數據庫原理課程教育模式與CDIO模式分析對比研究

張健沛　徐悅竹　劉杰　楊悅

摘要：對數據庫原理課程教育模式中采用項目驅動方式與CDIO模式倡導的基于項目的教育和學習進行對比，通過對比結果指出該課程教育模式為CDIO模式的一個具體實現，說明該課程教育模式可以培養學生的多種能力，完全符合培養學生達到CDIO模式所需要求。

關鍵詞：教育模式；CDIO；數據庫設計

0、引言

隨著社會信息化程度的發展，數據庫技術成為計算機科學技術中發展最快的領域之一，也是應用最廣的技術之一。數據庫原理作為計算機專業與軟件工程專業的專業基礎課程，已成為計算機信息系統與應用系統的核心技術和重要基礎。

高等院校培養目標是致力于培養學生的綜合能力，這就要求在教育過程中關注的不僅僅講授理論知識，重要的是將一種工作能力傳授給學生，使其具有獨立或協作完成具體工程項目的技術和能力。因此，從教育工作者的角度來看，高等院校教育目的是非常明確的，就是如何架構這樣一種體系，在該體系下能夠培養出具有綜合能力尤其是工程能力的學生。這個培養目標與當前流行的CDIO模式目標基本相同。在闡述數據庫原理課程教學模式基礎上，將以數據庫設計工作流程為核心的教學模式與CDIO模式進行比較并給出結果。

1、數據庫原理教育模式

數據庫原理課程主要講解數據庫設計過程中所接觸到的各個知識點，課程主要培養目標就是通過該課程的學習，讓學生掌握如何從需求分析開始設計合理、完整的數據庫系統。包括6個步驟：需求分析、概念結構設計、邏輯結構設計、物理設計、數據庫實施和數據庫運行及維護。涉及多方面的內容：數據庫的安全性、完整性、并發控制、數據庫恢復、數據庫規范理論等。文章所討論的數據庫原理課程參照王珊編著數據庫系統概論，主要講解關系數據庫設計過程，半結構化數據庫和無結構化數據庫不是本門課程討論范圍。

數據庫設計模型是按照一定執行順序來完成的數據庫設計模型，從而獲得與需求分析保持一致的數據庫系統。這些步驟涵蓋的內容，如需求分析，了解并掌握業務需求，提取所用數據的種類、范圍、數量以及它們在業務活動中交流的情況，從而確定用戶對數據庫系統的使用要求和各種約束條件等，形成用戶需求規約。在數據庫設計環節中，該步驟是最困難和耗時的。通過對用戶需求進行綜合歸納，形成獨立于具體DBMS的概念模型，將概念結構轉換為某個DBMS所支持的數據模型，并對其進行優化。在物理設計階段為邏輯數據模型選取最適合應用環境的物理結構（包括存儲結構和存取方法）。運用DBMS提供的數據語言、工具及宿主語言，根據邏輯設計和物理設計的結果，建立數據庫，編制與調試應用程序，組織數據入庫，并進行試運行。數據庫應用系統經過試運行后即可投入正式運行。在數據庫系統運行過程中需要不斷地對其進行評價、調整與修改。

在數據庫設計各個階段要時刻保持與需求分析內容相一致，如果對于本階段設計結果不滿意或者不符合用戶的需求，可以重新設計本階段或回退到上一階段，乃至最初需求分析階段。數據庫設計是一個迭代過程，不是一蹴而就，而是“反復探尋，逐步求精”的過程。具體設計階段描述如圖1所示。

2、CDIO模式

CDIO創新倡議提供一個教育模式，該模式提供可以培養高度熟悉工程的畢業生以滿足用工單位需求的教育框架。這里的字母CDIO代表構思（Conceive）一設計（Design）一實施（Implement）一運行（Operate），將對應所提到的4個階段。該舉措旨在強調根據一個產品的生命周期，為學生提供工程基礎教育。CDIO模式適用于構建本科生的工程類課程的體系結構。讓學生學會遵循同樣的階段，即構思、設計、實施和運行解決實際問題和完成項目要求。為了提高理工科學生的教學質量，CDIO尤其提倡在4個方面進行重點關注：（1）增加主動性和動手實踐機會；（2）重點問題的規劃和解決方案的確定；（3）深入探討工程技術的基本概念；（4）創新方式的反饋收集。

CDIO模式目標是導向式，即教育學生在開始任何項目之前都要首先明確基于項目的學習目標和期望的學習成果。CDIO模式還促進課程改革，包括設計和建造項目，來協調和聯系其他學科的跨學科的工程課程。它致力于營造具有挑戰性的經歷，讓學生設計、建造和經營產品體系。此外，由于創新的教學風格，主動性教學替代了傳統教學評估，在CDIO模式中已經包括了評估環節，可以針對個別學生的學習或者教師的教學質量以及CDIO擬需改進方面進行評估。CDIO模式是開放的體系結構，提供適合任何高等院校工程類教育的工程計劃。

3、數據庫原理教育模式與CDIO模式比較

上文給出數據庫設計的基本階段和工作流程，針對數據庫設計來說，可以看出作為一個具有整體特征的項目設計，這與CDIO模式的要求相符合。在數據庫設計幾個步驟中，我們選取典型4個環節，來分析數據庫原理教育模式和CDIO模式的培養目標，詳見表1。

由于數據庫原理課程涉及整個數據庫設計的各個環節，因此課程自成體系，在課程講授過程中，可以采用項目驅動式教學方式所得效果與CDIO教育模式培養學生能力的目標相符合。同時，也可以說明數據庫原理教育模式是CDIO模式在課程教學過程中的具體實現，該教育模式能夠將CDIO模式核心特征進行展現，并完成學生多種能力的培養目標。

4、案例說明

本案例是基于本科生數據庫原理課程實際教學模式進行的，該課程是計算機學院計算機科學與技術專業的專業基礎課，課程學時為48學時，其中32學時為理論環節，16學時為實踐環節。在課程中將項目作為驅動，即以實現一個圖書管理信息系統的數據庫設計為目標，讓學生根據所學知識點逐一完成其設計內容。例如，在圖書管理信息系統中要求具有管理員權限的管理人員才可以對于數據庫中的圖書信息進行更新操作，而普通用戶僅僅能夠進行查詢操作。這就需要利用教材中第4章數據庫安全性的知識點，可以通過設定用戶表或數據庫的操作權限來完成，同時將這樣的操作權限授權給相應的用戶。新注冊的學生用戶初始默認權限為普通用戶，可以進行查詢圖書信息操作。

在實踐環節，將學生進行分組，分組目的是在培養學生個人能力的同時培養學生的團隊協作能力。學生分組與分工結構如圖2所示。這里需要說明，每個學生至少擔當一項具體操作任務。通過這樣的實踐環節培養，可以訓練學生的知識運用能力、人際交流能力以及對大項目的掌握、運行和調控能力。這種教學模式完全符合CDIO模式要求，具體表現在以下4個方面。

4.1 構思

根據項目目標，將學生按每組5～6人進行分組，采取學生組長負責制，組內進行分工。根據圖書管理信息系統所需的數據信息內容和業務功能需求，進行需求分析，數據整理，構思出圖書管理系統中的數據字典。

4.2 設計

對已知需求分析結果進行進一步分析，完成數據庫概念結構設計和邏輯結構設計，包括設計全局ER圖，以及由ER圖向關系模型進行轉換，對邏輯結構利用規范化理論進行邏輯優化。項目在這個過程中，要求學生完成由多個局部ER圖合并為全局ER圖時，做到不同設計人員之間的順利溝通，培養學生團隊能力和溝通能力。

4.3 實施

對已進行邏輯結構優化后的數據庫結構進行物理結構設計，進行數據庫實施，以保證數據庫結構合理。項目在這個過程中，要求學生輪流作為數據庫實施人員完成本環節工作任務，以更好地培養其動手實踐能力。

4.4 運行

評估各組設計結果，從考核上要求每個學生都積極參與各部分工作，提倡團隊合作精神，培養學生個人能力、創造能力和工程能力，采取學生組長負責制，將本組設計方案進行描述，并展現與課程知識點的緊密結合程度，進一步鞏固所學知識點的掌握。從而達到CDIO模式中對于學生掌握厚重專業技能的要求。

5、結語

數據庫原理課程教育模式在教學過程中培養并提高了學生主動性和創造能力，以及學生的自學能力、思考能力、實踐能力和團隊協作能力。同時，數據庫原理課程的教學效果為后續專業課程，如操作系統、面向對象程序設計等課程奠定了深厚的理論和實踐基礎。課程教育效果表明可以培養學生具備CDIO所要求的多種能力，實現計算機專業學生與社會和用工單位的無縫對接。endprint