基于CDIO工程教育模式的數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用——教學(xué)改革與實(shí)踐

張 暉

（福建江夏學(xué)院 電子信息科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350108）

一 前 言

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，是信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，是信息化建設(shè)的基石?！稊?shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用》該門(mén)課程是計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)的核心基礎(chǔ)課程[1]。例如，計(jì)算機(jī)科學(xué)專(zhuān)業(yè)、軟件工程專(zhuān)業(yè)、信息系統(tǒng)與管理專(zhuān)業(yè)等。該門(mén)課程的教學(xué)目標(biāo)是：要求學(xué)生能夠掌握一定的理論基礎(chǔ)，并能與各自的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域相結(jié)合，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理以及能夠運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)靈活的解決實(shí)際問(wèn)題的能力。對(duì)于計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)，從筆者多年的教學(xué)實(shí)踐以及指導(dǎo)畢業(yè)生論文的編寫(xiě)過(guò)程看，《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用》這門(mén)課程教學(xué)存在著如下幾個(gè)問(wèn)題：

一是計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生基礎(chǔ)不一。以信息系統(tǒng)與管理專(zhuān)業(yè)為例，在相當(dāng)多的院校中該專(zhuān)業(yè)歸屬于管理專(zhuān)業(yè)，其招收的學(xué)生多是文理科兼收。而由于專(zhuān)業(yè)的不同，各個(gè)院校教學(xué)計(jì)劃的設(shè)置也千差萬(wàn)別。這就造成了不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，其邏輯思維、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)能力的不同。

二是教材內(nèi)容太廣泛，理論性太強(qiáng)。以筆者采用的王珊教授著的《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論》[2]為例，其內(nèi)容涵蓋數(shù)學(xué)理論、設(shè)計(jì)思想、應(yīng)用操作、編程技術(shù)等方面。而其命令操作的內(nèi)容卻偏向于簡(jiǎn)單了。

三是傳統(tǒng)教學(xué)方法偏向于理論傳授，而忽視了實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)。教師課堂上講授多，學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)少。學(xué)校對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，與社會(huì)的需求脫節(jié)。

CDIO工程教育模式是麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)，在繼承和發(fā)展了歐美20多年來(lái)工程教育改革的理念提出的工程教育理念[3]。其含義表示構(gòu)思（C）、設(shè)計(jì)（D）、實(shí)現(xiàn)（I）和運(yùn)作（O）。另外，CDIO 教育模式還有針對(duì)性的提出了進(jìn)行能力培養(yǎng)、實(shí)施以及檢驗(yàn)的12條標(biāo)準(zhǔn)。

CDIO教育模式其目的是培養(yǎng)學(xué)生理論知識(shí)學(xué)習(xí)能力、個(gè)人素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和工程實(shí)踐能力等四個(gè)方面的能力。下面筆者將結(jié)合CDIO教育模式的理念，對(duì)《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用》該門(mén)課程教學(xué)環(huán)節(jié)談?wù)劰P者的認(rèn)識(shí)和體會(huì)，和大家交流。

2 教學(xué)改革的思路

（一）提倡素質(zhì)教育，全面強(qiáng)化基礎(chǔ)教育

1.素質(zhì)教育，教師為先。首先應(yīng)該對(duì)教師進(jìn)行培訓(xùn)和提高，提高教師的CDIO的能力。在CDIO標(biāo)準(zhǔn)9中就提到了加強(qiáng)教師能力的詳細(xì)要求。標(biāo)準(zhǔn)要求教師加強(qiáng)個(gè)人學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、工程實(shí)踐能力等方面的素質(zhì)。以《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用》這門(mén)課程為例，作為學(xué)校方面可以加強(qiáng)與微軟或甲骨文等企業(yè)的培訓(xùn)聯(lián)系，定期選派教師到企業(yè)去加強(qiáng)理論知識(shí)甚至是開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)項(xiàng)目的培訓(xùn)。通過(guò)這些培訓(xùn)加強(qiáng)教師自身能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的能力。只有在教師加強(qiáng)了這些方面的能力后，才能將其充分的應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)工作中。

2.全面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。要提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，需要從“教”和“學(xué)”兩方面進(jìn)行。首先從“教”的方面看，教師需要考慮到學(xué)生專(zhuān)業(yè)以及個(gè)體的差異性，需要學(xué)會(huì)從學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的出發(fā)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，學(xué)會(huì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；其次，從“學(xué)”的方面看，要以全面提高學(xué)生的基本素質(zhì)為根本目的，為學(xué)生奠定好扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。當(dāng)然，這并不意味著教學(xué)內(nèi)容是越全越好，而應(yīng)該綜合考慮學(xué)生的實(shí)際情況加以取舍。以本課程為例，在課程內(nèi)容的“構(gòu)思”階段，就要充分考慮到學(xué)生的基礎(chǔ)能力不一的情況。如果，在課程內(nèi)容上太過(guò)強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)就會(huì)在一開(kāi)始就讓學(xué)生失去了學(xué)習(xí)的興趣。所以，在這門(mén)課程的內(nèi)容的“設(shè)計(jì)”上，筆者做了如下表的內(nèi)容調(diào)整。

表1.“數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用”課程理論改革方案

（二）通過(guò)實(shí)踐改革，提高學(xué)生的個(gè)人能力

1.課程設(shè)計(jì)教學(xué)計(jì)劃的改革。目前“數(shù)據(jù)庫(kù)課程設(shè)計(jì)”這部分的內(nèi)容，相當(dāng)一部分的院校將其放在上理論課程的同一個(gè)學(xué)期內(nèi)完成。那么在時(shí)間規(guī)劃上，有的院校是邊上理論課，邊做大作業(yè)。而筆者所在的學(xué)院，則安排在學(xué)期末的二周內(nèi)，專(zhuān)門(mén)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。筆者以為，這兩種方式都不可取。第一種方式是邊上理論課，邊做大作業(yè)：這種方式對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，無(wú)法進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作的訓(xùn)練，而且對(duì)于學(xué)生個(gè)人能力的提高也沒(méi)有太大的促進(jìn)作用。第二種方式是在學(xué)期末規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成：這種方式雖然可以組織學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作，在一定程度上鍛煉了學(xué)生的人際團(tuán)隊(duì)能力。但是時(shí)間較緊，學(xué)生還沒(méi)磨合完畢就要完成課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，這種鍛煉團(tuán)隊(duì)能力的作用是很有限的。同時(shí)，筆者以為期末有限時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，對(duì)于理論基礎(chǔ)還比較薄弱、又沒(méi)有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)不可能完成“好”的任務(wù)。所以，筆者認(rèn)為，課程設(shè)計(jì)需要單獨(dú)安排一個(gè)學(xué)期進(jìn)行。

2.理論實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革。理論實(shí)驗(yàn)可以增強(qiáng)理論教學(xué)的效果，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中，更好地實(shí)踐CDIO的O（Operate）。筆者將課程實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，結(jié)合某個(gè)實(shí)際應(yīng)用的例子將課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為2個(gè)層次[4]：

第一層（基礎(chǔ)理論實(shí)驗(yàn)）：要求學(xué)生能運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)建庫(kù)、建表、建索引、建視圖，以及查找、插入、刪除、更改等基本操作；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性控制的基礎(chǔ)操作；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的備份與還原的基本操作。

第二層（實(shí)際應(yīng)用實(shí)驗(yàn)）：要求學(xué)生能根據(jù)應(yīng)用的實(shí)際情況，自行設(shè)計(jì)查詢(xún)的要求以及實(shí)現(xiàn)查詢(xún)命令；能夠結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況自行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全策略；能夠結(jié)合企業(yè)的不同要求自行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的備份與還原策略。

實(shí)驗(yàn)后，要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中碰到的問(wèn)題以及解決方法進(jìn)行說(shuō)明、歸納和總結(jié)。在此期間，教師可以在課間或課后，針對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題加以引導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生自行得出相關(guān)問(wèn)題的答案。

（三）課程設(shè)計(jì)改革，提高學(xué)生的人際交往和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力

CDIO教育模式的標(biāo)準(zhǔn)7，提出了利用教學(xué)過(guò)程中的工程實(shí)踐工作，在讓學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，提高其自身的素質(zhì)、人際交往的能力以及通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行產(chǎn)品和應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的能力。這種教學(xué)模式將學(xué)科理論學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐項(xiàng)目相結(jié)合，打破傳統(tǒng)那種“填鴨式”的理論學(xué)習(xí)模式。這種教學(xué)過(guò)程能夠充分提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，可以最大程度避免了目前企業(yè)實(shí)際需求與學(xué)校培養(yǎng)計(jì)劃之間嚴(yán)重脫節(jié)的供需矛盾，為將來(lái)學(xué)生畢業(yè)走向企業(yè)，提高學(xué)校就業(yè)率打下良好的基礎(chǔ)。

對(duì)于“數(shù)據(jù)庫(kù)課程設(shè)計(jì)”的實(shí)踐改革內(nèi)容，筆者做了如下的規(guī)劃：

“課程設(shè)計(jì)”選題時(shí)，采用雙向選擇，即任課老師提供多個(gè)實(shí)際應(yīng)用的項(xiàng)目題目，學(xué)生可以從中選擇，或者由學(xué)生自行通過(guò)查找資料選定一個(gè)題目。每個(gè)題目最多允許4-5個(gè)學(xué)生選擇，從而形成討論組，便于在學(xué)習(xí)過(guò)程相互討論，提高實(shí)訓(xùn)效果。以小組為單位完成設(shè)計(jì)過(guò)程，要求各個(gè)小組選出組長(zhǎng)。在各個(gè)階段結(jié)束時(shí)，組長(zhǎng)需提交小組工作總結(jié)報(bào)告，對(duì)小組成員的工作量、完成情況、問(wèn)題解決以及工作能力做出評(píng)價(jià)，真正模擬工程項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程，提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，當(dāng)然也包括一部分學(xué)生的領(lǐng)導(dǎo)能力。由每位組長(zhǎng)和組員一起商量，分配每個(gè)階段的工作任務(wù)。在此期間中，教師可以全程參與其中，對(duì)任務(wù)的分配提出指導(dǎo)性意見(jiàn)。但是，教師并不要急于給出結(jié)論性意見(jiàn)，而是應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生多上網(wǎng)查詢(xún)資料或者通過(guò)小組討論解決，以培養(yǎng)學(xué)生的自行發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。學(xué)會(huì)掌握知識(shí)的內(nèi)在涵義，并能將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際應(yīng)用中，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

每個(gè)階段，各個(gè)小組都需要提交階段性報(bào)告，各個(gè)階段性報(bào)告由教師編寫(xiě)出詳細(xì)的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)，并提出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)要求，給出設(shè)計(jì)范例，以便于學(xué)生從模板開(kāi)始，快速提高。對(duì)各個(gè)階段的時(shí)間安排，教師要做出詳細(xì)和周密的規(guī)劃，要求學(xué)生能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成相關(guān)的工作任務(wù)。每個(gè)小組根據(jù)課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐要求，獨(dú)立逐一完成數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的各個(gè)步驟，包括需求理解、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試，并提交相應(yīng)的階段性報(bào)告。其階段性的具體內(nèi)容如下表所示：

表2.“數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用”課程設(shè)計(jì)改革方案

（四） 教學(xué)整體性改革，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)

CDIO模式的標(biāo)準(zhǔn)3提出了建立學(xué)科相關(guān)課程之間的關(guān)聯(lián)，使學(xué)科的培養(yǎng)目標(biāo)能夠得到多門(mén)課程的相互支持。我們需要制定詳細(xì)的教學(xué)計(jì)劃，使得課程之間的銜接能夠針對(duì)CDIO教學(xué)模式的特點(diǎn)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)2所要達(dá)到的4個(gè)類(lèi)型素質(zhì)和能力的目標(biāo)。

1.教學(xué)內(nèi)容的整體性思考。以往的課程設(shè)置時(shí)，主要是考慮到學(xué)科的前后順序。但是，不同學(xué)科內(nèi)容的考慮都是相對(duì)獨(dú)立的，很少考慮到其中內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性。根據(jù)CDIO模式的理念，要求充分考慮相關(guān)課程內(nèi)容之間的關(guān)系，以避免不必要的內(nèi)容重復(fù)。這就要求教師在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，知識(shí)面要廣泛，要全面通盤(pán)的考慮課程與課程之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，針對(duì)不對(duì)的學(xué)生情況或?qū)I(yè)情況進(jìn)行調(diào)整。以《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用》為例，該門(mén)課程的先修課程包括：離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等多門(mén)課程。但是，計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)不一、先修課程設(shè)置的不同，造成了在教學(xué)內(nèi)容上很大的差異性。教師必須充分考慮這種差異性，對(duì)教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整。

2.成績(jī)考核模式改革。CDIO模式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)11，要求對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行評(píng)估。CDIO的教學(xué)模式要求整個(gè)課程構(gòu)思、設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程要堅(jiān)持以能力為本。因此，我們要保證對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行有效和合理的評(píng)價(jià)，就需要針對(duì)不同的能力設(shè)計(jì)不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用》課程的成績(jī)考核模式的改革中，筆者改變了過(guò)去以期末考試作為唯一的成績(jī)考核方式。數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用的成績(jī)考核分成兩個(gè)部分：一個(gè)是理論學(xué)習(xí)部分，另一個(gè)是課程設(shè)計(jì)部分。對(duì)于理論學(xué)習(xí)的成績(jī)考核主要由幾個(gè)部分組成：平時(shí)考勤成績(jī)占5%、理論實(shí)踐成績(jī)10%、課堂提問(wèn)成績(jī)5%、期中成績(jī)10%以及期末成績(jī)70%。至于課程設(shè)計(jì)的成績(jī)考核則按照需求理解、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試的六個(gè)階段分別給出考核成績(jī)，再綜合小組平時(shí)的考勤情況、組長(zhǎng)給出的考核成績(jī)，做出最終的成績(jī)?cè)u(píng)定。盡力將學(xué)生的自主學(xué)習(xí)情況、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)過(guò)程情況等納入成績(jī)考核評(píng)定體系，努力形成對(duì)學(xué)生各種能力的綜合評(píng)定體系。

三 小 結(jié)

今后筆者將結(jié)合本院的精品課程申請(qǐng)工作，進(jìn)一步探索CDIO教育模式在數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用課程的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)中的運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)打下了良好的基礎(chǔ)[5]。

[1]羅永紅,杜偉章.“數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用”教學(xué)內(nèi)容和考核方式的改革與實(shí)踐[J].課程教材改革,2012,(7):47-53.

[2]王珊,薩師煊.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論[M].北京:高等教育出版社,2006:40-307.

[3]徐楊.CDIO工程教育模式與高校工科學(xué)生素質(zhì)教育的探討[J].才智,2009,(29):259-260.

[4]董晨,戴敏,張樺.基于CDIO模式的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育,2012,(6):36-40.

[5]施永香,荊霞.基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)課程實(shí)踐教學(xué)改革[J].中國(guó)管理信息化,2012,(3):84-85.