

2.任務驅動

任務驅動教學模式是一種有效的、能夠極大拓展學生知識面、能夠將所學知識和實踐結合起來，并且有助于學科教學與信息技術整合的教學模式。[2]1996年Jane Willis，在《A Framework for Task-Based Learning》中指出基于任務驅動的教學模式必須要包括三個階段的任務：介紹任務和主題的前任務階段;執行任務，準備報告，進行報告的實施任務階段;分析和再練習的后任務階段。

3.混合教學模式

本文中所指的混合教學模式是基于計算思維和任務驅動的教學模式。[3]計算思維是對學生思維的方式和創新能力的培養。在課程設計過程中旨在通過任務驅動的方式來進一步培養計算思維意識、培養學生的計算思維能力。任務驅動既能夠有效地培養學生實際動手的能力，又能培養學生解決實際問題的能力。故結合兩種教學方法，通過在實際的教學過程中實施和實踐，使計算思維成為學生的基本技能，同時提升學生的創新能力。

二、混合教學模式在數據庫實踐課程中的實踐

1.混合教學模式下的數據庫實踐課程設計

基于計算思維的課程設計應該培養學生具備認知能力、學習能力和決策能力。在培養計算思維的同時兼顧能力的培養。任務教學能夠提升學生的學習熱情，并提高學生解決實際問題的動手能力。因此課程的設計采用計算思維中的抽象和任務分解的方式，將大項目抽象劃分為若干小項目，基于小項目的任務驅動方式設計開發，再將每個小項目的成果合并形成最終的應用系統。基于計算思維的數據庫系統課程教學采用課堂講授、實踐和討論的形式進行，同時課下輔以課程論壇的方式進行總結。以足球聯賽管理系統后臺為例，計算思維在數據庫實踐課程中的設計見圖1：

基于項目的任務驅動設計，在數據庫實踐課程上選擇使用了“足球聯賽管理系統”，并將該系統劃分為后臺和前臺兩個子系統。劃分4-5個同學為一組，來共同協作完成一個完整的項目。課上的時間來完成后臺管理系統，課后的時間由小組同學合作共同完成前臺系統。每一次課程都包括任務驅動教學方法的完整3部分內容即任務介紹、任務執行和任務總結。

2.混合教學模式下的數據庫實踐課程的實踐

我校的數據庫實踐課程共64課時，內容劃分為3個部分，即數據庫設計、數據庫開發、數據庫開發優化三部分內容。數據庫設計和構建部分，任務為足球聯賽管理系統的數據庫設計和構建;數據庫開發部分，任務為足球聯賽管理系統開發實現;數據庫開發優化部分，任務為從數據庫設計和系統設計實現兩個方面優化現有的系統。課程內容通過16個專題（每個專題4學時）完成。具體內容如表1所示：

表1 數據庫實踐課程安排

1.數據庫設計和構建 專題一：系統開發流程及需求分析;

專題二：系統數據庫設計及ER-模型;

專題三：系統數據庫設計優化即范式化及數據庫創建;

專題四：系統數據庫設計優化即數據表約束及視圖;

專題五：數據庫創建評審。

2.數據庫開發 專題六：系統實現設計SQL語句編寫;

專題七：使用基礎JDBC開發系統DAO層;

專題八：使用高級JDBC優化DAO層;

專題九：用戶登錄模塊完整開發;

專題十：查詢功能模塊完整開發;

專題十一：插入功能模塊完整開發;

專題十二：修改、刪除功能模塊完整開發;

專題十三：系統集成小組模塊及評審。

3.數據庫優化 專題十四：優化系統提升性能即存儲過程的使用;

專題十五：優化系統以減少用戶操作即觸發器和游標的使用。

總結和答辯 專題十六：進行項目答辯與總結。

基于混合教學模式的數據庫實踐課程，在第一次專題中明確課程的總體目標，即每個小組需要在課程內完成足球聯賽管理系統的數據庫設計、開發和優化。具體每一個專題中，劃分為4個階段。第一階段：任務介紹，明確本次專題需要解決的問題;第二階段：小組同學基于該問題討論如何分解任務，進行任務分解;并進行實際設計和開發實踐活動。第三階段：老師總結和講解在第二階段比較共性的問題，針對每一小組的問題分別指導;第四階段：學生根據老師的總結和講解改進本次實踐活動。課程結束前10分鐘大家進行最終的任務總結。完成課下任務時重復這一過程，這樣一來可以有意識地通過計算思維更好的去解決預留任務。

計算思維的思想和任務驅動的教學模式，也通過具體的實踐教學活動展開：

計算思維中的任務分解是解決復雜問題十分有效的一種思維方式。例如，在數據庫設計及ER-模型這一專題中難度較大，學生常會無從下手。這時老師可以借助需求分析中所涉及的多種角色，按角色進行任務分解，可以啟發學生將系統參與者劃分為瀏覽人員、工作人員和管理員三種角色，從每一個角色的角度出發，來分解設計任務。然后再合并設計，從而設計出完整的系統數據庫。

計算思維中的啟發式推理，可以通過數據庫設計過程中球員信息這一實例很好的給出。在沒有啟發式教學的前提下，往往同學會設計出一個代表球員信息的表格，其中球員所屬球隊則為表格中的一列，這種設計是一種常見的錯誤，因為學生沒有考慮到球隊進球的信息問題。常見錯誤的數據庫邏輯視圖見圖2：

老師可以通過一些日常生活的舉例，常常舉的例子有商品的價格問題，按照學生的一貫思路，會將商品信息設計為一個表，其中商品價格是表的一列，但實際銷售中促銷打折是比較常見的情況，而日后又恢復原價。如此一來以前曾經銷售過的價格就找到不到了，如果發生退款、退貨、或者銷售額統計就沒有辦法實現了。通過這種具體實例能夠有效地啟發學生，構建出較為完善合理的數據庫。正確的數據庫邏輯視圖，見圖3：

任務驅動在每次專題中，所有的教學過程都圍繞具體而明確的任務展開，這樣學生就知道每次專題的具體任務。例如，優化系統以減少用戶操作。在觸發器和游標的使用這個專題中，學生完成的系統總是需要用戶錄入比賽的每一個進球的詳細信息，還需要錄入每個球隊在每場比賽的進球數。這樣一來用戶操作復雜，也容易造成數據的不一致性。我們的任務是要將這樣的用戶操作簡化，同時保證數據的一致性。所以在系統中明確提出，本次專題要求用戶僅錄入進球明細，進球總數不需要用戶操作，由數據庫利用觸發器替代用戶的操作。明確任務后，學生就會有方向去執行任務。

3.混合教學模式下的數據庫實踐課程的教學效果分析

通過課堂教學實踐證明，混合教學模式下的數據庫實踐課程有效的將任務驅動和計算思維的培養相結合。其優點是通過任務驅動將課程任務從理論概念上升為實際問題的解決，給學生更加具體的目標，激發學生的學習興趣。通過計算思維使學生在解決問題時，能夠在有意識的科學思維方式下完成，更有利于提升學生解決問題的能力和創新能力。所以采用基于混合式教學模式的教學方法，可以使學生有效地將專業知識、計算思維結合起來，切實有效地提高了學生動手解決實際問題的能力以及創新能力。

三、結束語

教學過程的實踐結果表明，通過混合式教學模式在數據庫實踐教學中的應用，能夠促使學生以科學的思想去分析問題，通過切實準確的任務解決實際問題，進一步提升學生的創造性。計算思維和任務驅動的混合式教學模式對新一代的大學生培養提出了新的要求，但僅僅通過一門課程的教學活動，無法完全構建計算思惟，我們需要在整個的專業課程教學體系中貫穿這一思想，從而真正地培養起學生的計算思維和解決實際問題的能力和創造性。

參考文獻：

[1]Jeannette M. Wing.Computational Thinking[J].Communications of ACM，2006，（49）：33-35.

[2]李代勤.任務驅動教學模式的探討[D].長沙：湖南農業大學，2009.

[3]劉君亮.基于計算思維的混合式學習模型研究[D].北京：北京交通大學，2014.

[4]魏來.基于任務驅動的學習活動設計與教學實踐[D].武漢：華中師范大學，2012.

[5]徐迎曉，何文琦，王治珍，等.基于嚴肅優秀的計算思維培養[J].計算機教育，2013，（18）：6-8.

（責任編輯：劉翠枝）