面向計算思維培養(yǎng)的數(shù)據(jù)庫課程實踐教學(xué)體系研究

韓芳+++吳西燕

TP311.13-4

一、什么是計算思維

2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計算機(jī)科學(xué)系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國計算機(jī)權(quán)威期刊《Communicationse ACM》雜志上發(fā)表并定義了計算思維（Computational Thinking）[1]。計算思維（Computational Thinking）是運用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為[2]。

計算思維的核心是計算思維方法。但最終，計算思維的根本目的是解決問題，即問題求解系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解。從計算機(jī)應(yīng)用的角度來說，解決問題就是計算機(jī)的應(yīng)用問題，這也就是我們經(jīng)常所說的計算思維能力。例如，設(shè)計一個數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)、創(chuàng)建一個電子商務(wù)網(wǎng)站、制造一個機(jī)器人等都是計算機(jī)應(yīng)用問題，是計算思維的目的所在。

要牢固地掌握一種思維方法，緊靠課堂教學(xué)很容易使學(xué)生陷入似懂非懂、紙上談兵的境地。而針對數(shù)據(jù)庫課程的特點，加強(qiáng)和提高學(xué)生的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用能力則顯得尤其重要。所以，在實踐教學(xué)中應(yīng)該逐步以培養(yǎng)計算思維為導(dǎo)向，鍛煉學(xué)生對計算思維方法的運用、探索解決實際問題的過程。這不僅是對課堂教學(xué)的補(bǔ)充，也是提高實踐能力、積累經(jīng)驗、培養(yǎng)計算思維的必需之策。

二、面向計算思維培養(yǎng)的數(shù)據(jù)庫課程實踐教學(xué)體系

1.構(gòu)建多層次的課程實驗體系

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫實驗，大多是驗證型實驗。而當(dāng)實驗手冊中的步驟或者命令使用錯誤的時候，學(xué)生往往無所適從，無法解決問題。因為學(xué)生已習(xí)慣了接受，缺乏基本設(shè)計能力和解決問題的能力，這和計算思維培養(yǎng)的導(dǎo)向是相背離的。

在面向計算思維培養(yǎng)的上機(jī)實驗的設(shè)計中，采取循序漸進(jìn)、由淺入深的思路，通過優(yōu)化實驗內(nèi)容，構(gòu)建驗證性、設(shè)計性、開放性和綜合性等多層次的實驗體系。

開放性實驗，要求學(xué)生遵循計算思維規(guī)律，自由探索，建立并優(yōu)化數(shù)據(jù)模型，引導(dǎo)學(xué)生利用 SQL 語言進(jìn)行數(shù)據(jù)庫編程進(jìn)行驗證，并在計算機(jī)上驗證正確結(jié)果。

驗證型實驗要求學(xué)生模擬教師解決問題的方法完成實驗內(nèi)容，是計算思維方法的模仿；

設(shè)計型實驗綜合運用多種計算思維方法分析問題和解決問題，是計算思維方法的綜合運用。

2.基于任務(wù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計

在課程設(shè)計環(huán)節(jié)中，由學(xué)生自組小組分工合作。不僅鍛煉了學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力和團(tuán)隊協(xié)作精神，更進(jìn)一步地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力和探索、創(chuàng)新精神，是計算思維方法的拓展和升華。

教師和學(xué)生圍繞案例和任務(wù)開展教學(xué)活動。教師的主要工作包括設(shè)計任務(wù)、呈現(xiàn)問題、輔助任務(wù)實施和總結(jié)評價，學(xué)生通過明確任務(wù)，分析問題、共享交流和反思內(nèi)化等教學(xué)活動訓(xùn)練計算思維，培養(yǎng)分析解決問題和實踐創(chuàng)新的能力。

計算思維是一種問題求解的思維，問題求解過程分為五個步驟： 呈現(xiàn)問題、分析問題、聯(lián)系、行為選擇和反思檢驗[3]。而在具體的課程設(shè)計環(huán)節(jié)中，這個問題求解過程可以體現(xiàn)為以下幾個階段。

（1）設(shè)計任務(wù)，展現(xiàn)問題

教師根據(jù)數(shù)據(jù)庫課程特點，運用計算思維的一系列方法設(shè)計任務(wù)，呈現(xiàn)問題。要求學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計的同時，以分組協(xié)作的方式完成從系統(tǒng)的需求分析、概念設(shè)計、邏輯設(shè)計、物理設(shè)計等設(shè)計開發(fā)過程，最終實現(xiàn)一個較為完整的反映應(yīng)用需求的管理信息系統(tǒng)。這種分而治之的策略，將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分解為若干個簡單的問題，再以設(shè)計成果的形式要求學(xué)生完成課程任務(wù)，是計算思維中的關(guān)注點分離（ SOC）思維方法[4]的體現(xiàn)。

學(xué)生以每組4-6人的形式自由組合，成立協(xié)作學(xué)習(xí)的項目小組，每組選出項目負(fù)責(zé)人.教師通過展示往屆學(xué)生的數(shù)據(jù)庫設(shè)計作品，向?qū)W生提供部分參考。無論學(xué)生選擇什么樣的項目，最終的設(shè)計目的， 都是通過設(shè)計一個相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)，突出應(yīng)用系統(tǒng)級的問題求解方式的訓(xùn)練。

（2）明確任務(wù)，分析問題

學(xué)生在教師的實時指導(dǎo)下，明確任務(wù)目標(biāo)，運用計算思維方法分析問題，通過參考書、網(wǎng)絡(luò)、實地調(diào)研等各種途徑進(jìn)行自主檢索、探究，思考解決問題的途徑。

（3）任務(wù)實施

根據(jù)所選項目，各組同學(xué)分工協(xié)作，定期交流各自完成的情況。對于設(shè)計過程中遇到的問題，可以通過組間討論，或向老師請教，以保證按時完成項目.各組成員在項目負(fù)責(zé)人的領(lǐng)導(dǎo)下，結(jié)合計算思維的系列方法，利用管理信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行系統(tǒng)的需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時撰寫數(shù)據(jù)庫設(shè)計各階段的技術(shù)文檔。

在這整個的數(shù)據(jù)庫的各個設(shè)計階段中，體現(xiàn)了各種計算思維方法的綜合運用，如抽象方法、折衷方法、保護(hù)、冗余、容錯、糾錯和恢復(fù)等方法[5]。學(xué)生從課程設(shè)計中獲得了極大的成就感，有效地將所學(xué)的各專業(yè)模塊的理論知識綜合運用到實際中，對已有知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拓展性的創(chuàng)新。

（4）總結(jié)評價

在課程設(shè)計的最后階段，學(xué)生以分組演講的形式展示本組的項目成果，以答辯的形式接受全班學(xué)生及教師所提出的問題，從而對自己的設(shè)計進(jìn)行反思和總結(jié)。這種方式可以極大的刺激大多數(shù)同學(xué)積極思考。并讓書本知識在頭腦中形成深刻的印象，實現(xiàn)知識的遷移、升華，從而進(jìn)一步強(qiáng)化所學(xué)的知識。

教師應(yīng)對答辯情況進(jìn)行點評和打分。通過答辯的方式，培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力和綜合素質(zhì)，也使學(xué)生深刻理解計算思維及設(shè)計方法。

三、結(jié)語

計算思維作為問題求解、系統(tǒng)設(shè)計和人類行為理解的一種思維方式已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注。通過改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生具有計算思維能力，已成為現(xiàn)階段計算機(jī)學(xué)科核心課程新的教學(xué)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳國良. 計算思維與大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教育[R]. 濟(jì)南： 第六屆大學(xué)計算機(jī)課程報告論壇，2010.

[2] WING J M. Computational Thinking[J]. Communication of the ACM.2006，49（ 3） ：33 -35 .

[3]陳國良，董榮勝. 計算思維與大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教育[J]. 中國大學(xué)教學(xué)，2011（ 1） ：7 -11.

[4]毛嘉莉，李明東，董文，岳淼. 數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)中強(qiáng)化計算思維訓(xùn)練的實踐探索[J].西華師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版） ，2012（12）：408——411

[5]程春玲，張少嫻，陳蕾.基于計算思維能力培養(yǎng)的數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)研究[J].中國電力教育，2012（8）：81——82，87