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，傳統的數據庫課程的教學內容和教學方法面臨新的挑戰，培養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，可以培養學生的計算思維能力和創新應用能力。

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，培養專業應用能力，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)，培養學生利用計算機技術認識和改造世界的創新能力[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，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”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” 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)，涵蓋了系統從構思、研發、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為項目導向，以項目為主線組織課程，變強調學科知識的完備性與系統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，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“計算機系統的思維方法”發現、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，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——為學校超市設計數據庫系統，要求學生主動思考，運用所學方法規劃解決方案，獨立完成任務，培養學生自我構建知識的能力、計算思維能力和創新能力。

3 結語

計算思維是培養學生創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，在培養學生構建知識、計算思維能力和創新應用能力方面取得了一定效果。但是，計算思維的培養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計算思維能力和創新思維能力，還需要進一步探索。

[1] 李廉.計算思維：概念與挑戰[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“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)計算機基礎教學發展戰略聯合聲明[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，中國科教創新導刊，2010.

[7] 艾明晶,李瑩.以計算思維能力培養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] 戰德臣.非計算機專業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