基于項目學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計教學(xué)模式探討

鄧立苗 陳龍猛

摘要：該文探討了一種基于項目學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計教學(xué)模式，這種教學(xué)模式集項目學(xué)習(xí)法（PBL）、項目開發(fā)技術(shù)和管理方法于一體，采用一系列項目模仿數(shù)據(jù)庫實際開發(fā)過程，同時在教學(xué)過程中綜合使用多種教學(xué)方法，并提出了有效的評價機制。結(jié)果表明，此教學(xué)模式比較適合于數(shù)據(jù)庫設(shè)計的教學(xué)，能夠使學(xué)生積極參與到教學(xué)過程中，從而提高教學(xué)效果，對學(xué)生的實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力也有一定的提高。

關(guān)鍵詞：項目學(xué)習(xí);數(shù)據(jù)庫設(shè)計;啟發(fā)式教學(xué);項目評價

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2019）01-0129-03

Research on Teaching Model of Database Design based on Project Learning

DENG Li-miao， CHEN Long-meng*

（College of Science and Information， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， China）

Abstract：This paper presents a teaching model of database design based on project learning， which integrates project-based learning（PBL）， project development technology and management method. A series of projects are used to imitate the actual development process of the database. At the same time， a variety of teaching methods are used in the teaching process， and effective evaluation mechanism is put forward. Results show that the proposed teaching model is more suitable for the teaching of database design. It can make students participate actively in the teaching process， thus improve the teaching effect， and improve the students' practical application and innovation ability accordingly.

Key words： Project learning; Database design; Heuristic teaching; Project evaluation

1 引言

數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用是計算機科學(xué)與技術(shù)及相關(guān)專業(yè)的一門重要課程，隨著大學(xué)的擴招，大學(xué)教育已經(jīng)從傳統(tǒng)的精英教育轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟊娊逃５蟛糠謱W(xué)校仍然采用傳統(tǒng)教育模式，數(shù)據(jù)庫原理課程在某種程度上仍然采用傳統(tǒng)教育方式，強調(diào)理論，忽視實踐和不同環(huán)境與市場需求，從而大大影響了學(xué)生適應(yīng)社會的能力[1]。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是數(shù)據(jù)庫原理課程中的核心內(nèi)容，實踐性特別強，是沒有固定模式的創(chuàng)造過程，對學(xué)生來說是非常難學(xué)的。而且數(shù)據(jù)庫設(shè)計通常沒有一個簡單、正確的解決方法，而學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中通常都會尋找一個確定性的解決方法，因此導(dǎo)致一定程度的認知不確定性[2]。使得學(xué)生雖然掌握了數(shù)據(jù)庫設(shè)計的理論知識和方法，但在實際應(yīng)用中卻無從下手，難以用所學(xué)的知識解決實際問題。

項目學(xué)習(xí)法，又稱基于項目的學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，PBL）。是在建構(gòu)主義、實用主義等教學(xué)理論影響下形成的一種教學(xué)方法[3]，是指學(xué)習(xí)者通過主動探索和相互協(xié)作完成一個有意義的項目來獲得完整而具體的知識，形成專門技能并獲得自身的全面發(fā)展。這種方法以制作完整的作品為目的，需要學(xué)習(xí)者自主完成項目的信息加工、方案設(shè)計、作品制作以及結(jié)果評價等環(huán)節(jié)[4]，它強調(diào)學(xué)生在實踐體驗中獲得較為系統(tǒng)而具體的知識和技能[5]。而數(shù)據(jù)庫設(shè)計的教學(xué)目標就是設(shè)計一個能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用需求的數(shù)據(jù)庫，為了達到這一目標，本文將項目學(xué)習(xí)法應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計教學(xué)過程中，遵循項目學(xué)習(xí)思想設(shè)計和開發(fā)一個完整的數(shù)據(jù)庫。同時，將項目管理相關(guān)的技術(shù)、工具和方法應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中，并結(jié)合多種教學(xué)方法，使學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的實踐能力以及協(xié)作精神。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是數(shù)據(jù)庫原理課程中非常重要的一部分，教學(xué)主要目標是基于前面所學(xué)的基礎(chǔ)知識，使學(xué)生能夠獲取一個滿足給定數(shù)據(jù)需求的有效的數(shù)據(jù)庫定義，涵蓋需求獲取、概念設(shè)計、邏輯設(shè)計和物理設(shè)計及實現(xiàn)等內(nèi)容[6]。在軟件開發(fā)過程中，數(shù)據(jù)庫設(shè)計起著至關(guān)重要的作用，數(shù)據(jù)庫設(shè)計步驟及對應(yīng)的軟件開發(fā)階段如圖1所示。由圖1可見，數(shù)據(jù)庫設(shè)計貫穿于軟件開發(fā)的整個過程，從系統(tǒng)分析直到系統(tǒng)維護。在軟件開發(fā)過程中，項目管理貫穿于整個軟件開發(fā)過程，因而項目管理相關(guān)的技術(shù)與方法同樣適用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程，采用項目學(xué)習(xí)方法來進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計教學(xué)是非常適合的。

3基于項目學(xué)習(xí)的教學(xué)模式探討

3.1 項目的確定

首先教師需要選擇一個實際項目作為教學(xué)案例，并把教學(xué)案例根據(jù)教學(xué)內(nèi)容分解成各個任務(wù)。選擇的案例應(yīng)該是學(xué)生相對比較熟悉的項目，這樣才能夠讓學(xué)生積極參與其中，并能夠在不同的開發(fā)階段擔(dān)任不同的角色。本文選擇學(xué)生最為熟悉的學(xué)生管理系統(tǒng)作為教學(xué)案例，在教學(xué)過程中始終圍繞著這個項目進行。同時，將學(xué)生分成項目小組，每組4-5人，分工協(xié)作是項目學(xué)習(xí)的主要方式，每組推選一位組長擔(dān)任項目經(jīng)理的角色，并選擇一個比較熟悉的系統(tǒng)作為實踐項目（如圖書管理系統(tǒng)、酒店管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng)等）。針對不同設(shè)計階段各項目組成員分別擔(dān)任不同的角色：數(shù)據(jù)庫分析人員、設(shè)計人員、用戶、數(shù)據(jù)庫管理員和程序員。同時，教師的角色也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，不再是教學(xué)中的主導(dǎo)者，而是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的引導(dǎo)者、指導(dǎo)者和監(jiān)督者，同時負責(zé)項目進度管理。

3.2 基于PBL的教學(xué)實踐

整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計教學(xué)過程都是圍繞所選擇的教學(xué)案例“學(xué)生管理系統(tǒng)”進行的，教材選用“十二五”國家級規(guī)劃教材《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論》（王珊，薩師煊編著）[7]。根據(jù)項目學(xué)習(xí)的相關(guān)理論和方法，首先將數(shù)據(jù)庫設(shè)計劃分為多個相對獨立的階段，然后對每個階段的具體任務(wù)及要求進行描述，各個階段的任務(wù)具體描述如表1所示。任務(wù)描述表詳細描述了每個階段的具體任務(wù)與要求、涉及的主要知識點、該階段的成果及使用的教學(xué)方法。下面以需求分析和概念結(jié)構(gòu)設(shè)計為例詳細介紹項目學(xué)習(xí)法在數(shù)據(jù)庫設(shè)計課程中的實踐。

3.2.1 需求分析

需求分析階段教學(xué)目標是如何獲取和描述用戶的需求，在這個階段中，溝通和交流是非常重要的。由于教學(xué)案例是學(xué)生最為熟悉的學(xué)生管理系統(tǒng)，可以直接通過分組討論和角色扮演的形式來進行需求調(diào)查。教師先簡要講授需求分析的基本要求和方法，然后留出一定時間，進行分組討論以獲取需求。各項目組成員分為兩組（用戶組和開發(fā)組），分別擔(dān)任用戶和開發(fā)人員角色，用戶描述需求，開發(fā)人員詢問并記錄用戶需求;討論完畢后，挑選其中一個組的成員作為代表匯報討論結(jié)果，教師進行評價，具體過程如圖2所示。通過分組討論與角色扮演，使每個學(xué)生都能參與到教學(xué)過程中，并在其中發(fā)揮一定的作用，不僅能夠身臨其境般地體驗需求分析的方法，而且能夠提高學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

3.2.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的教學(xué)目標是根據(jù)需求分析結(jié)果，建立系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)模型，即E-R模型。由于E-R圖的相關(guān)知識在第一章中已講授，因此采用回顧式啟發(fā)教學(xué)結(jié)合項目學(xué)習(xí)法來組織教學(xué)。PBL教學(xué)方法是以學(xué)生自主學(xué)習(xí)和小組討論為主要形式，在教師的監(jiān)督與支持下，圍繞教師設(shè)定或?qū)W生選擇的具體問題進行研究的學(xué)習(xí)過程[8]?；赑BL的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計教學(xué)過程如圖3所示。

首先教師引導(dǎo)學(xué)生回顧E-R圖的相關(guān)知識（主要是實體、聯(lián)系和屬性的概念及表示方法），從而引出概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的教學(xué)目標與內(nèi)容，然后結(jié)合“學(xué)生管理系統(tǒng)”案例講解概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本方法與過程。接下來各個項目組在需求分析的基礎(chǔ)上進行實踐項目的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計，為了讓每個同學(xué)能夠體驗更多的角色，采用角色互換的方式進行概念結(jié)構(gòu)設(shè)計。

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計包含兩個角色，需求分析階段各項目組完成的需求分析文檔被分配到不同的項目組，我們稱之為開發(fā)小組，開發(fā)小組擔(dān)任概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)。需求分析文檔的作者擔(dān)任數(shù)據(jù)庫用戶，他們作為用戶組，這樣每個項目組同時擔(dān)任開發(fā)小組和用戶組雙重角色。

角色互換的目的是讓每個小組同時擔(dān)任兩種角色，用戶組只提供清晰的需求但不知道如何設(shè)計，而開發(fā)組未必全面清晰地了解用戶的需求。同時，為了增加開發(fā)人員和用戶相互之間的了解和交流，創(chuàng)建一個公共交流通道用于進行數(shù)據(jù)需求方面的討論。接下來，各項目組分組討論，研究概念設(shè)計方案，分工設(shè)計各子模型并匯總設(shè)計成果。最終用戶組將會收到開發(fā)組的概念設(shè)計結(jié)果，即E-R模型，并對所收到的E-R模型進行評價。最后，教師對各小組完成的情況進行總結(jié)并評價。

接下來，每個項目組成員只擔(dān)任開發(fā)人員角色，參考所收到的概念設(shè)計模型進行其他階段的設(shè)計任務(wù)，一個好的解決方案可能會通過這種交互方式得到。

3.3評價機制

在項目學(xué)習(xí)過程中，評價是一個非常重要的環(huán)節(jié)，好的評價機制不僅能夠客觀評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，而且能夠大大激勵學(xué)生的積極性。項目學(xué)習(xí)注重的是學(xué)生的學(xué)習(xí)過程而非學(xué)習(xí)結(jié)果，因此，項目評價不僅包括對所形成的階段性成果進行評價，而且要對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)予以評價，比如對學(xué)生的積極主動參與和所起作用，學(xué)生的協(xié)作精神和創(chuàng)新精神，實踐能力的提高等方面要給予充分的肯定。要鼓勵學(xué)生積極參與，培養(yǎng)他們的勇于創(chuàng)新、樂于實踐的精神[2]。

創(chuàng)建一種令學(xué)生和教師滿意的評價機制是比較困難的，相關(guān)研究者針對PBL提出了新的評價機制[9-10]。本文中，我們采用一種綜合評價方法，包括項目評價和水平測試兩部分。測試內(nèi)容包括各個數(shù)據(jù)庫設(shè)計階段的教學(xué)內(nèi)容，主要考察學(xué)生對數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中所需要的知識和技能的掌握程度。項目評價主要對項目完成情況以及學(xué)生在項目進行過程中的表現(xiàn)予以評價。項目評價包括以下幾方面：實用性（滿足用戶需求），正確性（不存在錯誤），適應(yīng)性（符合規(guī)則，易于實現(xiàn)），清晰性（書寫準確，圖表清晰）。除此之外，還有關(guān)于項目進度方面的評價，建立對項目延期的懲罰規(guī)則。

項目評價主要以教師為主體，在審閱每個項目的階段性成果后，教師給出評價和相關(guān)建議。同時項目組長對小組成員的表現(xiàn)情況進行評價，如參與程度、所起作用及協(xié)作能力等，還可以通過組內(nèi)互評來評價各成員的表現(xiàn)情況。在概念設(shè)計階段引入的角色互換是項目評價的另一個重要方面。在這個階段，我們要求每個項目組對概念結(jié)構(gòu)設(shè)計成果的每個方面確定一個等級，項目組之間進行互評。各項目組既要像用戶一樣對收到的概念設(shè)計結(jié)果進行評價，又要像開發(fā)人員一樣評價需求文檔的可理解性和收到的答復(fù)的及時性和清晰性。

4 結(jié)論

在對數(shù)據(jù)庫設(shè)計課程特點及教學(xué)現(xiàn)狀研究的基礎(chǔ)上，本文嘗試將項目學(xué)習(xí)法應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計教學(xué)過程中，并在教學(xué)過程中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容綜合使用多種教學(xué)方法。實踐結(jié)果表明，此教學(xué)模式比較適合于數(shù)據(jù)庫設(shè)計的教學(xué)，能夠以學(xué)生為主體，更多地顧及了學(xué)生的需求，使學(xué)生積極參與到教學(xué)過程中并擔(dān)任不同角色，從而提高教學(xué)效果。同時，學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成為主動學(xué)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了自主學(xué)習(xí)能力及溝通協(xié)作能力，大大提高了實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

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