基于CDIO的數據庫實驗設計研究

徐天鳳 韓笑笑

摘要：工程意識與工程能力是工程師最重要、最基本的能力之一，傳統的數據庫實驗設計方案不利于計算機專業學生工程能力的培養。基于CDIO設計數據庫實驗，提出以工作任務為導向，案例驅動、多層次遞進式設計原則，并結合連云港職業技術學院課程體系的具體情況，設計相應的實施方案。實踐結果表明，基于CDIO的數據庫實驗的設計實施，激發了學生學習主動性，訓練了學生的工程思維，培養了學生利用數據庫解決實際問題的能力，幫助學生提前積累系統設計開發經驗。

關鍵詞：CDIO;數據庫;工程思維

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）24-0026-02

培養創新人才，是時代發展和社會進步對高等職業教育提出的新要求。工程師最重要的能力是什么？是解決實際問題的能力，這也是當今高等職業教育的薄弱環節之一。現代社會是一個信息化社會，數據庫的應用已經深入到生活和工作的方方面面。數據庫課程是計算機信息管理、軟件技術、計算機應用技術、計算機網絡技術等專業的核心課程。各行各業都需要使用數據庫，數據庫技術注重扎實的理論基礎，強調實踐應用能力，與其他相關學科間聯系密切，數據庫新技術飛速發展，數據庫課程知識點繁雜，實驗項目需要與實際結合緊密。在傳統教學方式中，由于受到實際的教學條件的限制，數據庫課程的實驗教學內容設計較為空洞，實驗內容與實際工作相差較遠，實驗體系沒有形成一套嚴謹規律的系統，學生缺乏對實際項目的感性認識，課程結束之后，學生并沒有真正系統掌握數據庫設計開發的主要流程和方法，不能利用數據庫知識解決實際工作中的具體問題。因此本課題針對數據庫實驗教學中存在的問題，探索數據庫實驗改革，使學生真正掌握數據庫應用能力。

1 基于CDIO構建數據庫實驗體系

CDIO代表Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實現）、Operate（運作）， “構思-設計-實現-運作”。CDIO工程教育模式是由美國麻省理工學院、瑞典林克平大學、瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典皇家工學院等4所大學共同合作研究創立的新型工程教育模式[1]。CDIO是近年來國際工程教育改革的最新成果，以產品研發到產品運行的生命周期為載體 ，讓學生以主動的、實踐的方式學習。CDIO教育模式將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、工程系統能力、個人能力、人際團隊能力四個層面，改變了學生的求知方式，引導學生主動學習，以綜合的培養方式使學生達到預定目標。CDIO工程教育理念參照企業實際需求提出了系統的能力培養方案、實施指導以及實施過程和結果檢驗的標準[2]，使學生真正具備實際的工程能力。

依照CDIO工程教育模式的理念，根據數據庫實驗的特點及重要性，從教學內容設計、教學方法改善等方面入手，提出基于CDIO 模式的數據庫原理與應用課程實驗改革，以“案例”驅動為導向，將數據庫課程的基本知識和理論體系各個知識點依次關聯，使學生在構思、設計、實現、運作幾個方面得到整體訓練[3]，真正掌握數據庫設計和開發的流程，對數據庫系統進行有效管理。

實驗建設團隊深入IT企業學習研究，與IT企業實踐專家進行座談與研討，引入行業企業技術標準，對軟件設計開發與維護職業崗位的典型工作任務進行具體分析，基于工作過程開發實驗課程。實驗設計體系中，主要培養軟件設計開發與維護職業崗位所需的通用工作能力，重點培養數據庫管理員、計算機程序員和ERP實施工程師等職業崗位所需的數據庫設計、數據庫訪問、數據庫管理的專用技術能力。在職業技能培養的同時，注重培養職業所需的團隊精神、創新意識和嚴謹的工作作風，使學生具備良好的數據庫開發與維護的職業能力和職業素養。

2 基于CDIO設計數據庫實驗教學方案

根據課程的能力、知識和素質目標，按照數據庫開發與維護工作的工作流程，依次根據需求分析、數據庫概念設計、數據庫邏輯設計、數據庫物理設計、系統應用開發和維護進行教學內容的選取。

依據軟件開發流程與規范，按由易到難的工作方式設計三個相對穩定的學習情境，逐層遞進。初期以2個經典案例為載體，把數據庫開發與維護的理論知識理論與實踐相結合，實踐技能與實際應用環境相結合，培養學生使用數據庫技術基本職業能力[4]。后期實時引進企業真實項目或學生自主創新項目，以此為載體設計一個動態的學習情境，復雜度加強，培養學生數據庫設計與開發的綜合職業能力，培養學生自我學習和自我發展的綜合職業素質。

鑒于數據庫開發與維護各工作任務的特點和職業成長規律，構建3個學習情境，通過3個層次進階逐步達到課程目標。數據庫實驗以2個案例和1個項目為載體，每個學習情境的教學內容有所側重，復雜度和完整性逐漸加強，使學生掌握應用數據庫解決實際問題的能力。

2.1第一層次的數據庫實驗教學設計

以較為簡單的案例高校教務管理系統為載體，學習數據庫設計、應用管理的基本知識和基本方法。數據庫設計中需要學生掌握E-R概念模型的建立、關系數據模型轉化和完整性控制，數據庫物理設計采用較為簡單的SSMS交互方式，數據庫實驗教學中應用開發重點為基本的SELECT數據查詢。

2.2 第二層次的數據庫實驗教學設計

以較為復雜的案例高校圖書館管理系統為載體，進一步學習和掌握數據庫設計與數據庫應用程序開發的關鍵技術。數據庫設計側重教學IDEF1X概念模型的建立和關系數據模型的規范化，數據庫物理設計采用T-SQL命令方式，數據庫實驗應用開發側重SELECT數據查詢中的子查詢和數據庫服務器編程。

2.3 第三層次的數據庫實驗教學設計

動態引進的企業真實項目或學生自主創新項目，以此為載體進行數據庫應用系統的開發。此學習情境可與“面向對自主創新項目象程序設計”課程結合，聘請行業專家對項目需求分析和概念設計進行技術指導，對項目開發全過程有效管理，重點培養學生學習數據庫開發與維護的工作流程和方法，了解數據庫行業管理知識和需求，掌握數據庫設計和應用技術，培養數據庫應用系統開發的綜合能力。

數據庫以2個案例和1個項目為載體，構建3個學習情境，通過3級進階逐步達到課程目標。在學習情境的實施過程中，將知識傳授、能力培養和生產服務于一體，將教學過程與工作過程相結合，教師與工程師融為一體，學生與員工融為一體，教學環境與工作環境融合，理論聯系實際，真正形成“教、學、做”一體化教學模式[4]。

3 基于CDIO設計數據庫實驗教學方法

為達到數據庫課程的能力目標和知識要求，基于CDIO設計數據庫實驗，采用案例貫穿、任務驅動、項目教學、職業角色體驗等教學方法。

3.1 案例貫穿教學法

第一層次實驗設計和第二層次實驗設計分別是高校教務管理系統和高校圖書館管理系統，用兩個經典案例設計學習情境，通過相應的任務訓練引導學生根據需求分析對數據庫進行概念設計、邏輯設計，使學生掌握建立數據庫模型的方法、學會合理的設計關系數據模型。在數據庫實驗設計中，分別采用SQL Server 2012的SSMS和T-SQL兩種工作方式創建和管理數據庫，引導學生逐步學會數據庫的物理設計、邏輯設計、數據操作和管理，掌握數據庫應用開發基本能力。

3.2 任務驅動教學法

基于CDIO的數據庫實驗設計方案中各學習情境（案例或項目載體）分別由多個連續的工作任務或子案例組成，各個工作任務相互銜接，每個工作任務完成相應的功能，各個任務之間密切關聯，如果一個任務出現錯誤，下面的任務也會受到影響。按照軟件開發的工作過程，教師和學生需要全程監控各個任務的完成情況，根據項目需要，及時地對前期所做工作進行完善，直至每個學生每個任務都正確完成。基于CDIO的數據庫實驗設計方案有利于培養學生團隊合作、作風嚴謹和堅持不懈，使學生具備良好職業素質。

3.3 職業體驗教學法

第三層次實驗設計是企業管理系統設計與開發或自主創新項目，以職業化訓練為主要模式，注重培養學生實際職業能力。以企業管理系統設計與開發或自主創新項目誘發學生興趣，引發學生主動學習，使學生在企業真實的項目活動中學習數據庫系統設計開發知識，掌握數據庫實際應用能力。職業體驗教學法有利于培養軟件技術專業實用型人才。

4 結論

我院基于CDIO數據庫實驗設計體系在教學中應用了一段時間，教學效果很好，教師和同學給予了肯定意見，基于CDIO數據庫實驗設計體系調動了學生學習主動性，有助于工程能力的培養，明顯提高了學生數據庫設計開發能力。在數據庫實驗的教學改革中實施 CDIO 的教學模式，以企業需求為依據，選取教學內容，以工作任務為導向，校企合作引用案例，明確“案例驅動、多層次遞進式設計”教學法在數據庫實驗教學中的重要作用，基于CDIO設計數據庫實驗，能夠有效地激發學生的學習熱情，提高學生解決實際問題的能力，為社會培養 CDIO工程教育模式人才。

參考文獻：

[1] 趙楷，張琳琳，張振宇，等.基于CDIO的《軟件工程》實踐課程教學改革與探索[J].現代計算機：專業版，2012（26）.

[2] 王碩旺，洪成文.CDIO：美國麻省理工學院工程教育的經典模式：基于對 CDIO 課程大綱的解讀[J].理工高教研究，2009（4）：116-120.

[3] 趙慧敏.基于CDIO模式的數據庫原理與應用課程教學改革方法研究[J].高教學刊，2016（23）：132-133.

[4] 周慧.SQLServer2012數據庫技術及應用[M].北京：人民郵電出版社，2018.

【通聯編輯：朱寶貴】