基于計(jì)算思維的文科數(shù)據(jù)庫教學(xué)設(shè)計(jì)

鄒瓊+崔洪芳

摘要：針對大學(xué)經(jīng)濟(jì)類文科專業(yè)學(xué)生在數(shù)據(jù)庫課程學(xué)習(xí)中普遍存在的問題進(jìn)行分析，提出以計(jì)算思維為導(dǎo)向，對數(shù)據(jù)庫課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，利用計(jì)算思維的抽象和自動化特點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫教學(xué)的核心內(nèi)容上設(shè)計(jì)具有高度邏輯性的實(shí)例，最終達(dá)到提高教學(xué)效果以及提升大學(xué)生信息素養(yǎng)的目的。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫；計(jì)算思維；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）26-0016-02

隨著現(xiàn)代社會的高度信息化和智能化，大學(xué)畢業(yè)生所具備的信息素養(yǎng)是否足夠應(yīng)對各項(xiàng)信息化工作的要求這一問題已經(jīng)越來越嚴(yán)峻地?cái)[在各大高校面前。特別是對于大多數(shù)文科經(jīng)濟(jì)類專業(yè)學(xué)生而言，理解和掌握傳統(tǒng)行業(yè)知識與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合發(fā)展的過程，更是需要我們在本科學(xué)習(xí)階段就對相關(guān)信息類課程的學(xué)習(xí)予以重視。數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用課程就是其中最為基礎(chǔ)和重要的一門課程。數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為信息社會數(shù)據(jù)管理的支撐技術(shù)，也是我們每一個大學(xué)畢業(yè)生都要掌握的基本信息技能，能否學(xué)好數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用這門課程對我們的人才培養(yǎng)起到了關(guān)鍵性的作用。

1 文科類學(xué)生在數(shù)據(jù)庫學(xué)習(xí)中的現(xiàn)狀

1.1 學(xué)習(xí)目的不明確

教學(xué)過程中我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，文科類專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫課程中有學(xué)習(xí)目的不清的問題。雖然每次在課程簡介時都會將課程的學(xué)習(xí)目的和學(xué)習(xí)意義加以論述，但是在“實(shí)用論”盛行的今天，不少學(xué)生在對待課程學(xué)習(xí)時也以此當(dāng)信條，“有用”的課就認(rèn)真對待，“沒用”的課程就胡亂應(yīng)付。實(shí)際教學(xué)中經(jīng)常遇到非計(jì)算機(jī)專業(yè)特別是一些文科專業(yè)的學(xué)生在遇到困難的第一時間的問題竟然是：我又不搞計(jì)算機(jī)，干啥要學(xué)數(shù)據(jù)庫？由此可見學(xué)生對數(shù)據(jù)庫技術(shù)的認(rèn)識還只停留在是一門實(shí)操應(yīng)用類課程，僅僅是計(jì)算機(jī)的專業(yè)課與自己專業(yè)無關(guān)，不能很好地理解信息技術(shù)對其他專業(yè)的支撐作用，更談不上用計(jì)算思維的方式來分析解決問題。這恰恰也反映出部分文科專業(yè)學(xué)生的信息素養(yǎng)是十分欠缺的。學(xué)習(xí)目的不明確直接影響學(xué)習(xí)動力，在消極狀態(tài)下的應(yīng)付了事導(dǎo)致逃課和作業(yè)抄襲的情況屢禁不止，既達(dá)不到教學(xué)目的同時也極大影響了老師的教學(xué)熱情。

1.2 學(xué)習(xí)能力不足

文科專業(yè)的學(xué)生大多數(shù)的特點(diǎn)就是感性思維勝于理性，形象思維遠(yuǎn)多于抽象思維，在面對數(shù)據(jù)庫這樣的理論性強(qiáng)同時較為抽象的學(xué)習(xí)對象時，自然而然會有不適應(yīng)進(jìn)而產(chǎn)生畏難情緒，直接的表現(xiàn)就是學(xué)習(xí)能力不足。特別是涉及數(shù)據(jù)庫技術(shù)中的面向?qū)ο蟮木幊滩糠郑麄€問題的最終求解過程都是高度抽象的，不論是待解決問題的形式化的描述，還是解決問題所采用的嚴(yán)密的計(jì)算方式都要求同學(xué)們具備一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和邏輯思維能力，對學(xué)生的理解能力要求較高。文科專業(yè)學(xué)生的思維短板在此時顯露無遺，亟需我們教育工作者改變傳統(tǒng)教學(xué)方法，積極尋求適合學(xué)生特點(diǎn)的應(yīng)對之道。

1.3 教學(xué)設(shè)計(jì)乏善可陳，教學(xué)效果不理想

在高校普遍實(shí)行的學(xué)分制教學(xué)管理體制下，各門課程的學(xué)分學(xué)時被嚴(yán)格控制，數(shù)據(jù)庫課程也不例外；同時非計(jì)算機(jī)專業(yè)的數(shù)據(jù)庫課程作為一門打包課程將計(jì)算機(jī)專業(yè)2、3門課的知識融合一起，教學(xué)內(nèi)容量多面廣；而且教學(xué)對象又是基礎(chǔ)薄弱的文科生，層層壓力下不少教師都失去了對教學(xué)內(nèi)容精心設(shè)計(jì)的耐心，不自覺地陷入“填鴨式”教學(xué)的老路。大量晦澀難懂的新概念和割裂的知識點(diǎn)紛至沓來，把學(xué)生僅存的一點(diǎn)學(xué)習(xí)熱情也澆滅了，教學(xué)效果無從談起。

2 引入計(jì)算思維，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)

針對文科類專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和專業(yè)特點(diǎn)，圍繞著應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求，我們嘗試以計(jì)算思維為導(dǎo)向，不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)過程實(shí)施等方面尋求新的解決思路。

2.1 計(jì)算思維

國際上普遍認(rèn)同的計(jì)算思維的定義是由美國的周以真教授2006年提出的，他認(rèn)為計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)廣度的一系列思維活動[1]。針對大多數(shù)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的人員而言，計(jì)算思維的運(yùn)用意味著能夠有效利用計(jì)算機(jī)及其相關(guān)軟硬件、方法和技術(shù)以及計(jì)算環(huán)境和資源，特別是相關(guān)思想來增強(qiáng)解決問題的能力，提高工作效率。隨著信息化社會的飛速發(fā)展，運(yùn)用計(jì)算思維的思維方法解決生產(chǎn)生活中的各種問題的能力已經(jīng)成為所有合格大學(xué)生所必須具備的基本能力。于是不斷有學(xué)者在此基礎(chǔ)之上對計(jì)算思維能力對教育及學(xué)習(xí)能力的影響做出新的探索和研究。

計(jì)算思維最基本的特征就是“抽象”和“自動化”。許多現(xiàn)實(shí)中的問題用計(jì)算機(jī)來解決的第一步就是“抽象”。通過抽象建模，使問題易于描述表達(dá)并存儲于計(jì)算機(jī)。而數(shù)據(jù)庫所采用的關(guān)系模型正是通過將客觀世界不斷抽象所得到的邏輯結(jié)構(gòu)，所以學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)表的過程能夠自然的使學(xué)生體會到抽象建模對于解決問題的重要意義。而計(jì)算思維中的另一面“自動化”則代表了對已經(jīng)抽象的對象進(jìn)行有限次執(zhí)行邏輯的判斷規(guī)劃，然后“一步步”求解出問題的過程。這一過程最普遍對應(yīng)的就是計(jì)算機(jī)中編程求解的算法推導(dǎo)過程，但是對于數(shù)據(jù)庫課程而言，核心的查詢對象的創(chuàng)建及運(yùn)行過程同樣可以極佳的體現(xiàn)“先規(guī)劃，再求解”的計(jì)算思維的解題思路。因此，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)模式下，我們把培養(yǎng)計(jì)算思維能力作為教學(xué)改革的著眼點(diǎn)，對提高數(shù)據(jù)庫課程的教學(xué)效果有著先進(jìn)的指導(dǎo)意義。

2.2 嵌入計(jì)算思維的改革實(shí)踐

國人對計(jì)算思維的思維方式的認(rèn)識尚淺，如何利用計(jì)算思維改善教學(xué)效果經(jīng)驗(yàn)積累也不足，特別是針對非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)類課程的學(xué)習(xí)，從培養(yǎng)計(jì)算思維能力的角度出發(fā)，我們需要大量創(chuàng)新性的教學(xué)思路與設(shè)計(jì)。

（1） 在基礎(chǔ)理論知識中融入計(jì)算思維

數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用課程教學(xué)目標(biāo)雖然重在應(yīng)用，但是如果要學(xué)生正確理解數(shù)據(jù)庫的基本原理，從底層構(gòu)建計(jì)算思維的思維雛形，那么對于理論知識的理解就不能一筆帶過應(yīng)付了事。老師必須花力氣落實(shí)數(shù)據(jù)模型等核心概念的理解。在實(shí)際教學(xué)中，雖然理論知識的篇幅一般較短，往往集中在全書的第一章或是每個章節(jié)的前兩段。但是它對于后續(xù)應(yīng)用的操作方法的理解及掌握至關(guān)重要。這里還是以“關(guān)系模型”的講解為例。如果只是簡單地將表的截圖展示給學(xué)生，簡單陳述每一個專業(yè)術(shù)語，對學(xué)生來說是難以體會關(guān)系模型的優(yōu)勢之所在的。甚至有學(xué)生會以為這不就是普通的Excel表格嗎？怎么就成模型了，模擬了什么呢？所以，我們在實(shí)踐中運(yùn)用計(jì)算思維的“抽象”理解來設(shè)計(jì)教學(xué)思路。從數(shù)據(jù)模型的抽象意義入手，強(qiáng)調(diào)建模對于客觀世界的描述功能，歸納出所有客觀事物都可以表示為實(shí)體及實(shí)體的聯(lián)系這兩個基本元素；然后說明為了在計(jì)算機(jī)中表示出這兩個要素必須采用一定的模型來表達(dá)，并且對曾經(jīng)的經(jīng)典模型層次、網(wǎng)狀的優(yōu)缺點(diǎn)加以比較；最后通過對二維表的嚴(yán)密的數(shù)學(xué)特征加以分析，使學(xué)生了解到二維表中的行列代表的意義，理解關(guān)系模型在表達(dá)實(shí)體及其聯(lián)系時達(dá)到了描述上的一致這一決定性的優(yōu)勢，從而產(chǎn)生對關(guān)系模型中“抽象”的感性認(rèn)識，理解二維表與普通的Excel表格的不同之處，進(jìn)而掌握關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)。endprint

（2） 在參照完整性理解與應(yīng)用舉例中運(yùn)用計(jì)算思維

使用數(shù)據(jù)庫來管理數(shù)據(jù)的最大優(yōu)勢是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以保證數(shù)據(jù)的參照完整性。很多同學(xué)在剛開始學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫時容易將數(shù)據(jù)庫與Excel表格處理軟件等同起來，認(rèn)為簡單的表格就能存儲數(shù)據(jù)，為什么還需要數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)？這時候?qū)?shù)據(jù)庫中的參照完整性特點(diǎn)的全面而深刻的講解至關(guān)重要。這里可以運(yùn)用計(jì)算思維中的“自動化”處理方式的理解來進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，一般需要先從舉例子開始，比如向?qū)W生提問，在一個傳統(tǒng)的教學(xué)管理系統(tǒng)中，如果一門課程的編號更改了，原來這門課程的成績該如何處理？是一個個手動修改還是自動更新靠得住？如果添加成績的時候，課程的編號輸入有誤，課程表里沒有這個編號，在Excel中能夠自動檢查出來嗎？如果一門課程刪除了，以前這門課程的成績又該如何自動處理呢？當(dāng)這幾個問題連續(xù)拋出時，往往會瞬間將學(xué)生帶入沉思，這時候再講解參照完整性規(guī)則以及更新和刪除規(guī)則的作用，學(xué)生就能很快理解到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的超凡之處。

（3） 在查詢的設(shè)計(jì)過程中體現(xiàn)計(jì)算思維

查詢是整個數(shù)據(jù)庫教學(xué)中的核心要點(diǎn)和難點(diǎn)。以往的教學(xué)過程中，學(xué)生在建立復(fù)雜查詢特別是涉及統(tǒng)計(jì)匯總的時候，往往不知道從哪里下手，對查詢設(shè)計(jì)視圖的每一個要點(diǎn)的設(shè)置不能形成邏輯上的思維鏈條。為了訓(xùn)練學(xué)生計(jì)算思維能力，這里的有關(guān)邏輯思維的教學(xué)設(shè)計(jì)非常重要。具體可以從查詢的目的入手，通過分析問題并結(jié)合數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)構(gòu)建一個完整的解題思路鏈條：首先分析問題中的查詢檢索項(xiàng)，回答“查什么？”，然后確定檢索項(xiàng)來源，回答“從哪里查？”，接著找檢索項(xiàng)“有限制條件嗎？”，最后再看是否需要分類匯總。整個思維過程下來，查詢的設(shè)置就完成了。學(xué)生也會因?yàn)閺?qiáng)烈的邏輯關(guān)系形成深刻的記憶。在講解SQL語句中的group by、having等子句時，同樣可以按照邏輯關(guān)系進(jìn)行舉例的設(shè)計(jì)。按照由淺入深層層遞進(jìn)的邏輯關(guān)系，采用三段式的舉例方式來實(shí)現(xiàn)。先舉例“如何查詢?nèi)嗤瑢W(xué)的選課情況？”，這就是一個最簡單常見的select—from句式，學(xué)生回答基本無壓力。接著問題深入，“如果需要按照課程分組查詢每門課程的選課人數(shù)，怎么辦？”，這時group by子句就派上用場了，提示同學(xué)們需要按照課程號來分組實(shí)現(xiàn)。緊接著繼續(xù)提問“如果要查詢至少有5個人選了的課程情況，又該如何實(shí)現(xiàn)呢？”，此時學(xué)生們往往陷入思考，自然而然引出了having子句的適用場合。不同于以往割裂地一個一個短語的解釋再舉例，而是例子之間存在遞進(jìn)入的邏輯關(guān)聯(lián)，這種教學(xué)設(shè)計(jì)能夠很大程度地吸引學(xué)生的注意力進(jìn)而提高學(xué)生的思維能力。還有一個學(xué)生們難于理解經(jīng)常出錯的地方就是關(guān)于匯總與計(jì)算字段的區(qū)別問題。對于題目中出現(xiàn)的匯總或者是求平均值的問題是需要根據(jù)數(shù)據(jù)庫中表的邏輯結(jié)構(gòu)來決定具體查詢設(shè)計(jì)的，對于何時采用“匯總”何時采用計(jì)算字段，一般的教學(xué)方法中可能只能提示同學(xué)們?nèi)シ治霰淼倪壿嫿Y(jié)構(gòu)，而這對于大多數(shù)文科專業(yè)學(xué)生而言過于抽象，難于掌握。這里我從另一個角度出發(fā)，教同學(xué)們直接觀察表的數(shù)據(jù)表視圖，看需要統(tǒng)計(jì)的是“縱向”還是“橫向”的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)的幾何特點(diǎn)來思考，需要縱向統(tǒng)計(jì)的就采用“匯總”，而需要橫向統(tǒng)計(jì)的就是采用計(jì)算字段的方法了。這種判定方法簡單直觀而且可以讓學(xué)生更快地理解查詢語句中匯總的原理。

3 結(jié)束語

根據(jù)國家十三五規(guī)劃綱要提出的著力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)目標(biāo)，我們從提高學(xué)生的計(jì)算思維能力入手進(jìn)行教學(xué)改革非常必要。圍繞學(xué)生計(jì)算思維能力的提高我們對數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用這門課程嘗試了一系列教學(xué)模式和教學(xué)方法的改革，對于文科類專業(yè)學(xué)生的教學(xué)起到了非常明顯的促進(jìn)作用，一定程度上提高了他們的信息素養(yǎng)。后續(xù)還需要按照不同專業(yè)的學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)來制定更為具體的教學(xué)內(nèi)容，包括實(shí)踐教學(xué)和案例設(shè)計(jì)等等，才能更為精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

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