基于CDIO的數(shù)據(jù)庫實驗設(shè)計研究

徐天鳳 韓笑笑

摘要：工程意識與工程能力是工程師最重要、最基本的能力之一，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫實驗設(shè)計方案不利于計算機專業(yè)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)?；贑DIO設(shè)計數(shù)據(jù)庫實驗，提出以工作任務(wù)為導(dǎo)向，案例驅(qū)動、多層次遞進式設(shè)計原則，并結(jié)合連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程體系的具體情況，設(shè)計相應(yīng)的實施方案。實踐結(jié)果表明，基于CDIO的數(shù)據(jù)庫實驗的設(shè)計實施，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，訓(xùn)練了學(xué)生的工程思維，培養(yǎng)了學(xué)生利用數(shù)據(jù)庫解決實際問題的能力，幫助學(xué)生提前積累系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：CDIO;數(shù)據(jù)庫;工程思維

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）24-0026-02

培養(yǎng)創(chuàng)新人才，是時代發(fā)展和社會進步對高等職業(yè)教育提出的新要求。工程師最重要的能力是什么？是解決實際問題的能力，這也是當(dāng)今高等職業(yè)教育的薄弱環(huán)節(jié)之一?，F(xiàn)代社會是一個信息化社會，數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用已經(jīng)深入到生活和工作的方方面面。數(shù)據(jù)庫課程是計算機信息管理、軟件技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等專業(yè)的核心課程。各行各業(yè)都需要使用數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫技術(shù)注重扎實的理論基礎(chǔ)，強調(diào)實踐應(yīng)用能力，與其他相關(guān)學(xué)科間聯(lián)系密切，數(shù)據(jù)庫新技術(shù)飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫課程知識點繁雜，實驗項目需要與實際結(jié)合緊密。在傳統(tǒng)教學(xué)方式中，由于受到實際的教學(xué)條件的限制，數(shù)據(jù)庫課程的實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計較為空洞，實驗內(nèi)容與實際工作相差較遠(yuǎn)，實驗體系沒有形成一套嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)律的系統(tǒng)，學(xué)生缺乏對實際項目的感性認(rèn)識，課程結(jié)束之后，學(xué)生并沒有真正系統(tǒng)掌握數(shù)據(jù)庫設(shè)計開發(fā)的主要流程和方法，不能利用數(shù)據(jù)庫知識解決實際工作中的具體問題。因此本課題針對數(shù)據(jù)庫實驗教學(xué)中存在的問題，探索數(shù)據(jù)庫實驗改革，使學(xué)生真正掌握數(shù)據(jù)庫應(yīng)用能力。

1 基于CDIO構(gòu)建數(shù)據(jù)庫實驗體系

CDIO代表Conceive（構(gòu)思）、Design（設(shè)計）、Implement（實現(xiàn)）、Operate（運作）， “構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運作”。CDIO工程教育模式是由美國麻省理工學(xué)院、瑞典林克平大學(xué)、瑞典查爾姆斯技術(shù)學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)共同合作研究創(chuàng)立的新型工程教育模式[1]。CDIO是近年來國際工程教育改革的最新成果，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體 ，讓學(xué)生以主動的、實踐的方式學(xué)習(xí)。CDIO教育模式將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、工程系統(tǒng)能力、個人能力、人際團隊能力四個層面，改變了學(xué)生的求知方式，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生達到預(yù)定目標(biāo)。CDIO工程教育理念參照企業(yè)實際需求提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)方案、實施指導(dǎo)以及實施過程和結(jié)果檢驗的標(biāo)準(zhǔn)[2]，使學(xué)生真正具備實際的工程能力。

依照CDIO工程教育模式的理念，根據(jù)數(shù)據(jù)庫實驗的特點及重要性，從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計、教學(xué)方法改善等方面入手，提出基于CDIO 模式的數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用課程實驗改革，以“案例”驅(qū)動為導(dǎo)向，將數(shù)據(jù)庫課程的基本知識和理論體系各個知識點依次關(guān)聯(lián)，使學(xué)生在構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作幾個方面得到整體訓(xùn)練[3]，真正掌握數(shù)據(jù)庫設(shè)計和開發(fā)的流程，對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行有效管理。

實驗建設(shè)團隊深入IT企業(yè)學(xué)習(xí)研究，與IT企業(yè)實踐專家進行座談與研討，引入行業(yè)企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對軟件設(shè)計開發(fā)與維護職業(yè)崗位的典型工作任務(wù)進行具體分析，基于工作過程開發(fā)實驗課程。實驗設(shè)計體系中，主要培養(yǎng)軟件設(shè)計開發(fā)與維護職業(yè)崗位所需的通用工作能力，重點培養(yǎng)數(shù)據(jù)庫管理員、計算機程序員和ERP實施工程師等職業(yè)崗位所需的數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)庫訪問、數(shù)據(jù)庫管理的專用技術(shù)能力。在職業(yè)技能培養(yǎng)的同時，注重培養(yǎng)職業(yè)所需的團隊精神、創(chuàng)新意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，使學(xué)生具備良好的數(shù)據(jù)庫開發(fā)與維護的職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)。

2 基于CDIO設(shè)計數(shù)據(jù)庫實驗教學(xué)方案

根據(jù)課程的能力、知識和素質(zhì)目標(biāo)，按照數(shù)據(jù)庫開發(fā)與維護工作的工作流程，依次根據(jù)需求分析、數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計、數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計、數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計、系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)和維護進行教學(xué)內(nèi)容的選取。

依據(jù)軟件開發(fā)流程與規(guī)范，按由易到難的工作方式設(shè)計三個相對穩(wěn)定的學(xué)習(xí)情境，逐層遞進。初期以2個經(jīng)典案例為載體，把數(shù)據(jù)庫開發(fā)與維護的理論知識理論與實踐相結(jié)合，實踐技能與實際應(yīng)用環(huán)境相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)基本職業(yè)能力[4]。后期實時引進企業(yè)真實項目或?qū)W生自主創(chuàng)新項目，以此為載體設(shè)計一個動態(tài)的學(xué)習(xí)情境，復(fù)雜度加強，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)庫設(shè)計與開發(fā)的綜合職業(yè)能力，培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)和自我發(fā)展的綜合職業(yè)素質(zhì)。

鑒于數(shù)據(jù)庫開發(fā)與維護各工作任務(wù)的特點和職業(yè)成長規(guī)律，構(gòu)建3個學(xué)習(xí)情境，通過3個層次進階逐步達到課程目標(biāo)。數(shù)據(jù)庫實驗以2個案例和1個項目為載體，每個學(xué)習(xí)情境的教學(xué)內(nèi)容有所側(cè)重，復(fù)雜度和完整性逐漸加強，使學(xué)生掌握應(yīng)用數(shù)據(jù)庫解決實際問題的能力。

2.1第一層次的數(shù)據(jù)庫實驗教學(xué)設(shè)計

以較為簡單的案例高校教務(wù)管理系統(tǒng)為載體，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計、應(yīng)用管理的基本知識和基本方法。數(shù)據(jù)庫設(shè)計中需要學(xué)生掌握E-R概念模型的建立、關(guān)系數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化和完整性控制，數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計采用較為簡單的SSMS交互方式，數(shù)據(jù)庫實驗教學(xué)中應(yīng)用開發(fā)重點為基本的SELECT數(shù)據(jù)查詢。

2.2 第二層次的數(shù)據(jù)庫實驗教學(xué)設(shè)計

以較為復(fù)雜的案例高校圖書館管理系統(tǒng)為載體，進一步學(xué)習(xí)和掌握數(shù)據(jù)庫設(shè)計與數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計側(cè)重教學(xué)IDEF1X概念模型的建立和關(guān)系數(shù)據(jù)模型的規(guī)范化，數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計采用T-SQL命令方式，數(shù)據(jù)庫實驗應(yīng)用開發(fā)側(cè)重SELECT數(shù)據(jù)查詢中的子查詢和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器編程。

2.3 第三層次的數(shù)據(jù)庫實驗教學(xué)設(shè)計

動態(tài)引進的企業(yè)真實項目或?qū)W生自主創(chuàng)新項目，以此為載體進行數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。此學(xué)習(xí)情境可與“面向?qū)ψ灾鲃?chuàng)新項目象程序設(shè)計”課程結(jié)合，聘請行業(yè)專家對項目需求分析和概念設(shè)計進行技術(shù)指導(dǎo)，對項目開發(fā)全過程有效管理，重點培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫開發(fā)與維護的工作流程和方法，了解數(shù)據(jù)庫行業(yè)管理知識和需求，掌握數(shù)據(jù)庫設(shè)計和應(yīng)用技術(shù)，培養(yǎng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力。

數(shù)據(jù)庫以2個案例和1個項目為載體，構(gòu)建3個學(xué)習(xí)情境，通過3級進階逐步達到課程目標(biāo)。在學(xué)習(xí)情境的實施過程中，將知識傳授、能力培養(yǎng)和生產(chǎn)服務(wù)于一體，將教學(xué)過程與工作過程相結(jié)合，教師與工程師融為一體，學(xué)生與員工融為一體，教學(xué)環(huán)境與工作環(huán)境融合，理論聯(lián)系實際，真正形成“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式[4]。

3 基于CDIO設(shè)計數(shù)據(jù)庫實驗教學(xué)方法

為達到數(shù)據(jù)庫課程的能力目標(biāo)和知識要求，基于CDIO設(shè)計數(shù)據(jù)庫實驗，采用案例貫穿、任務(wù)驅(qū)動、項目教學(xué)、職業(yè)角色體驗等教學(xué)方法。

3.1 案例貫穿教學(xué)法

第一層次實驗設(shè)計和第二層次實驗設(shè)計分別是高校教務(wù)管理系統(tǒng)和高校圖書館管理系統(tǒng)，用兩個經(jīng)典案例設(shè)計學(xué)習(xí)情境，通過相應(yīng)的任務(wù)訓(xùn)練引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)需求分析對數(shù)據(jù)庫進行概念設(shè)計、邏輯設(shè)計，使學(xué)生掌握建立數(shù)據(jù)庫模型的方法、學(xué)會合理的設(shè)計關(guān)系數(shù)據(jù)模型。在數(shù)據(jù)庫實驗設(shè)計中，分別采用SQL Server 2012的SSMS和T-SQL兩種工作方式創(chuàng)建和管理數(shù)據(jù)庫，引導(dǎo)學(xué)生逐步學(xué)會數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計、邏輯設(shè)計、數(shù)據(jù)操作和管理，掌握數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)基本能力。

3.2 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法

基于CDIO的數(shù)據(jù)庫實驗設(shè)計方案中各學(xué)習(xí)情境（案例或項目載體）分別由多個連續(xù)的工作任務(wù)或子案例組成，各個工作任務(wù)相互銜接，每個工作任務(wù)完成相應(yīng)的功能，各個任務(wù)之間密切關(guān)聯(lián)，如果一個任務(wù)出現(xiàn)錯誤，下面的任務(wù)也會受到影響。按照軟件開發(fā)的工作過程，教師和學(xué)生需要全程監(jiān)控各個任務(wù)的完成情況，根據(jù)項目需要，及時地對前期所做工作進行完善，直至每個學(xué)生每個任務(wù)都正確完成?；贑DIO的數(shù)據(jù)庫實驗設(shè)計方案有利于培養(yǎng)學(xué)生團隊合作、作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)和堅持不懈，使學(xué)生具備良好職業(yè)素質(zhì)。

3.3 職業(yè)體驗教學(xué)法

第三層次實驗設(shè)計是企業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)或自主創(chuàng)新項目，以職業(yè)化訓(xùn)練為主要模式，注重培養(yǎng)學(xué)生實際職業(yè)能力。以企業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)或自主創(chuàng)新項目誘發(fā)學(xué)生興趣，引發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，使學(xué)生在企業(yè)真實的項目活動中學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)知識，掌握數(shù)據(jù)庫實際應(yīng)用能力。職業(yè)體驗教學(xué)法有利于培養(yǎng)軟件技術(shù)專業(yè)實用型人才。

4 結(jié)論

我院基于CDIO數(shù)據(jù)庫實驗設(shè)計體系在教學(xué)中應(yīng)用了一段時間，教學(xué)效果很好，教師和同學(xué)給予了肯定意見，基于CDIO數(shù)據(jù)庫實驗設(shè)計體系調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，有助于工程能力的培養(yǎng)，明顯提高了學(xué)生數(shù)據(jù)庫設(shè)計開發(fā)能力。在數(shù)據(jù)庫實驗的教學(xué)改革中實施 CDIO 的教學(xué)模式，以企業(yè)需求為依據(jù)，選取教學(xué)內(nèi)容，以工作任務(wù)為導(dǎo)向，校企合作引用案例，明確“案例驅(qū)動、多層次遞進式設(shè)計”教學(xué)法在數(shù)據(jù)庫實驗教學(xué)中的重要作用，基于CDIO設(shè)計數(shù)據(jù)庫實驗，能夠有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生解決實際問題的能力，為社會培養(yǎng) CDIO工程教育模式人才。

參考文獻：

[1] 趙楷，張琳琳，張振宇，等.基于CDIO的《軟件工程》實踐課程教學(xué)改革與探索[J].現(xiàn)代計算機：專業(yè)版，2012（26）.

[2] 王碩旺，洪成文.CDIO：美國麻省理工學(xué)院工程教育的經(jīng)典模式：基于對 CDIO 課程大綱的解讀[J].理工高教研究，2009（4）：116-120.

[3] 趙慧敏.基于CDIO模式的數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革方法研究[J].高教學(xué)刊，2016（23）：132-133.

[4] 周慧.SQLServer2012數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2018.

【通聯(lián)編輯：朱寶貴】