數(shù)據(jù)庫(kù)原理課程的PBL教學(xué)模式探討

汪加才

摘要：基于問題的學(xué)習(xí)(PBL)是一種有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力的教學(xué)模式。為在數(shù)據(jù)庫(kù)原理課程中應(yīng)用PBL,本文首先分析了關(guān)于課程知識(shí)點(diǎn)和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的兩類問題,然后以學(xué)生選課數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)為例,給出了PBL模式在數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)中的應(yīng)用過程。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫(kù)原理；PBL；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)26-6308-02

Discussion on the PBL based Teaching Mode of Database Principle Course

WANG Jia-cai

(Nanjing Audit University, Nanjing 210029, China)

Abstract: PBL(Problem Based Learning) is an effectively teaching mode that can enhance students interest and practical ability in learning. To introduce PBL in the teaching of Database, the article first analysis two kinds of problems about knowledge points and applications, and then describes the teaching processes based on PBL taking the database design of student course selecting as example.

Key words: Database Principle; Problem Based Learning; teaching mode

在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中,90%以上的軟件系統(tǒng)都需要數(shù)據(jù)庫(kù)做支持,因此數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)是每個(gè)應(yīng)用開發(fā)人員必備的專業(yè)知識(shí)[1]。作為計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程,《數(shù)據(jù)庫(kù)原理》主要包括了數(shù)據(jù)庫(kù)模型、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、SQL語(yǔ)言、關(guān)系數(shù)據(jù)理論、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)新進(jìn)展等內(nèi)容[2],往往需要同時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)者的系統(tǒng)角度,或按照數(shù)據(jù)庫(kù)管理員、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)師、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)程序員的應(yīng)用視角去理解和分析。對(duì)于這門具有理論基礎(chǔ)強(qiáng)、實(shí)踐應(yīng)用性突出、學(xué)科間知識(shí)綜合性明顯、學(xué)科內(nèi)多層面內(nèi)容交融、前沿新技術(shù)發(fā)展迅速等特征[3]的課程,教學(xué)模式改革的關(guān)鍵是強(qiáng)化數(shù)據(jù)庫(kù)理論與實(shí)踐的結(jié)合，即在傳授數(shù)據(jù)庫(kù)理論知識(shí)水平的同時(shí),更注重培養(yǎng)學(xué)生分析和解決數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用問題的能力。

1基于問題的學(xué)習(xí)方法

基于問題的學(xué)習(xí)（PBL：Problem Based Learning）是建構(gòu)主義理論指導(dǎo)下的以學(xué)習(xí)者為中心的一種教學(xué)模式。它強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問題情境中,學(xué)習(xí)者通過合作解決真實(shí)性的問題,加深知識(shí)的理解和應(yīng)用,形成自主學(xué)習(xí)的能力。PBL教學(xué)模式具有以下三個(gè)主要特征[4]：一是使學(xué)生成為問題情境中的角色；二是教師圍繞一個(gè)完整的問題設(shè)計(jì)安排課程,鼓勵(lì)學(xué)生去學(xué)與問題相關(guān)的知識(shí),然后解決問題；三是教師創(chuàng)造一種學(xué)習(xí)環(huán)境,激發(fā)學(xué)生思考,鼓勵(lì)學(xué)生提問,不斷引導(dǎo)學(xué)生深入地理解問題。典型的PBL教學(xué)法包含了問題的定義、解決和遷移等三個(gè)步驟[5],即首先由教師給出針對(duì)具體問題的要求,并輔助學(xué)生進(jìn)一步理解和分析；然后由學(xué)生相互協(xié)作,通過各種方式主動(dòng)尋求解決問題的方法；最后則是由教師完成對(duì)學(xué)生成果的評(píng)價(jià)和分析。

2數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)中的問題設(shè)計(jì)

問題是PBL的基礎(chǔ)、出發(fā)點(diǎn)以及引發(fā)學(xué)習(xí)活動(dòng)的主線,問題設(shè)計(jì)的適當(dāng)與否是PBL學(xué)習(xí)成功的關(guān)鍵[6]。在數(shù)據(jù)庫(kù)原理課程教學(xué)中運(yùn)用PBL教學(xué)模式,就是以有助于學(xué)生掌握數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論、基本技能為教學(xué)目標(biāo),以問題的提出、分析、求解為教學(xué)過程,從而積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情、有效激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神、不斷增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。在數(shù)據(jù)庫(kù)原理課程教學(xué)中的問題可分為兩類,一是關(guān)于課程知識(shí)點(diǎn)本身的問題,二是關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的問題。

2.1課程知識(shí)點(diǎn)問題

傳統(tǒng)的“概念—理論—應(yīng)用”教學(xué)模式使學(xué)生處于灌輸式的被動(dòng)知識(shí)接受狀態(tài),既不利于主動(dòng)性學(xué)習(xí)氛圍的形成,也給學(xué)生造成課程內(nèi)容抽象、枯燥、零亂的感覺,直接影響了課程的教學(xué)效果。采用PBL教學(xué)模式,在講授相關(guān)概念或理論之前,提出并分析知識(shí)點(diǎn)問題,可以使學(xué)生首先了解本章節(jié)內(nèi)容在課程體系中的地位和作用,解決“為什么要學(xué)”和“學(xué)什么”的問題。例如：

1）通過“一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)全過程可分為幾個(gè)階段？”的問題,將本課程的所有知識(shí)點(diǎn)按照數(shù)據(jù)庫(kù)分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、操作、維護(hù)的邏輯次序進(jìn)行組織,建構(gòu)課程知識(shí)體系。

2）通過“在數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)或存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)如何使應(yīng)用系統(tǒng)盡量保持不變？”的問題,引出數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。

3）通過“如何將信息世界的概念模型轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的邏輯模型？”的問題,給出E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型的規(guī)則,并在關(guān)系規(guī)范化中回答這些轉(zhuǎn)換規(guī)則的理論依據(jù)。

4）通過“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在運(yùn)行中可能面臨哪些風(fēng)險(xiǎn)和威脅？”的問題,介紹數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性控制、一致性控制、并發(fā)控制等數(shù)據(jù)庫(kù)保護(hù)技術(shù)。

2.2數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用問題

對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科生,不僅需要深入了解數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本理論和核心技術(shù),還必須能夠設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)大型的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)[6]。從課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)看,數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用問題可歸結(jié)于各應(yīng)用領(lǐng)域的信息管理問題,如學(xué)生成績(jī)管理、圖書管理等。顯然,圍繞這些來源于現(xiàn)實(shí)生活的實(shí)際問題的真實(shí)性學(xué)習(xí),可有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。應(yīng)用問題設(shè)計(jì)需要考慮的因素主要有：

1）問題的擬真性。在PBL中的問題要具有一定真實(shí)性,但有時(shí)為便于教學(xué)可對(duì)真實(shí)問題進(jìn)行擬真處理。如在教師授課問題中,可將現(xiàn)實(shí)世界中的“一位教師可承擔(dān)多項(xiàng)授課任務(wù),同時(shí),一項(xiàng)授課任務(wù)也可由多位教師承擔(dān)”簡(jiǎn)化為“一位教師可承擔(dān)多項(xiàng)授課任務(wù),而一項(xiàng)授課任務(wù)只能由一位教師承擔(dān)”。

2）問題的復(fù)雜性。PBL把學(xué)習(xí)置于有意義的問題情境中,并通過真實(shí)問題的解決來學(xué)習(xí)隱含于問題背后的科學(xué)知識(shí),從而增強(qiáng)解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。然而,即使很小的實(shí)際應(yīng)用問題也可能因功能范圍的擴(kuò)大而變得龐大與復(fù)雜。因此,問題的復(fù)雜程度應(yīng)與學(xué)生知識(shí)掌握程度和學(xué)習(xí)進(jìn)度相適應(yīng),如讓正處于理論學(xué)習(xí)之中的學(xué)生去解決復(fù)雜的應(yīng)用問題往往存在障礙。

3）問題的連貫性。在采用PBL的數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)中,可將一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)問題作為教學(xué)主線,把分散的課程知識(shí)點(diǎn)串接起來,以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性和完整性。問題的選用不在于數(shù)量上的多少和規(guī)模的大小,典型的應(yīng)用問題更能反映課程知識(shí)運(yùn)用的本質(zhì)和特點(diǎn)。因此,教師和學(xué)生可分別選用一個(gè)貫穿教學(xué)始終、分別面向課堂教學(xué)或課后練習(xí)的應(yīng)用問題。

3數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)中的PBL模式應(yīng)用

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)的重要階段,不僅涉及的知識(shí)點(diǎn)多,而且與具體的業(yè)務(wù)直接相關(guān)。本文給出PBL教學(xué)模式在學(xué)生選課數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用過程。

3.1問題定義

學(xué)生選課數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括學(xué)生、課程、教師等三個(gè)實(shí)體,存在選課、授課兩個(gè)實(shí)體聯(lián)系：一個(gè)學(xué)生可選修多門課程,一門課程可由多個(gè)學(xué)生選；一位教師可講授多門課程,而一門課程也可以由多位教師承擔(dān)。利用所學(xué)理論進(jìn)行學(xué)生選課數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。

3.2問題解決

該問題的答案容易給出。首先繪制的ER圖包括三個(gè)實(shí)體和兩個(gè)多對(duì)多的選課和授課聯(lián)系；其次是按照ER圖向關(guān)系的轉(zhuǎn)換原則得到五個(gè)關(guān)系模式,分別是學(xué)生（學(xué)號(hào),姓名）、教師（教師號(hào),姓名）、課程（課程號(hào),課程名稱）、選課（學(xué)號(hào)*,課程號(hào)*,成績(jī)）和授課（教師號(hào)*,課程號(hào)*）,其中下劃線標(biāo)注的屬性（組）為碼,*標(biāo)注的屬性為外碼。

3.3問題遷移

設(shè)計(jì)的模式在學(xué)生和教師間沒有聯(lián)系,因而不能回答某一學(xué)生某門課程的授課教師是誰(shuí),也不能回答某一教師某門課程的學(xué)生是誰(shuí)的問題。解決辦法是引入一個(gè)新的教學(xué)任務(wù)實(shí)體,ER圖的聯(lián)系變?yōu)槿齻€(gè)：課程與教學(xué)任務(wù)間的一對(duì)多聯(lián)系、教師與教學(xué)任務(wù)間的一對(duì)多聯(lián)系、學(xué)生與教學(xué)任務(wù)間的多對(duì)多聯(lián)系；五個(gè)關(guān)系模式分別是：學(xué)生、教師、課程、任務(wù)（任務(wù)號(hào),教師號(hào)*,課程號(hào)*,任務(wù)說明）、選課（學(xué)號(hào)*,任務(wù)號(hào)*，成績(jī)）。

3.4問題復(fù)用

將前文討論的學(xué)生選課數(shù)據(jù)庫(kù)問題應(yīng)用于關(guān)系規(guī)范化理論教學(xué)。問題描述為對(duì)關(guān)系模式為R的規(guī)范化,其中U為屬性集, F為數(shù)據(jù)依賴集。根據(jù)問題語(yǔ)義,首先確定F={學(xué)號(hào)→姓名,教師號(hào)→姓名,課程號(hào)→課程名稱,任務(wù)號(hào)→（課程號(hào),教師號(hào),任務(wù)說明），（學(xué)號(hào),任務(wù)號(hào)）→成績(jī)}；其次找出R的碼為(學(xué)號(hào),任務(wù)號(hào)),由于存在非主屬性部分函數(shù)依賴于碼,故R屬于第一范式；最后將R規(guī)范化為第三范式,其結(jié)果與前面由ER圖轉(zhuǎn)化得到的關(guān)系模式完全相同。

4結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)原理課程教學(xué)存在著“理論與實(shí)踐脫節(jié)”問題,一定程度上影響了課程的教學(xué)效果?；赑BL的數(shù)據(jù)庫(kù)課程教學(xué)模式既有利于課程知識(shí)體系建構(gòu),又有助于學(xué)生分析問題與解決問題能力的提高。

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