混合教學(xué)模式下數(shù)據(jù)庫實(shí)踐課程教學(xué)的研究和實(shí)踐

唐琳 肖大薇 李彤

摘要：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的一種思維方式，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)的一系列思維活動。任務(wù)驅(qū)動是提供體驗(yàn)實(shí)踐的情境和感悟問題的情境，圍繞任務(wù)展開學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。在數(shù)據(jù)庫實(shí)踐課程的教學(xué)過程中采用基于計(jì)算思維和任務(wù)驅(qū)動的混合方法的教學(xué)模式。通過具體實(shí)踐，討論了混合教學(xué)模式開展教學(xué)活動的實(shí)施過程，并對最終的教學(xué)效果進(jìn)行總結(jié)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫實(shí)踐;計(jì)算思維;任務(wù)驅(qū)動;混合式教學(xué)模式

中圖分類號：G647 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）32-0133-02

計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的一種思維方式，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)的一系列思維活動。任務(wù)驅(qū)動時(shí)提供體驗(yàn)實(shí)踐的情境和感悟問題的情境，圍繞任務(wù)展開學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。在數(shù)據(jù)庫實(shí)踐課程的教學(xué)過程中，采用基于計(jì)算思維和任務(wù)驅(qū)動的混合學(xué)習(xí)方法的教學(xué)模式。通過具體實(shí)踐，討論了混合教學(xué)模式開展教學(xué)活動的實(shí)施過程，并對最終的教學(xué)效果進(jìn)行總結(jié)驗(yàn)證。

在實(shí)際教學(xué)過程中，開發(fā)實(shí)踐類課程強(qiáng)烈地依賴底層語言基礎(chǔ)，又有不為大家熟悉的思維方式，常常讓老師覺得難教，學(xué)生覺得難學(xué)。在實(shí)踐類課程的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生往往注重語言本身，并不是利用編程語言來解決實(shí)際問題，形成了一個(gè)教學(xué)誤區(qū)。最終并沒有提升學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和解決實(shí)際問題的動手能力。數(shù)據(jù)庫實(shí)踐課程作為數(shù)據(jù)庫原理課程的后繼開發(fā)實(shí)踐課程，旨在提升學(xué)生對數(shù)據(jù)庫理論知識的理解并提升解決實(shí)際問題的思維、能力以及創(chuàng)造性。

當(dāng)今的社會發(fā)展速度驚人，尤其是物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)行業(yè)的工作方法和工作內(nèi)容發(fā)生了重大的變革。對于軟件專業(yè)的學(xué)生來說，在學(xué)習(xí)過程中單純掌握幾門編程技術(shù)，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)今社會的需求。因此，教育教學(xué)模式亟待改變和創(chuàng)新，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)，則是培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)方式。

一、混合教學(xué)模式概述

1.計(jì)算思維

美國卡內(nèi)基.梅隆大學(xué)周以真（Jeannette M.Wing）教授認(rèn)為，計(jì)算思維（Computational Thinking）是人類運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解行為思維活動，隱含了計(jì)算機(jī)科學(xué)所有范疇。[1]

計(jì)算思維的概念主要包括了四個(gè)范疇：遞歸思維;抽象和分解任務(wù)或設(shè)計(jì);按照預(yù)防、保護(hù)及統(tǒng)御容錯(cuò)，糾錯(cuò)的方式;采用啟發(fā)式推理來尋求解答。

2.任務(wù)驅(qū)動

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式是一種有效的、能夠極大拓展學(xué)生知識面、能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識和實(shí)踐結(jié)合起來，并且有助于學(xué)科教學(xué)與信息技術(shù)整合的教學(xué)模式。[2]1996年Jane Willis，在《A Framework for Task-Based Learning》中指出基于任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)模式必須要包括三個(gè)階段的任務(wù)：介紹任務(wù)和主題的前任務(wù)階段;執(zhí)行任務(wù)，準(zhǔn)備報(bào)告，進(jìn)行報(bào)告的實(shí)施任務(wù)階段;分析和再練習(xí)的后任務(wù)階段。

3.混合教學(xué)模式

本文中所指的混合教學(xué)模式是基于計(jì)算思維和任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)模式。[3]計(jì)算思維是對學(xué)生思維的方式和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在課程設(shè)計(jì)過程中旨在通過任務(wù)驅(qū)動的方式來進(jìn)一步培養(yǎng)計(jì)算思維意識、培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。任務(wù)驅(qū)動既能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動手的能力，又能培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。故結(jié)合兩種教學(xué)方法，通過在實(shí)際的教學(xué)過程中實(shí)施和實(shí)踐，使計(jì)算思維成為學(xué)生的基本技能，同時(shí)提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二、混合教學(xué)模式在數(shù)據(jù)庫實(shí)踐課程中的實(shí)踐

1.混合教學(xué)模式下的數(shù)據(jù)庫實(shí)踐課程設(shè)計(jì)

基于計(jì)算思維的課程設(shè)計(jì)應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生具備認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)能力和決策能力。在培養(yǎng)計(jì)算思維的同時(shí)兼顧能力的培養(yǎng)。任務(wù)教學(xué)能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并提高學(xué)生解決實(shí)際問題的動手能力。因此課程的設(shè)計(jì)采用計(jì)算思維中的抽象和任務(wù)分解的方式，將大項(xiàng)目抽象劃分為若干小項(xiàng)目，基于小項(xiàng)目的任務(wù)驅(qū)動方式設(shè)計(jì)開發(fā)，再將每個(gè)小項(xiàng)目的成果合并形成最終的應(yīng)用系統(tǒng)。基于計(jì)算思維的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程教學(xué)采用課堂講授、實(shí)踐和討論的形式進(jìn)行，同時(shí)課下輔以課程論壇的方式進(jìn)行總結(jié)。以足球聯(lián)賽管理系統(tǒng)后臺為例，計(jì)算思維在數(shù)據(jù)庫實(shí)踐課程中的設(shè)計(jì)見圖1：

基于項(xiàng)目的任務(wù)驅(qū)動設(shè)計(jì)，在數(shù)據(jù)庫實(shí)踐課程上選擇使用了“足球聯(lián)賽管理系統(tǒng)”，并將該系統(tǒng)劃分為后臺和前臺兩個(gè)子系統(tǒng)。劃分4-5個(gè)同學(xué)為一組，來共同協(xié)作完成一個(gè)完整的項(xiàng)目。課上的時(shí)間來完成后臺管理系統(tǒng)，課后的時(shí)間由小組同學(xué)合作共同完成前臺系統(tǒng)。每一次課程都包括任務(wù)驅(qū)動教學(xué)方法的完整3部分內(nèi)容即任務(wù)介紹、任務(wù)執(zhí)行和任務(wù)總結(jié)。

2.混合教學(xué)模式下的數(shù)據(jù)庫實(shí)踐課程的實(shí)踐

我校的數(shù)據(jù)庫實(shí)踐課程共64課時(shí)，內(nèi)容劃分為3個(gè)部分，即數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫開發(fā)、數(shù)據(jù)庫開發(fā)優(yōu)化三部分內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和構(gòu)建部分，任務(wù)為足球聯(lián)賽管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和構(gòu)建;數(shù)據(jù)庫開發(fā)部分，任務(wù)為足球聯(lián)賽管理系統(tǒng)開發(fā)實(shí)現(xiàn);數(shù)據(jù)庫開發(fā)優(yōu)化部分，任務(wù)為從數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面優(yōu)化現(xiàn)有的系統(tǒng)。課程內(nèi)容通過16個(gè)專題（每個(gè)專題4學(xué)時(shí)）完成。具體內(nèi)容如表1所示：

表1 數(shù)據(jù)庫實(shí)踐課程安排

1.數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和構(gòu)建 專題一：系統(tǒng)開發(fā)流程及需求分析;

專題二：系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)及ER-模型;

專題三：系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)優(yōu)化即范式化及數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建;

專題四：系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)優(yōu)化即數(shù)據(jù)表約束及視圖;

專題五：數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建評審。

2.數(shù)據(jù)庫開發(fā) 專題六：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)SQL語句編寫;

專題七：使用基礎(chǔ)JDBC開發(fā)系統(tǒng)DAO層;

專題八：使用高級JDBC優(yōu)化DAO層;

專題九：用戶登錄模塊完整開發(fā);

專題十：查詢功能模塊完整開發(fā);

專題十一：插入功能模塊完整開發(fā);

專題十二：修改、刪除功能模塊完整開發(fā);

專題十三：系統(tǒng)集成小組模塊及評審。

3.數(shù)據(jù)庫優(yōu)化 專題十四：優(yōu)化系統(tǒng)提升性能即存儲過程的使用;

專題十五：優(yōu)化系統(tǒng)以減少用戶操作即觸發(fā)器和游標(biāo)的使用。

總結(jié)和答辯 專題十六：進(jìn)行項(xiàng)目答辯與總結(jié)。

基于混合教學(xué)模式的數(shù)據(jù)庫實(shí)踐課程，在第一次專題中明確課程的總體目標(biāo)，即每個(gè)小組需要在課程內(nèi)完成足球聯(lián)賽管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、開發(fā)和優(yōu)化。具體每一個(gè)專題中，劃分為4個(gè)階段。第一階段：任務(wù)介紹，明確本次專題需要解決的問題;第二階段：小組同學(xué)基于該問題討論如何分解任務(wù)，進(jìn)行任務(wù)分解;并進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)和開發(fā)實(shí)踐活動。第三階段：老師總結(jié)和講解在第二階段比較共性的問題，針對每一小組的問題分別指導(dǎo);第四階段：學(xué)生根據(jù)老師的總結(jié)和講解改進(jìn)本次實(shí)踐活動。課程結(jié)束前10分鐘大家進(jìn)行最終的任務(wù)總結(jié)。完成課下任務(wù)時(shí)重復(fù)這一過程，這樣一來可以有意識地通過計(jì)算思維更好的去解決預(yù)留任務(wù)。

計(jì)算思維的思想和任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)模式，也通過具體的實(shí)踐教學(xué)活動展開：

計(jì)算思維中的任務(wù)分解是解決復(fù)雜問題十分有效的一種思維方式。例如，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)及ER-模型這一專題中難度較大，學(xué)生常會無從下手。這時(shí)老師可以借助需求分析中所涉及的多種角色，按角色進(jìn)行任務(wù)分解，可以啟發(fā)學(xué)生將系統(tǒng)參與者劃分為瀏覽人員、工作人員和管理員三種角色，從每一個(gè)角色的角度出發(fā)，來分解設(shè)計(jì)任務(wù)。然后再合并設(shè)計(jì)，從而設(shè)計(jì)出完整的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

計(jì)算思維中的啟發(fā)式推理，可以通過數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程中球員信息這一實(shí)例很好的給出。在沒有啟發(fā)式教學(xué)的前提下，往往同學(xué)會設(shè)計(jì)出一個(gè)代表球員信息的表格，其中球員所屬球隊(duì)則為表格中的一列，這種設(shè)計(jì)是一種常見的錯(cuò)誤，因?yàn)閷W(xué)生沒有考慮到球隊(duì)進(jìn)球的信息問題。常見錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)庫邏輯視圖見圖2：

老師可以通過一些日常生活的舉例，常常舉的例子有商品的價(jià)格問題，按照學(xué)生的一貫思路，會將商品信息設(shè)計(jì)為一個(gè)表，其中商品價(jià)格是表的一列，但實(shí)際銷售中促銷打折是比較常見的情況，而日后又恢復(fù)原價(jià)。如此一來以前曾經(jīng)銷售過的價(jià)格就找到不到了，如果發(fā)生退款、退貨、或者銷售額統(tǒng)計(jì)就沒有辦法實(shí)現(xiàn)了。通過這種具體實(shí)例能夠有效地啟發(fā)學(xué)生，構(gòu)建出較為完善合理的數(shù)據(jù)庫。正確的數(shù)據(jù)庫邏輯視圖，見圖3：

任務(wù)驅(qū)動在每次專題中，所有的教學(xué)過程都圍繞具體而明確的任務(wù)展開，這樣學(xué)生就知道每次專題的具體任務(wù)。例如，優(yōu)化系統(tǒng)以減少用戶操作。在觸發(fā)器和游標(biāo)的使用這個(gè)專題中，學(xué)生完成的系統(tǒng)總是需要用戶錄入比賽的每一個(gè)進(jìn)球的詳細(xì)信息，還需要錄入每個(gè)球隊(duì)在每場比賽的進(jìn)球數(shù)。這樣一來用戶操作復(fù)雜，也容易造成數(shù)據(jù)的不一致性。我們的任務(wù)是要將這樣的用戶操作簡化，同時(shí)保證數(shù)據(jù)的一致性。所以在系統(tǒng)中明確提出，本次專題要求用戶僅錄入進(jìn)球明細(xì)，進(jìn)球總數(shù)不需要用戶操作，由數(shù)據(jù)庫利用觸發(fā)器替代用戶的操作。明確任務(wù)后，學(xué)生就會有方向去執(zhí)行任務(wù)。

3.混合教學(xué)模式下的數(shù)據(jù)庫實(shí)踐課程的教學(xué)效果分析

通過課堂教學(xué)實(shí)踐證明，混合教學(xué)模式下的數(shù)據(jù)庫實(shí)踐課程有效的將任務(wù)驅(qū)動和計(jì)算思維的培養(yǎng)相結(jié)合。其優(yōu)點(diǎn)是通過任務(wù)驅(qū)動將課程任務(wù)從理論概念上升為實(shí)際問題的解決，給學(xué)生更加具體的目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過計(jì)算思維使學(xué)生在解決問題時(shí)，能夠在有意識的科學(xué)思維方式下完成，更有利于提升學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)新能力。所以采用基于混合式教學(xué)模式的教學(xué)方法，可以使學(xué)生有效地將專業(yè)知識、計(jì)算思維結(jié)合起來，切實(shí)有效地提高了學(xué)生動手解決實(shí)際問題的能力以及創(chuàng)新能力。

三、結(jié)束語

教學(xué)過程的實(shí)踐結(jié)果表明，通過混合式教學(xué)模式在數(shù)據(jù)庫實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用，能夠促使學(xué)生以科學(xué)的思想去分析問題，通過切實(shí)準(zhǔn)確的任務(wù)解決實(shí)際問題，進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)造性。計(jì)算思維和任務(wù)驅(qū)動的混合式教學(xué)模式對新一代的大學(xué)生培養(yǎng)提出了新的要求，但僅僅通過一門課程的教學(xué)活動，無法完全構(gòu)建計(jì)算思惟，我們需要在整個(gè)的專業(yè)課程教學(xué)體系中貫穿這一思想，從而真正地培養(yǎng)起學(xué)生的計(jì)算思維和解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)造性。

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（責(zé)任編輯：劉翠枝）