數(shù)據(jù)庫原理課程教育模式與CDIO模式分析對(duì)比研究

張健沛　徐悅竹　劉杰　楊悅

摘要：對(duì)數(shù)據(jù)庫原理課程教育模式中采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方式與CDIO模式倡導(dǎo)的基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)進(jìn)行對(duì)比，通過對(duì)比結(jié)果指出該課程教育模式為CDIO模式的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)，說明該課程教育模式可以培養(yǎng)學(xué)生的多種能力，完全符合培養(yǎng)學(xué)生達(dá)到CDIO模式所需要求。

關(guān)鍵詞：教育模式；CDIO；數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

0、引言

隨著社會(huì)信息化程度的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術(shù)成為計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，也是應(yīng)用最廣的技術(shù)之一。數(shù)據(jù)庫原理作為計(jì)算機(jī)專業(yè)與軟件工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，已成為計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)與應(yīng)用系統(tǒng)的核心技術(shù)和重要基礎(chǔ)。

高等院校培養(yǎng)目標(biāo)是致力于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，這就要求在教育過程中關(guān)注的不僅僅講授理論知識(shí)，重要的是將一種工作能力傳授給學(xué)生，使其具有獨(dú)立或協(xié)作完成具體工程項(xiàng)目的技術(shù)和能力。因此，從教育工作者的角度來看，高等院校教育目的是非常明確的，就是如何架構(gòu)這樣一種體系，在該體系下能夠培養(yǎng)出具有綜合能力尤其是工程能力的學(xué)生。這個(gè)培養(yǎng)目標(biāo)與當(dāng)前流行的CDIO模式目標(biāo)基本相同。在闡述數(shù)據(jù)庫原理課程教學(xué)模式基礎(chǔ)上，將以數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)工作流程為核心的教學(xué)模式與CDIO模式進(jìn)行比較并給出結(jié)果。

1、數(shù)據(jù)庫原理教育模式

數(shù)據(jù)庫原理課程主要講解數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程中所接觸到的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，課程主要培養(yǎng)目標(biāo)就是通過該課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握如何從需求分析開始設(shè)計(jì)合理、完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。包括6個(gè)步驟：需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫實(shí)施和數(shù)據(jù)庫運(yùn)行及維護(hù)。涉及多方面的內(nèi)容：數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)庫恢復(fù)、數(shù)據(jù)庫規(guī)范理論等。文章所討論的數(shù)據(jù)庫原理課程參照王珊編著數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論，主要講解關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程，半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫和無結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫不是本門課程討論范圍。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)模型是按照一定執(zhí)行順序來完成的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)模型，從而獲得與需求分析保持一致的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。這些步驟涵蓋的內(nèi)容，如需求分析，了解并掌握業(yè)務(wù)需求，提取所用數(shù)據(jù)的種類、范圍、數(shù)量以及它們?cè)跇I(yè)務(wù)活動(dòng)中交流的情況，從而確定用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的使用要求和各種約束條件等，形成用戶需求規(guī)約。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，該步驟是最困難和耗時(shí)的。通過對(duì)用戶需求進(jìn)行綜合歸納，形成獨(dú)立于具體DBMS的概念模型，將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個(gè)DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。在物理設(shè)計(jì)階段為邏輯數(shù)據(jù)模型選取最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方法）。運(yùn)用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言、工具及宿主語言，根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)的結(jié)果，建立數(shù)據(jù)庫，編制與調(diào)試應(yīng)用程序，組織數(shù)據(jù)入庫，并進(jìn)行試運(yùn)行。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過試運(yùn)行后即可投入正式運(yùn)行。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行過程中需要不斷地對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)、調(diào)整與修改。

在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)各個(gè)階段要時(shí)刻保持與需求分析內(nèi)容相一致，如果對(duì)于本階段設(shè)計(jì)結(jié)果不滿意或者不符合用戶的需求，可以重新設(shè)計(jì)本階段或回退到上一階段，乃至最初需求分析階段。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是一個(gè)迭代過程，不是一蹴而就，而是“反復(fù)探尋，逐步求精”的過程。具體設(shè)計(jì)階段描述如圖1所示。

2、CDIO模式

CDIO創(chuàng)新倡議提供一個(gè)教育模式，該模式提供可以培養(yǎng)高度熟悉工程的畢業(yè)生以滿足用工單位需求的教育框架。這里的字母CDIO代表構(gòu)思（Conceive）一設(shè)計(jì)（Design）一實(shí)施（Implement）一運(yùn)行（Operate），將對(duì)應(yīng)所提到的4個(gè)階段。該舉措旨在強(qiáng)調(diào)根據(jù)一個(gè)產(chǎn)品的生命周期，為學(xué)生提供工程基礎(chǔ)教育。CDIO模式適用于構(gòu)建本科生的工程類課程的體系結(jié)構(gòu)。讓學(xué)生學(xué)會(huì)遵循同樣的階段，即構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行解決實(shí)際問題和完成項(xiàng)目要求。為了提高理工科學(xué)生的教學(xué)質(zhì)量，CDIO尤其提倡在4個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注：（1）增加主動(dòng)性和動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)；（2）重點(diǎn)問題的規(guī)劃和解決方案的確定；（3）深入探討工程技術(shù)的基本概念；（4）創(chuàng)新方式的反饋收集。

CDIO模式目標(biāo)是導(dǎo)向式，即教育學(xué)生在開始任何項(xiàng)目之前都要首先明確基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)目標(biāo)和期望的學(xué)習(xí)成果。CDIO模式還促進(jìn)課程改革，包括設(shè)計(jì)和建造項(xiàng)目，來協(xié)調(diào)和聯(lián)系其他學(xué)科的跨學(xué)科的工程課程。它致力于營造具有挑戰(zhàn)性的經(jīng)歷，讓學(xué)生設(shè)計(jì)、建造和經(jīng)營產(chǎn)品體系。此外，由于創(chuàng)新的教學(xué)風(fēng)格，主動(dòng)性教學(xué)替代了傳統(tǒng)教學(xué)評(píng)估，在CDIO模式中已經(jīng)包括了評(píng)估環(huán)節(jié)，可以針對(duì)個(gè)別學(xué)生的學(xué)習(xí)或者教師的教學(xué)質(zhì)量以及CDIO擬需改進(jìn)方面進(jìn)行評(píng)估。CDIO模式是開放的體系結(jié)構(gòu)，提供適合任何高等院校工程類教育的工程計(jì)劃。

3、數(shù)據(jù)庫原理教育模式與CDIO模式比較

上文給出數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的基本階段和工作流程，針對(duì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)來說，可以看出作為一個(gè)具有整體特征的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，這與CDIO模式的要求相符合。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)幾個(gè)步驟中，我們選取典型4個(gè)環(huán)節(jié)，來分析數(shù)據(jù)庫原理教育模式和CDIO模式的培養(yǎng)目標(biāo)，詳見表1。

由于數(shù)據(jù)庫原理課程涉及整個(gè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，因此課程自成體系，在課程講授過程中，可以采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方式所得效果與CDIO教育模式培養(yǎng)學(xué)生能力的目標(biāo)相符合。同時(shí)，也可以說明數(shù)據(jù)庫原理教育模式是CDIO模式在課程教學(xué)過程中的具體實(shí)現(xiàn)，該教育模式能夠?qū)DIO模式核心特征進(jìn)行展現(xiàn)，并完成學(xué)生多種能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

4、案例說明

本案例是基于本科生數(shù)據(jù)庫原理課程實(shí)際教學(xué)模式進(jìn)行的，該課程是計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，其中32學(xué)時(shí)為理論環(huán)節(jié)，16學(xué)時(shí)為實(shí)踐環(huán)節(jié)。在課程中將項(xiàng)目作為驅(qū)動(dòng)，即以實(shí)現(xiàn)一個(gè)圖書管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)為目標(biāo)，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)逐一完成其設(shè)計(jì)內(nèi)容。例如，在圖書管理信息系統(tǒng)中要求具有管理員權(quán)限的管理人員才可以對(duì)于數(shù)據(jù)庫中的圖書信息進(jìn)行更新操作，而普通用戶僅僅能夠進(jìn)行查詢操作。這就需要利用教材中第4章數(shù)據(jù)庫安全性的知識(shí)點(diǎn)，可以通過設(shè)定用戶表或數(shù)據(jù)庫的操作權(quán)限來完成，同時(shí)將這樣的操作權(quán)限授權(quán)給相應(yīng)的用戶。新注冊(cè)的學(xué)生用戶初始默認(rèn)權(quán)限為普通用戶，可以進(jìn)行查詢圖書信息操作。

在實(shí)踐環(huán)節(jié)，將學(xué)生進(jìn)行分組，分組目的是在培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人能力的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。學(xué)生分組與分工結(jié)構(gòu)如圖2所示。這里需要說明，每個(gè)學(xué)生至少擔(dān)當(dāng)一項(xiàng)具體操作任務(wù)。通過這樣的實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)，可以訓(xùn)練學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力、人際交流能力以及對(duì)大項(xiàng)目的掌握、運(yùn)行和調(diào)控能力。這種教學(xué)模式完全符合CDIO模式要求，具體表現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

4.1 構(gòu)思

根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)，將學(xué)生按每組5～6人進(jìn)行分組，采取學(xué)生組長負(fù)責(zé)制，組內(nèi)進(jìn)行分工。根據(jù)圖書管理信息系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容和業(yè)務(wù)功能需求，進(jìn)行需求分析，數(shù)據(jù)整理，構(gòu)思出圖書管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)字典。

4.2 設(shè)計(jì)

對(duì)已知需求分析結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步分析，完成數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)全局ER圖，以及由ER圖向關(guān)系模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對(duì)邏輯結(jié)構(gòu)利用規(guī)范化理論進(jìn)行邏輯優(yōu)化。項(xiàng)目在這個(gè)過程中，要求學(xué)生完成由多個(gè)局部ER圖合并為全局ER圖時(shí)，做到不同設(shè)計(jì)人員之間的順利溝通，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)能力和溝通能力。

4.3 實(shí)施

對(duì)已進(jìn)行邏輯結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)進(jìn)行物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫實(shí)施，以保證數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)合理。項(xiàng)目在這個(gè)過程中，要求學(xué)生輪流作為數(shù)據(jù)庫實(shí)施人員完成本環(huán)節(jié)工作任務(wù)，以更好地培養(yǎng)其動(dòng)手實(shí)踐能力。

4.4 運(yùn)行

評(píng)估各組設(shè)計(jì)結(jié)果，從考核上要求每個(gè)學(xué)生都積極參與各部分工作，提倡團(tuán)隊(duì)合作精神，培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人能力、創(chuàng)造能力和工程能力，采取學(xué)生組長負(fù)責(zé)制，將本組設(shè)計(jì)方案進(jìn)行描述，并展現(xiàn)與課程知識(shí)點(diǎn)的緊密結(jié)合程度，進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握。從而達(dá)到CDIO模式中對(duì)于學(xué)生掌握厚重專業(yè)技能的要求。

5、結(jié)語

數(shù)據(jù)庫原理課程教育模式在教學(xué)過程中培養(yǎng)并提高了學(xué)生主動(dòng)性和創(chuàng)造能力，以及學(xué)生的自學(xué)能力、思考能力、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫原理課程的教學(xué)效果為后續(xù)專業(yè)課程，如操作系統(tǒng)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)等課程奠定了深厚的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。課程教育效果表明可以培養(yǎng)學(xué)生具備CDIO所要求的多種能力，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生與社會(huì)和用工單位的無縫對(duì)接。endprint