基于CDIO模式的數(shù)據(jù)庫課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

邱勝海 高成沖 王云霞 陸 云 王志亮 馬銀忠

南京工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 江蘇南京 211167

基于“構(gòu)想、設(shè)計(jì)、實(shí)施、操作”(Conceive，Design，Implement，Operate，簡(jiǎn)稱CDIO)的新型工程教育模式是由美國麻省理工學(xué)院等4所著名工程大學(xué)發(fā)起，全球23所大學(xué)參與合作開發(fā)的國際工程教育合作項(xiàng)目[1-5]。CDIO模式非常注重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生在工程實(shí)踐環(huán)境中體驗(yàn)參與工程構(gòu)想、工程設(shè)計(jì)、工程實(shí)施到工程操作的全過程，實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)，學(xué)中做”，以便工作后能夠更好地滿足企業(yè)對(duì)復(fù)合型工程技術(shù)人才的需求。教育部提出的“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”是為了實(shí)施創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略，對(duì)高校學(xué)生實(shí)施高質(zhì)量創(chuàng)新型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)，該計(jì)劃與CDIO教育模式可以較好地結(jié)合起來。國內(nèi)高校在摸索CDIO教學(xué)模式的改革與實(shí)踐中，提出了較多實(shí)用的研究成果和成功案例[6-9]。以工科專業(yè)數(shù)據(jù)庫課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，探討該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

1 數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系設(shè)置

數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課程是計(jì)算機(jī)應(yīng)用、工業(yè)工程等專業(yè)的基礎(chǔ)課程，對(duì)諸如管理信息系統(tǒng)等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)有較大影響。該課程具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，在信息系統(tǒng)建設(shè)中有著重要的地位及作用。隨著信息系統(tǒng)的增長(zhǎng)及信息化水平的快速提升，企業(yè)迫切需要大量高水平的信息專業(yè)人才。而目前高校的數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多問題：人才培養(yǎng)理念陳舊，輕視就業(yè)導(dǎo)向；課程體系設(shè)置落后；忽視培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)；輕視動(dòng)手實(shí)踐；等等。

根據(jù)現(xiàn)行信息系統(tǒng)項(xiàng)目對(duì)數(shù)據(jù)庫知識(shí)的需求，以滿足企業(yè)信息化項(xiàng)目的功能需求、非功能需求、人才素質(zhì)需求為目標(biāo)，學(xué)生必須要掌握數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)理論、數(shù)據(jù)庫分析設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫實(shí)施和數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)4項(xiàng)主題內(nèi)容。考慮到信息化項(xiàng)目具有高性能計(jì)算、大磁盤容量管理、高安全性、網(wǎng)絡(luò)化、分布式，以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索和排序等特點(diǎn)，必須先學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)語言等課程，數(shù)據(jù)庫課程選用名列前茅的Oracle數(shù)據(jù)庫。這些課程之間要力求銜接，內(nèi)容不能交叉、重復(fù)。此外針對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域的需要，可進(jìn)一步學(xué)習(xí)并行數(shù)據(jù)庫、工程數(shù)據(jù)庫等開發(fā)技術(shù)。

CDIO模式的教學(xué)理念不僅體現(xiàn)在課程體系設(shè)置和整體教學(xué)實(shí)施上，還滲透到具體專業(yè)課程的教學(xué)實(shí)踐中。在工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，圍繞數(shù)據(jù)庫教學(xué)的4項(xiàng)主題內(nèi)容來設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比較符合CDIO培養(yǎng)模式及“卓越工程師”的培養(yǎng)目標(biāo)。

2 數(shù)據(jù)庫課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)劃

數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)是將學(xué)生組隊(duì)參加一個(gè)完整項(xiàng)目的實(shí)施來達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的方法，其目的是將數(shù)據(jù)庫理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生在項(xiàng)目開發(fā)過程中的團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通協(xié)調(diào)能力、技術(shù)創(chuàng)新能力、設(shè)計(jì)開發(fā)能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。該模式的實(shí)施將從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，從以教材為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐皂?xiàng)目為中心，從以課堂為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)驗(yàn)室為中心。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的項(xiàng)目來源于真實(shí)的企業(yè)項(xiàng)目并經(jīng)過教師整理修改而成，既保留了項(xiàng)目的完整性，又刪除了復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯和涉及國家及企業(yè)核心機(jī)密的內(nèi)容。項(xiàng)目可根據(jù)需要不定期進(jìn)行更換，以適應(yīng)本專業(yè)信息化發(fā)展的趨勢(shì)，如人力資源管理系統(tǒng)、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)等。根據(jù)本專業(yè)的特點(diǎn)、班級(jí)規(guī)模及學(xué)時(shí)分配(班級(jí)人數(shù)34～40人，總共48學(xué)時(shí))，選擇6～7個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目分配給1個(gè)小組完成，每組5～6人(設(shè)組長(zhǎng)1人)，每個(gè)小組成員可分別擔(dān)任數(shù)據(jù)庫分析員、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)師、數(shù)據(jù)庫程序員、數(shù)據(jù)庫管理員(DBA)等角色，共同參與該項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)、實(shí)施與操作全過程。在這個(gè)過程中，小組各成員既要完成屬于自己的具體任務(wù)，又要相互交流、協(xié)調(diào)，對(duì)項(xiàng)目總體負(fù)責(zé)，組長(zhǎng)負(fù)責(zé)各成員的具體任務(wù)分配、過程監(jiān)督、表現(xiàn)評(píng)分等。各成員的具體職責(zé)分別為：組長(zhǎng)負(fù)責(zé)項(xiàng)目的全面管理；分析員負(fù)責(zé)定義業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)需求、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)建模；設(shè)計(jì)師負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)；程序員負(fù)責(zé)SQL、調(diào)用存儲(chǔ)過程、觸發(fā)器腳本的編寫；管理員負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)磁盤存儲(chǔ)、備份與恢復(fù)方案[6]。

按照CDIO模式將數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)分為7個(gè)實(shí)驗(yàn)，這7個(gè)實(shí)驗(yàn)融合在每個(gè)具體的項(xiàng)目中，按照時(shí)間的先后順序進(jìn)行(如圖1所示)。實(shí)際上這7個(gè)實(shí)驗(yàn)是按照軟件工程的調(diào)研、分析、設(shè)計(jì)、實(shí)施、維護(hù)等過程劃分的，體現(xiàn)了軟件工程項(xiàng)目開發(fā)的特點(diǎn)。7個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)(含課后學(xué)時(shí))由原來的10學(xué)時(shí)增至26學(xué)時(shí)(其中課后為4學(xué)時(shí))，而理論教學(xué)學(xué)時(shí)由原來的38學(xué)時(shí)降至30學(xué)時(shí)(其中課后為4學(xué)時(shí))，比例基本為1:1。需要說明的是減少理論學(xué)時(shí)并不等于輕視理論，而是希望學(xué)生在課后花時(shí)間閱讀相關(guān)理論知識(shí)，如BC范式、第4范式、新型領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫知識(shí)等，對(duì)課堂學(xué)習(xí)加以補(bǔ)充與完善，同時(shí)提高自學(xué)能力。

圖1 基于CDIO模式的數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)劃圖

2.1 數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)實(shí)施單元內(nèi)容描述

基于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施與操作四個(gè)階段的實(shí)施單元內(nèi)容描述如下：

(1)構(gòu)思階段 構(gòu)思是一個(gè)重要的階段，教師應(yīng)引導(dǎo)、動(dòng)員學(xué)生在分配的項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，提供相似案例幫助學(xué)生建立分析問題的思路，并培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作及溝通能力，還要注重培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德和責(zé)任感，樹立“項(xiàng)目失敗我恥，項(xiàng)目成功我榮”的思想。各小組明確項(xiàng)目目標(biāo)，組長(zhǎng)分配任務(wù)，通過各種渠道收集項(xiàng)目原始單據(jù)、報(bào)表；發(fā)現(xiàn)存在的問題及關(guān)鍵技術(shù)，提出解決方案并記錄項(xiàng)目的構(gòu)思過程。該階段實(shí)驗(yàn)課總共為6學(xué)時(shí)(其中課后占2學(xué)時(shí))，主要完成實(shí)驗(yàn)1規(guī)定的任務(wù)。角色以分析員為主，全員參與。

(2)設(shè)計(jì)階段 基于項(xiàng)目的構(gòu)思結(jié)果，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)(完成E-R模型)、邏輯設(shè)計(jì)(去除不良函數(shù)依賴，引入規(guī)范化理論)及物理設(shè)計(jì)，并經(jīng)小組評(píng)議，教師審核，必要情況下交由企業(yè)數(shù)據(jù)庫工程師進(jìn)行審核。該階段實(shí)驗(yàn)課總共為4學(xué)時(shí)(其中課后占2學(xué)時(shí))，主要完成實(shí)驗(yàn)2規(guī)定的任務(wù)。角色以設(shè)計(jì)師為主，全員參與。

(3)實(shí)施階段 基于項(xiàng)目的設(shè)計(jì)結(jié)果，將數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)的成果轉(zhuǎn)換成DDL語句，如創(chuàng)建表、視圖、索引等對(duì)象，必要時(shí)創(chuàng)建序列、簇、同義詞等對(duì)象；在基表上運(yùn)行插入、刪除、更改的DML命令，并進(jìn)行各種查詢功能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)必須能模擬真實(shí)環(huán)境的業(yè)務(wù)信息，才能驗(yàn)證數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是否存在缺陷。此外對(duì)需要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)或復(fù)雜計(jì)算的數(shù)據(jù)處理封裝成存儲(chǔ)過程、函數(shù)等對(duì)象，以減輕網(wǎng)絡(luò)傳輸，提升系統(tǒng)性能和數(shù)據(jù)的安全性；采用觸發(fā)器維護(hù)自定義規(guī)則、安全控制等功能；掌握權(quán)限、角色、用戶管理以及數(shù)據(jù)庫備份與恢復(fù)的技術(shù)。該階段實(shí)驗(yàn)課總共為12學(xué)時(shí)，主要完成實(shí)驗(yàn)3至實(shí)驗(yàn)6規(guī)定的任務(wù)。角色以程序員和管理員為主，全員參與。

(4)操作階段 基于前6次實(shí)驗(yàn)的成果，結(jié)合VB等易實(shí)現(xiàn)的高級(jí)語言，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用界面，編寫相應(yīng)的程序項(xiàng)目業(yè)務(wù)進(jìn)行驗(yàn)證與測(cè)試，記錄存在的問題并分析原因，進(jìn)行小組討論、改進(jìn)、反饋、交流。在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，組織學(xué)生對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)過程中的設(shè)計(jì)思路、關(guān)鍵技術(shù)、開發(fā)過程等內(nèi)容公開匯報(bào)、演示和答辯，在項(xiàng)目成果匯報(bào)中訓(xùn)練表達(dá)能力。該階段實(shí)驗(yàn)課總共為4課時(shí)，主要完成實(shí)驗(yàn)7規(guī)定的任務(wù)。角色為全員參與。

由于校內(nèi)導(dǎo)師可能缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可在經(jīng)費(fèi)許可的情況下聘請(qǐng)數(shù)據(jù)庫工程師參與各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的指導(dǎo)，從而進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)能力。目前校內(nèi)有較多的校企合作平臺(tái)，借助于平臺(tái)數(shù)據(jù)庫工程師與學(xué)校教師能夠相互借鑒，相互學(xué)習(xí)，對(duì)教師水平的提升有較大的促進(jìn)作用。

2.2 數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)報(bào)告及實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定

學(xué)生每完成一次工程化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之后，必須及時(shí)提交項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)報(bào)告。項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容主要包括實(shí)驗(yàn)所屬項(xiàng)目、題目、學(xué)時(shí)、CDIO類型、小組成員、具體任務(wù)、CDIO各階段的工作總結(jié)、解決問題的方案或路徑、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、完成結(jié)果及分析、存在及未解決的問題、下一步的內(nèi)容、結(jié)合自己的側(cè)重點(diǎn)總結(jié)實(shí)驗(yàn)心得和對(duì)項(xiàng)目發(fā)展的遠(yuǎn)景規(guī)劃，以及思考題解答等。

實(shí)驗(yàn)成績(jī)占課程總成績(jī)的50%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)構(gòu)成主要由預(yù)習(xí)(包括項(xiàng)目構(gòu)思、方案設(shè)計(jì))、現(xiàn)場(chǎng)技能操作(主要考查學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)質(zhì)量、操作效果)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、考勤、個(gè)人表現(xiàn)(主要考查個(gè)人在小組中的積極性、溝通能力及協(xié)調(diào)能力等表現(xiàn))等5個(gè)部分組成，權(quán)重分別是0.2，0.3，0.3，0.05，0.15，將實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)得分分別乘以各自權(quán)重，再匯總可得到實(shí)驗(yàn)總成績(jī)。這樣的成績(jī)基本上能反映該學(xué)生實(shí)驗(yàn)綜合學(xué)習(xí)狀況，比較客觀、公正。

3 結(jié)束語

基于CDIO模式的數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效解決了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)的難題?；诠こ添?xiàng)目組的實(shí)驗(yàn)安排不但讓學(xué)生了解項(xiàng)目在全生命周期的開發(fā)過程，而且設(shè)計(jì)的7個(gè)實(shí)驗(yàn)之間具有漸進(jìn)性和時(shí)序性，模擬了項(xiàng)目環(huán)境下的多角色既獨(dú)立又協(xié)同工作的場(chǎng)景，培養(yǎng)了各小組成員的團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通協(xié)調(diào)能力、獨(dú)立創(chuàng)新能力。學(xué)生成績(jī)注重過程考核與綜合測(cè)評(píng)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)了綜合能力，極大地滿足現(xiàn)行企業(yè)的“卓越工程師”培養(yǎng)需求，也為學(xué)生學(xué)好后續(xù)信息化課程打下良好的基礎(chǔ)。

[1]The CDIOTM Standards[EB/OL].[2011-11-12].http:///www.cdio.org/implements-cdio/12-cdio-standards.

[2]康全禮,陸小華,熊光晶.CDIO 大綱與工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J].高等教育研究學(xué)報(bào),2008,31(4):15-18.

[3]顧佩華,沈民奮,李升平,等.從CDIO 到EIP-CDIO:汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式[J].高等工程教育研究,2008(1):12-20.

[4]顧佩華,李昇平,沈民奮,等.以設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的EIP-CDIO創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式[J].中國高等教育,2009(Z1):47-49.

[5]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008(3):1-6.

[6]郭小勤,曹廣中.基于項(xiàng)目的CDIO理念在課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2010,8(3):83-85.

[7]徐兵,孫海泉.T-CDIO課程體系的構(gòu)建與實(shí)踐[J].高等工程教育研究,2009(2):35-38.

[8]王慶梅,王慶東,劉杰輝.基于行業(yè)特色背景的測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)CDIO教學(xué)模式研究[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2010,27(2):55-56.

[9]王旃.基于約束條件的CDIO漸進(jìn)部署模式研究[J].高等工程教育研究,2009(5):44-47.

[10]Ryan K. Stephens, Ronald R. Plew.數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.