數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)課程計(jì)算思維能力培養(yǎng)

摘要：從中南大學(xué)需要學(xué)生秒殺才能選中的一門課程“名偵探柯南與化學(xué)探秘”入手，引出計(jì)算思維在當(dāng)今高校教學(xué)方法改革中的重要作用；以數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)課程為例，闡述在具體教學(xué)活動(dòng)中如何引入計(jì)算思維的理念，如何在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)過(guò)程實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的教學(xué)方法，如何根據(jù)講授的具體知識(shí)點(diǎn)用連續(xù)的關(guān)聯(lián)性提問(wèn)來(lái)吸引學(xué)生等。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；教學(xué)方法；教學(xué)模式；創(chuàng)新能力

文章編號(hào)：1672-5913（2013）18-0024-03

中圖分類號(hào)：G642

1 背景

中南大學(xué)的一門選修課“名偵探柯南與化學(xué)探秘”引起眾多“柯粉”大學(xué)生直呼：“頭一回知道，選課也要秒殺。”開設(shè)這門課的徐老師是一名資深“柯粉”、副教授、“海歸”。徐老師按照柯南動(dòng)漫劇情來(lái)安排教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)集合動(dòng)漫中出現(xiàn)的化學(xué)元素，如毒素、花粉等來(lái)講解其中的化學(xué)原理。在名偵探柯南中，有很多關(guān)于毒藥殺人或傷人的情節(jié)。毒藥的“巧妙”利用甚至能成為殺人兇手不在場(chǎng)的有力證據(jù)。兇手們使用的毒藥也是五花八門，其中，氰化物最常見。什么是氰化鉀的化學(xué)成分？在常溫中氰化鉀是什么樣子？氰化鉀毒性究竟有多強(qiáng)？動(dòng)漫中利用氰化鉀殺人即可致死的情況是否合理？這些動(dòng)漫內(nèi)容在課程教學(xué)中都會(huì)進(jìn)行探討。如此引人入勝的教學(xué)內(nèi)容和形式，對(duì)單一而傳統(tǒng)的教學(xué)模式產(chǎn)生巨大的改革推動(dòng)力。徐老師把化學(xué)知識(shí)與柯南融為一體進(jìn)行講授正是將計(jì)算思維引入教學(xué)過(guò)程的新型教學(xué)方法。

2 建立以計(jì)算思維為核心的教學(xué)模式

數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)是高等學(xué)校非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的一門核心基礎(chǔ)課程，如何讓學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，了解數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在社會(huì)各領(lǐng)域中的作用，掌握基本的數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)，學(xué)會(huì)分析和使用各種數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，掌握數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和維護(hù)等方面的技能，對(duì)一名非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)尤為重要。本文以數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)課程為例，闡述計(jì)算思維在當(dāng)今高校教學(xué)方法改革中的重要作用。在數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)節(jié)中，一方面應(yīng)教會(huì)學(xué)生數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)，使學(xué)生能夠正確理解和掌握數(shù)據(jù)庫(kù)的基本原理，熟練掌握數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用技能；另一方面，應(yīng)激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)知識(shí)的興趣，培養(yǎng)獨(dú)立探求新方法、新技術(shù)的技能，使學(xué)生成為適應(yīng)能力強(qiáng)、富有創(chuàng)新精神和創(chuàng)造才能的專門人才。

2.1 計(jì)算思維引入教學(xué)過(guò)程的意義

美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真教授指出，計(jì)算思維涵蓋了反映計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣泛性的一系列思維活動(dòng)，是與讀寫能力一樣的人類的基本思維方式。目前，國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)界、哲學(xué)界、社會(huì)學(xué)界的廣大學(xué)者對(duì)計(jì)算思維開展了大量的研究與探討，并取得了很多可喜的研究成果。

在數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)課程的教學(xué)中引入計(jì)算思維理念，使計(jì)算思維的本質(zhì)貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，并根據(jù)講授的具體知識(shí)點(diǎn)適時(shí)引入計(jì)算思維思想，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和計(jì)算思維能力，久而久之，教師形成新的教學(xué)思路和行之有效的教學(xué)方法。具體來(lái)說(shuō)，計(jì)算的想法是把復(fù)雜問(wèn)題分解，把問(wèn)題簡(jiǎn)單化；計(jì)算的方法是選擇一個(gè)合適的模型來(lái)反映這個(gè)問(wèn)題的相關(guān)方面；計(jì)算的思維是考慮當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)如何處理和恢復(fù)等。總的來(lái)說(shuō)，計(jì)算思維是采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄈソ鉀Q問(wèn)題，并理解人類行為，這是計(jì)算機(jī)科學(xué)中非常重要的一些想法。

2.2 計(jì)算思維引入數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)課程的實(shí)現(xiàn)

在數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)課程中引入計(jì)算思維，需要結(jié)合課堂教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)兩個(gè)方面。在整個(gè)課堂教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)始終貫穿計(jì)算思維的本質(zhì)，即抽象與自動(dòng)化的思想，并根據(jù)講授的具體知識(shí)點(diǎn)適時(shí)引入計(jì)算思維中涉及的關(guān)注點(diǎn)、嵌入、保護(hù)、轉(zhuǎn)化、糾錯(cuò)和恢復(fù)、啟發(fā)式等基本概念和思維方法，引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)會(huì)計(jì)算思維的新方法。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，教師提出問(wèn)題、給出實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生通過(guò)獨(dú)立完成或者小組協(xié)作的方式運(yùn)用計(jì)算思維的系列方法去解決實(shí)際問(wèn)題，從中探索解決問(wèn)題的新方法，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的本質(zhì)，達(dá)到更好吸收和鞏固知識(shí)，學(xué)會(huì)運(yùn)用計(jì)算思維方法的目的。

具體實(shí)現(xiàn)方法包括以下幾個(gè)要點(diǎn)：

1）知識(shí)點(diǎn)穿成線。

在課堂教學(xué)中，教師引入計(jì)算思維時(shí)可以把知識(shí)點(diǎn)穿成線，結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中很多經(jīng)典的實(shí)例加以分析，促進(jìn)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)的理解。例如，以當(dāng)今點(diǎn)擊率頗高的淘寶網(wǎng)、當(dāng)當(dāng)網(wǎng)、京東網(wǎng)、卓越網(wǎng)等多個(gè)購(gòu)物平臺(tái)為切入點(diǎn)，引入數(shù)據(jù)庫(kù)的概念、發(fā)展、特點(diǎn)、重要性、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)抽象、數(shù)據(jù)組織等相關(guān)知識(shí)；通過(guò)在購(gòu)物平臺(tái)上進(jìn)行關(guān)鍵字搜索來(lái)查找購(gòu)物者需要的信息，適時(shí)引入關(guān)系、數(shù)據(jù)表、基本查詢、嵌套查詢、連接查詢、查詢及優(yōu)化、索引、視圖、存儲(chǔ)過(guò)程、觸發(fā)器等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)及其應(yīng)用：通過(guò)購(gòu)物者選中心儀的物品，點(diǎn)擊支付平臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)上提交訂單和在線付費(fèi)購(gòu)買的過(guò)程，引入數(shù)據(jù)庫(kù)的安全機(jī)制、身份驗(yàn)證、登錄管理、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)備份等方面的知識(shí)。

2）有條理連續(xù)性的關(guān)聯(lián)性提問(wèn)。

在實(shí)例介紹中不斷提問(wèn)學(xué)生：為什么要學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)？數(shù)據(jù)庫(kù)可以應(yīng)用在哪些方面？數(shù)據(jù)庫(kù)有哪些特點(diǎn)？數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)怎么存儲(chǔ)？數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)以什么形式體現(xiàn)給用戶？……通過(guò)有條理連續(xù)性的關(guān)聯(lián)性提問(wèn)，通過(guò)對(duì)學(xué)生日常接觸使用到的經(jīng)典數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)例的分析幫助學(xué)生從更簡(jiǎn)易、更直觀、更生動(dòng)、更清晰、更透徹的角度學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)。學(xué)生通過(guò)這種形象直觀的教學(xué)模式能擺脫傳統(tǒng)教學(xué)方法中存在的枯燥性和單一性，更高效快捷地掌握知識(shí)本身，同時(shí)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。這個(gè)過(guò)程一方面鍛煉了學(xué)生的思維，另一方面激活了學(xué)生的創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)能力。久而久之，學(xué)生也能從教師采用計(jì)算思維的教學(xué)方法中受到啟發(fā)，掌握用計(jì)算思維來(lái)思考和解決問(wèn)題的本領(lǐng)。

例如，在給醫(yī)學(xué)類學(xué)生講授數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)課程時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合醫(yī)學(xué)類學(xué)生的特點(diǎn)，教師可以在教學(xué)過(guò)程中引入貼切生動(dòng)的例子來(lái)向?qū)W生導(dǎo)人計(jì)算思維的觀點(diǎn)。以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)時(shí)的程序設(shè)計(jì)方法為例，在介紹順序、選擇、循環(huán)等基本控制結(jié)構(gòu)的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以結(jié)合醫(yī)學(xué)類學(xué)生的特點(diǎn)告知學(xué)生：病人的個(gè)體之間存在很大差異，如何根據(jù)病人的癥狀來(lái)對(duì)癥下藥，需要醫(yī)生根據(jù)醫(yī)學(xué)知識(shí)和臨床經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)方法上IF…THEN，ELSE…等基本控制結(jié)構(gòu)畫出流程圖，通過(guò)抽血、拍X片、核磁共振等多種醫(yī)學(xué)輔助手段來(lái)確定病人的病情，最后采用最經(jīng)濟(jì)有效的方法來(lái)進(jìn)行治療。

3）強(qiáng)化實(shí)踐。

在數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，重點(diǎn)鍛煉學(xué)生對(duì)計(jì)算思維方法的運(yùn)用，引導(dǎo)學(xué)生去探索解決實(shí)際問(wèn)題的方法。這個(gè)過(guò)程一方面是對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充，另一方面能促進(jìn)計(jì)算思維方法更好地得到鞏固和吸收。實(shí)踐環(huán)節(jié)可以采用課堂練習(xí)、小組探討和上機(jī)實(shí)驗(yàn)等多種形式，使學(xué)生參與其中。在課堂講授了相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和計(jì)算思維方法后，利用事先設(shè)計(jì)好的由淺入深的練習(xí)題讓學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用計(jì)算思維方法去完成；對(duì)于復(fù)雜的問(wèn)題，學(xué)生可劃分小組進(jìn)行探討，闡述自己對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，提出解決思路與方法；學(xué)生帶著疑問(wèn)上機(jī)練習(xí)，讓計(jì)算機(jī)給出正確答案；最后，教師再加以分析和總結(jié)，進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)識(shí)和理解。

例如，針對(duì)臨床醫(yī)生這個(gè)行業(yè)的特殊性，在實(shí)踐教學(xué)中，要用和醫(yī)學(xué)相關(guān)的案例來(lái)向?qū)W生介紹各種醫(yī)學(xué)管理系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)，讓學(xué)生從與自身密切相關(guān)、感興趣的平臺(tái)上學(xué)會(huì)系統(tǒng)開發(fā)的思想和要點(diǎn)。我們采用“醫(yī)學(xué)信息管理系統(tǒng)”“中醫(yī)中藥多媒體應(yīng)用系統(tǒng)”等平臺(tái)向?qū)W生介紹數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)知識(shí)，這樣能夠充分體現(xiàn)臨床和中醫(yī)藥等的鮮明特色，利用數(shù)字多媒體手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)、中藥、經(jīng)絡(luò)、針灸模型等醫(yī)藥文化符號(hào)的形象化表述，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)醫(yī)藥信息化美好前景的信心和興趣。

4）改革教學(xué)方法。

在具體教學(xué)過(guò)程中，由于教學(xué)內(nèi)容較多，教師若不區(qū)分重點(diǎn)而面面俱到地講解，學(xué)生將很難把握課程中的重點(diǎn)。教師可以在課堂教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)中把內(nèi)容歸類，并選取部分內(nèi)容以提出問(wèn)題作為切入點(diǎn)，用討論的形式與學(xué)生同步思考，這樣一來(lái)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使每位學(xué)生都參與到課堂討論中，形成學(xué)生與教師合作來(lái)共同解決實(shí)際問(wèn)題的良好氛圍。此外，該方法對(duì)教師也提出了新的要求，在專業(yè)知識(shí)的廣度和深度方面、對(duì)教學(xué)的控制以及教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)的隨機(jī)應(yīng)變等方面都有較高的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算思維正在改變大學(xué)計(jì)算機(jī)教育的傳統(tǒng)教學(xué)模式，成為大學(xué)計(jì)算機(jī)教育的一個(gè)新課題。數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)課程是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，這門課程中的許多知識(shí)點(diǎn)都為計(jì)算思維提供了很好的詮釋。筆者探討了如何在數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)課程教學(xué)中引入計(jì)算思維的理念，并針對(duì)醫(yī)學(xué)類學(xué)生的特點(diǎn)，重點(diǎn)闡述了如何從課堂教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)兩個(gè)方面來(lái)培養(yǎng)計(jì)算思維能力，促進(jìn)高校教學(xué)方法改革。

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（編輯：郭田珍）