基于CDIO的數據庫課程教學改革方案研究

　　摘要：數據庫課程是計算機及其相關專業的核心課程，也是軟件工程專業開發類課程群中一門重要的課程，它與具體應用結合密切。而傳統教學側重于理論講解，輕視數據庫應用技術的傳授，這樣的教學方式對于自主學習能力不是很強的二本院校學生來說效果較差，使大多數學生在數據庫方面的應用能力不強。文章探討將CDIO教學模式引入數據庫課程教學后所采取的一系列教學改革方案，以達到高效地組織數據庫課程教學的目的。
　　關鍵詞：CDIO；數據庫；實踐能力；分組教學；案例庫
　　
　　數據庫課程在計算機及其相關專業課程體系中處于核心的位置，它對課程之間的銜接有著承上啟下的作用，是一門理論性和實踐性很強的課程。學習該課程的目的是使學生理解數據庫的基本原理，能夠自己或配合團隊進行數據庫系統的設計和開發，從而掌握如何在實際的項目中使用數據庫技術。
　　該課程在以前主要側重于數據庫原理部分的講解，對于數據庫的具體實踐內容涉及較少，教學效果不太理想。學生往往是學完了數據庫，仍然不知道數據庫是什么，如何在具體的項目中使用數據庫。為了解決這個問題，考慮到二本院校學生的接受能力，我們借鑒了近年來國際上流行的CDIO(Conceive 構思、Design 設計、Implement 實現、Operate 運作)工程教育模式，貫徹“基于項目教育和學習”的理念，對現有的數據庫課程教學的每個環節進行了改革。無論是在課堂教學還是在實驗和課程設計教學中，都以案例為核心組織教學和實踐內容，將“做中學”的理念滲透到數據庫課程教學的各個環節，從而激發學生的學習興趣，使整個學習過程充滿挑戰性和實用性。
　　1教學的重點及難點
　　數據庫課程教學包括課堂教學、實驗和課程設計三個部分。課堂教學主要是介紹相關數據庫原理和現有數據庫技術，實驗教學則主要是驗證所學數據庫技術，課程設計則是綜合利用所學數據庫知識自主進行數據庫系統設計和開發。在課堂教學中，原理的學習對學生來說是枯燥的，也就成為學生學習的難點。數據庫實驗和課程設計則屬于實踐類的課程，這方面內容相對具體，學生通過動手實踐可以很快地掌握相關知識。但這部分內容在傳統設置中往往比較零散，沒有形成一個完成的實踐體系。學生可以掌握局部的知識，但對數據庫系統的全局建立不起完整的概念，導致很難完成數據庫的課程設計內容。
　　同時，數據庫實踐在整個軟件開發實踐類課程教學方案中處于重要的、承上啟下的地位，如表1所示。
　　可見，只有數據庫基礎打好了，才能有效地進行后續的軟件工程、軟件測試以及其他軟件開發類課程的實驗及課程設計。同時可以提高最后一學年實訓和畢業設計的質量。因此，數據庫實踐教學，從狹義角度出發，其重點應集中在數據庫管理系統的使用、數據庫的設計和應用；從全局的角度出發，通過實踐教學應該使學生建立起數據庫系統的整體概念，只有有效地做到了這一點，才能保證學生進行規范、正確、有效的數據庫設計和應用。
　　2基于CDIO的教學改革方案
　　CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，目前已經成為國際工程教育的通用模式。CDIO工程教育模式是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達，以產品從研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程，培養學生的工程能力、職業道德、學術知識和運用知識解決問題能力、終生學習能力、團隊協作能力、交流能力和大系統掌控能力[1-3]。cfde4fcbdc2442a47efeb5214bd77dd7db72b1e3e2c2e9b7bcd9ba2f834980e3
　　我們在數據庫課堂教學和實踐教學中都借鑒了CDIO的思想，圖1展示了整個數據庫課程教學的組織思路，可以看出課程教學的每個環節都圍繞著案例展開。
　　課堂上對案例進行分析和學習，實驗中實現每個案例對應的題目，數據庫課程設計中仿照案例對所分配項目的數據庫設計和系統進行簡單實現，軟件工程課程設計中進行項目的完整設計(需求、概要和詳細)以及具體實現，所有這些工作都是在教學案例庫的支持下實現的，學生在完成相應的工作后，從案例庫中查找合理的解決方案，并將自己的工作結果與案例庫中的作對比，找出自己的不足。此外，學生在課程設計中完成的新項目，也可以充實到教學案例庫中，供學生和教師參考。下面將詳細描述案例在數據庫教學每個環節中的使用。
　　2.1基于案例的課堂教學
　　課堂教學是整個數據庫課程教學的第一個環節，我們將案例滲透到課堂教學的每個環節，以傳統的學生選課數據庫為基礎講解基本知識點，然后聯系實際中使用的“畢業設計管理系統”的設計與開發，講解知識點在實際中的應用。這些知識點包括概念模型設計、標準SQL、規范化理論、數據庫設計、數據庫編程以及事務相關內容。同時，采用分組教學模式。即在課程教學開始前將學生按照3～5人的標準進行分組，并為每個組分配不同的項目，這些項目來源于項目案例庫。考慮到學生目前的認知能力和知識水平，我們將項目案例庫中的若干案例挑出來，主要從功能需求、數據管理需求和信息安全需求三個方面盡可能清晰地描述每個案例，使每個小組看到案例描述就能清楚地知道自己應該完成的工作。這種做法可以有效地縮短學生在明確案例需求方面花費的時間，使他們把主要的精力放在數據庫設計上，從而突出了數據庫課程的重點。
　　課后作業的布置也采用分組形式，每組的作業知識點相同，但是具體的作業內容根據項目不同也有所不同。對普遍出錯的知識點在習題課上集中講解，對個別組出現的個別錯誤則采用課下答疑的方式解決。通過這種方式可以加強和學生的交流，幫助學生鞏固知識點，使他們更加正確地把握案例，最終引導他們設計出合理的數據庫，從而為后面的實驗和課程設計打下良好的基礎。
　　2.2基于案例的實驗教學及課程設計
　　課堂教學側重于知識點的講解，而實驗和課程設計環節則是學生鞏固所學知識的過程。因此，在實驗和課程設計的過程中，要求學生采用分組的形式完成任務。每個組進行的實驗內容和課程設計內容都和分配的項目相關，組間互不相同。其中的實驗分為驗證型實驗和綜合設計型試驗。前者涉及到知識點的基本知識，所以要求組內每個成員獨立完成；而后者是將所學知識點的綜合應用，所以組內成員要在組長的協調下共同完成。
　　為了避免實驗和課程設計內容上的重復，我們將最后一個綜合設計型實驗和課程設計結合起來，課程結束時完成數據庫設計，在下個學期開始的課程設計中進行系統的具體功能實現。這樣可以完成實驗和課程設計的有機結合。
　　課程設計時要求每個組重新規范自己的數據庫設計結果，組內成員根據統一的數據庫設計進行各自功能模塊的開發，最終完成一個完整的系統。這樣可以使每個學生都能得到全面的鍛煉，避免個別學生投機取巧。課程設計成績評定主要先根據每個組完成系統的總體情況進行等級評定，然后根據組內每人所做的工作進行所在等級范圍內的微調，個人成績的評定主要是通過答辯的形式來確定的。
　　2.3數據庫課程設計與軟件工程課程設計的有機結合
　　數據庫課程在整個課程體系中并不是孤立的，所以其課程設計應該與隨后進行的軟件工程課程設計有機地結合起來。它們側重點雖有不同，但是之間又有密切的聯系。在數據庫課程設計中，我們為每組提供詳細的需求分析和功能概要設計，讓學生只進行數據庫的設計和系統功能的簡單實現；而在隨后的軟件工程課程設計中，要求兩組之間互相交換題目，重新進行需求分析和概要設計(功能概要設計和數據庫概要設計)，完成系統的詳細設計，補充對方組在數據庫課程設計中實現的程序。這種結合方式使得每門課程都能突出自己的重點，同時課程間的知識點又能夠被緊密結合起來，最終能夠幫助學生理清課程之間的聯系，盡快掌握課程重點。
　　
　　2.4教學案例庫的建設
　　在前面提到每個小組都分配相應的項目，然后分組進行作業、實驗和課程設計。這些措施的順利實施對任課教師提出了嚴格的要求。每位任課教師都需要非常清楚每個項目的整體情況，并且在授課前規劃好每個項目在每個知識點上的作業內容、實驗內容和課程設計內容。在實際中，我們將這些內容建設成案例庫，并在每個學期結束時將積累的新案例充實到案例庫中。案例庫中新案例的獲取主要是從學生的實訓項目、教師自己做的項目以及合作企業的模擬項目中獲取。獲取的內容包括：案例背景、案例需求、案例功能概要設計、案例詳細設計、案例實現代碼和案例測試用例。當然這些內容一開始可能不完整、不規范，需要教師不斷規范和充實。案例庫中每個案例的內容目前構成如圖2所示。
　　3考核方式
　　傳統的純筆試考核方式只能體現學生對理論知識的掌握程度，很難體現學生的實踐能力。因此，我們在CDIO思想的指導下改革了數據庫課程的考核機制。整個考核包括平時成績和期末成績兩部分。其中，平時成績占最終總成績的40%，包括平時作業和實驗成績。由于作業和實驗都是分組完成的，所以，在平時考核中又分為個人作業、團隊作業和個人實驗三個部分。個人作業主要以理論學習內容為主，雖然每個組內成員要單獨完成所分配項目的作業題目。如果組內成員相互抄襲，則降低該組所有成員的成績。團隊作業主要以數據庫設計部分的內容為主，組內成員相互討論形成一份數據庫設計文檔。個人實驗主要以標準SQL的驗證、數據庫編程為主，要求獨立完成。團隊共同完成的綜合設計型實驗不作為數據庫課程的考核指標，而是放到課程設計中來評定。期末考試采用機試方式，以選擇、簡答和應用題的形式考核基本理論知識，最終占總成績的60%。
　　數據庫課程及其課程設計的考核項目明細表如表2所示。可以看出數據庫課程設計的考核從團隊設
　　計和個人開發兩個方面進行評價，各占50%。這種方式可以充分發揮團隊合作在最終成績中的重要作用，也可以突出個人的能力，能夠得到學生的廣泛認可。
　　4結語
　　在數據庫課程教學的各個環節中引入CDIO教學模式，能夠有效地激發學生的創造思維，是提供學生解決問題能力的有效途徑。同時以“案例”為載體來組織教學，使學生的學習過程充滿挑戰性和實用性，能夠使學生在畢業后更好地適應軟件開發相關的工作。在課堂教學中，為了實現組內分配的項目，大部分學生帶著問題來聽課，學習的主動性增強了；分組作業、實驗和課程設計也有效地避免了學生之間的抄襲，增加了學生之交流的機會，也在無形中鍛煉了他們的團隊合作能力。為了保證基于CDIO的教學方案的順利推進和良好的教學效果，我們建立了教學案例庫，從多個角度分析、充實案例內容，為日常教學的各個環節提供了很好的案例支持。同時，在CDIO模式的指導下改革了課程的考核方式，突出了實踐能力在最終考核中的重要位置，實現了平時考核和期末考核，團隊考核和個人考核的有機結合。
　　
　　參考文獻：
　　[1] 查建中. 論“做中學”戰略下的CDIO模式[J]. 高等工程教