文科學生計算思維能力培養與Access數據庫教學

于寧 安繼芳

摘 要： 分析了計算思維能力培養與面向應用的計算機教學之間關系。以Access數據庫應用課程為例，結合文科專業學生學習特點，從課堂教學和實踐環節兩方面，提出將計算思維能力培養貫穿于教學過程的基本思路，并加以實踐。

關鍵詞： 計算思維； 面向應用； 文科專業； Access數據庫應用； 教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2015）11-71-04

Abstract： This paper analyzes the relationship between the computational thinking ability training and application-oriented computer teaching. Taking the Access database application course as an example， combining with the characteristics of liberal arts student， from two aspects of classroom teaching and the practice， the paper puts forward the basic idea of training the computational thinking ability throughout the teaching， and makes it practiced.

Key words： computational thinking； application-oriented； liberal arts majors； Access database application； teaching

0 引言

自2006年3月，美國卡內基·梅隆大學周以真教授系統地闡述了計算思維，2010年9月中國科學技術大學陳國良院士在“第六屆大學計算機課程報告論壇”倡議將計算思維引入大學計算機基礎教學后，計算思維得到了國內計算機基礎教育屆的廣泛重視。以九校聯盟（C9）為代表的我國高水平研究型大學就大學計算機基礎教學中的計算思維培養問題進行了探討，并達成共識：將“計算思維能力的培養”作為計算機基礎教學的核心任務。之后43所院校廈門會議就大學計算機體系研討也一致認為，計算機教學面向應用是大學計算機教育的出發點和歸宿，計算思維應成為大學生的普適能力，應該在堅持計算機教學面向應用的過程中培養計算思維能力[1]。同時呼吁大學計算機相關教學指導委員會、計算機基礎教育研究會及廣大教師，積極行動起來，旗幟鮮明地研究、建設基于計算思維能力培養的大學計算機體系。

1 文科學生計算思維培養

1.1 計算思維培養的重要性

當前，隨著整個社會計算機應用水平的提高，對于高校計算機基礎課程的教學內容提出了新的要求，即計算機基礎教學內容不能僅僅著眼于軟件工具的使用，而應有相對穩定的，能體現計算機學科思想和方法的核心內容，同時需要更加突出學生的思維方式、思想方法、價值取向，以及做人、做事、與人合作共處能力的培養，以提升學生多元能力——問題求解能力、實際應用能力、自我學習能力、溝通表達能力及團隊合作能力。培養和推進計算思維包含兩個方面：一是深入掌握計算機解決問題的思路，總結規律，更好更自覺地應用信息技術；二是把計算機處理問題的方法用于各個領域，推動在各個領域中運用計算思維，使各學科更好地與信息技術相結合[2]。

1.2 文科學生計算思維培養與面向應用的關系

高校文科計算機教學任務是培養學生應用計算機的能力。文科專業學生相對于理工科學生，在知識結構上數理知識較少，在思維方式上更多地是從事實、現象得出結論，而不是運用概念、邏輯關系進行推理[3]。因此，對于文科學生的計算思維培養，首先要構建一種計算機文化氛圍，讓學生充分理解和認識計算機的特點和用途；其次是要結合學生日常學習中生動形象的實例，有目的、適度地引入思維訓練，引導學生對問題進行解釋、分析、抽象、提取，幫助他們形成問題求解的思路。

計算思維培養與面向應用的計算機教育之間應該是相輔相成的。培養計算思維的目的是使學生更深入地認識計算機知識背后的思維訓練，從而學會應用計算機技術去解決問題的思路和方法，而在計算機應用過程中不斷理解計算思維，逐步訓練，使自己具備計算思維的能力，進而提高分析問題、解決問題的能力。

2 Access數據庫應用教學中計算思維培養

利用數據庫工具對數據進行基本的管理、分析、加工和利用，對于當代大學生是非常必要的。我校針對文科學生開設的Access數據庫應用課程是數據庫技術的入門課程，也是培養計算思維的重要課程。數據庫課程理論知識較多，所涉及的數據庫模型、數據完整性約束、數據庫設計、數據操縱、數據查詢等方法，在本質上是一種思維方式的體現。下面從課堂教學和實踐環節兩方面，探討如何將計算思維培養貫穿于課程教學中。

2.1 教學中有目的地突出思維訓練

根據文科學生的認知能力和形象思維能力較強的特點，在教學過程中，應注重由淺入深、循序漸進、用具體實例引導學生學會數據處理的方法。重點把握好第一課導入、數據庫基礎理論等關鍵內容的教學設計。

2.1.1 重視教學第一課

教學第一節課是課程導入，使學生認識數據庫，了解其應用，是激發學生學習興趣的關鍵一節課。我們特別重視第一節課的教學設計，首先從學生身邊的實例，例如學生校園一卡通、考試題庫、圖書信息檢索等應用引入數據庫，讓學生體會到在日常學習生活中數據庫技術的應用無處不在。接下來通過演示網上購物的一次交易，讓學生體會商品購物過程中包含著用戶相關信息、商品信息的讀取；商品庫存信息、商品銷售信息的更新；用戶付款信息、商品銷售金額的統計；商品訂單的生成等數據庫知識與操作。最后教師給出數據庫知識結構圖，如圖1所示。學生初步認識到學完這門課程后，能運用數據庫基本原理及其數據庫技術建立數據庫，編寫簡單的應用程序，完成大量數據的管理工作。

2.1.2 以具體案例引導學生理解數據模型的建立過程

在教學內容上，以學生較為熟悉的教務管理系統為切入點，從系統分析、數據收集、建立模型、數據入庫開始到最終設計出一個完整的應用系統。其中如何抽取、組織現實世界中的教務管理數據，并轉化成計算機能識別的一種結構保存，即合理建立教務管理數據庫是課程的教學重點。以往講授這部分內容時，讓學生按照教材指示直接進入數據庫，完成數據表結構設計。其實建立數據庫、數據表的操作并不難，難點是如何對現實世界的事物抽取、轉化為數據庫中的數據，這個知識點不講授清楚，學生就不會理解，當學生獨立完成數據庫綜合作業時，問題就會暴露出來，對于所要設計的數據庫，不會分析、抽象現實世界中的哪些事物及其屬性將由計算機處理，不理解信息世界中的概念模型如何轉化為計算機世界中的關系模型等等。現在我們在講授這部分內容時，不直接將已設計好的數據庫提供給學生，而是要有意識、有目的地引導學生分析、抽象出現實世界事物及其屬性，由于現實世界的復雜性，不可能直接從現實世界建立模型，因此用信息世界的E-R（實體-聯系）方法建立概念模型，再轉化為計算機世界所識別的關系模型來存儲，并通過圖示幫助學生認識抽象的意義，理解模型轉化的過程，如圖2所示。

經過對教務管理業務分析，將部門（系）、教師、學生、課程、教材等基本信息抽象為實體。一個部門（系）擁有多個教師或學生，一個教師或學生只能在一個部門（系）中工作或學習；一個學生可以選修多門課程，一門課可被多個學生所修；每個學生選修的每門課只有一個課程成績；一本教材可用于多門課，一門課有一本主教材為實體間聯系，用E-R方法描述，如圖3所示。

根據概念模型設計，轉化為教務管理數據庫關系模式如下（以部門、學生、課程為例）：

⑴ 部門（部門編號，部門名稱，部門主任，辦公室，聯系電話…）；

⑵ 學生（學號，姓名，性別，出生年月，籍貫，所在部門編號，住址，聯系電話…）；

⑶ 課程（課程編號，課程名稱，學時，學分，所用教材編號…）。

分析、講授到這一步，學生便可以根據關系模式用數據庫建立一張張關系表了。學生只有認識到建立數據庫系統的目的，是要實現計算機對現實世界中各種信息的處理，掌握了數據庫設計的關鍵環節后，圍繞教務管理的表、查詢、窗體、報表等數據庫對象展開設計就變得輕松了。

現實世界中教務管理涉及的每一個學生、老師、課程、教材等映射成信息世界的一個個實體，再到計算機世界的一條條記錄，這一過程實際上就是一種分層次、逐步抽象的過程。抽象是一種精確表達問題和建模的方法，也是計算思維的一個重要本質[4]。基于“抽象思維”，采用約簡、聚類、分解等方法就能夠將一個復雜的客觀現實形象化地描述出來[5]。數據庫基礎理論中有很多計算思維思想的體現，我們要根據文科學生的學習特點，適度地、逐步地引入，同時結合實踐環節使學生理解、掌握。

2.2 實踐環節為學生預留思考的空間

計算思維是按照預防、保護及通過冗余、容錯、糾錯的方式，并從最壞情況進行系統恢復的一種思維方法。數據庫管理系統中控制功能（安全性、完整性、并發性等）是計算思維的最好體現之一[6]。如關系的完整性約束，保證了數據處理過程中的正確、有效和相容。對于這個概念，如果直接講授，文科學生不一定都能理解，而將這部分知識結合實驗內容，讓學生在實踐過程中理解關系完整約束，可收到較好效果。

學生在完成數據表結構設計后，按照要求錄入數據。實踐環節教材一般都是按照實驗目的、實驗要求、實驗方法及步驟進行組織的，學生按照步驟一一完成即可。實驗所用數據都是符合字段屬性設計及數據完整性要求的，學生按部就班完成就不會出錯，但這樣也體會不出數據完整性在數據庫中所起的作用。現在我們改變一下方式，提供數據源時有意給出一些違反字段屬性或數據完整性要求的數據，例如在學生表中，對于學號字段給出重復值或空，那么在定義學號字段為主鍵時，由于不能通過學號識別每個學生，由此產生錯誤提示信息。對于學生所在部門編號字段，實驗數據有意給出某個學生的所在部門編號字段值不是部門表中給出的部門編號，學生在錄入數據時不會有任何問題，但在建立部門和學生的一對多關系時，無法實施參照完整性，因為將學生分配給一個不存在的部門，違反參照完整性原則。再有對于出生年月字段，在其字段屬性的有效性規則設計時，設置規則為出生年月在1990年至1999年之間。給出的實驗數據，有的學生出生年月不在這個范圍內，數據就無法錄入，因為違反了用戶定義的完整性約束。當學生遇到上述種種錯誤時，必然產生困惑，從而會思考引發錯誤的原因，尋求解決問題的辦法，教師通過指導學生改正錯誤，挖掘出隱含在操作背后的關系完整性約束知識點，學生也就能夠理解了。

在實驗環節，針對每個知識點，我們利用事先設計好的實例，先講授要實現的目標和基本方法，在完成實驗過程中，不斷引出問題，啟發學生對知識點理解和掌握，給學生預留一些思考的空間，讓學生帶著各自的理解和問題完成實驗內容。

2.3 應用數據庫技術培養求解問題意識

每年度學校舉辦程序設計競賽（數據庫類），我們積極引導、鼓勵學生參加，從班級選拔開始，再進行院級選拔，最終到校級參加現場答辯。在自擬主題的數據庫設計中，學生需要自己去識別問題域，根據主題數據需求自行設計數據庫。在每年度文科創新性實驗項目的申報與立項工作之初，我們采用多種形式向學生宣傳，從申報題目、學生組隊等方面給予必要的指導。結合所學數據庫知識，學生成功立項“人文北京之北京傳統飲食文化信息查詢系統”、“歷代帝王墓葬發掘史數據庫”等項目，經過一年的項目研究，順利結題。參加競賽、項目研究的學生感受頗多，不僅能夠學以致用，親身實踐了課堂所學及課外拓展的知識，提高了動手能力，同時也提升了應用數據庫技術求解問題意識的培養。

3 結束語

面對非計算機專業的學生，課程應該注重培養學生的思維、方法、意識、興趣和能力，而不是灌輸一大堆概念與知識[7]。數據庫課程教學的培養目標是以提高學生的應用能力為根本，學生首先要熟練掌握數據庫基本技術，學會利用數據庫解決實際問題，進而能綜合應用計算機技術為本專業領域服務。目前，經過兩輪教學實踐，我們的體會是教學過程較為順暢了，學生學習興趣提高了，數據庫綜合作品設計質量提高了。在本年度進行的北京聯合大學程序設計（數據庫組）競賽中，我院有19組參賽，2組獲得一等獎，8組獲得二等獎，7組獲得三等獎，取得可喜成績。數據庫應用課程中如何更好地培養學生計算思維能力的教學研究還將繼續深入開展，對于教與學，都是挑戰，我們將不斷探索與實踐。

參考文獻（References）：

[1] 盧湘鴻.大學計算機體系研討—43所院校廈門會議共識[J].

計算機教育，2014.13：27-31

[2] 譚浩強.研究計算思惟，堅持面向應用[J].計算機教育，

2012.21：45-49

[3] 鐘偉，劉佳.高校文科計算機基礎教育教學方法探析[J].河北

大學學報（哲學社會科學版），2000.4：88-90

[4] 程春玲，張少嫻，陳蕾.基于計算思維能力培養的數據庫課程

教學研究[J].中國電力教育，2012.8：81-82

[5] 李雁翎，李鵬誼.知識的內化：計算思維的培養與數據庫教學[J].

中國大學教學，2013.7：33-35

[6] 李雁翎，李鵬誼.知識的內化：計算思維的培養與數據庫教學[J].

中國大學教學，2013.7：33-35

[7] 唐培和，徐奕奕，李威龍，朱亞超.關于計算思維教學改革面臨

的思考[J].工業和信息化教育，2013.6：82-86