高職院校數據庫教學中的項目化學習設計

摘要：數據庫是計算機信息技術的重要內容，筆者曾主編的數據庫教材主要實現了對教學活動的設計，在此基礎上，探索數據庫項目化學習設計，努力實際地提高學生學習數據庫技術的主動性。文章通過確定數據庫學習目標、建設支持性學習資源、設計項目化學習驅動性問題，規劃項目化學習活動進程，以實現學生設計與創建維護數據庫能力的提高。

關鍵詞：教學目標；項目化學習；支持性學習資源；驅動性問題

中圖分類號：TP311.52? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）34-0063-05

1 引言

如何從單純的認知學習向探究學習與項目實踐相結合的學習轉變，促進認知學習與探究學習的結合，推動學生的社會性成長，是世界教育改革與發展的時代課題。Berman認為“項目學習是讓學生進行創作、驗證、完善，并制造出某種東西的活動”[1]，通過對復雜真實的問題、細心設計的任務擴展化的探究過程，讓學生參與知識與技能的學習中，張豐認為“項目化學習”設計實現了讓學生面對真實問題，通過解決問題的過程來驅動學習。創設真實情境的挑戰性問題，鼓勵學生通過自主實踐與合作互動相結合的方式解決問題。

數據庫技術的特點是理論性和實踐性都很強。數據庫的設計質量，將直接影響數據庫管理系統對數據的控制質量。以筆者為主編寫的數據庫教材主要實現了對教學活動的設計，在此基礎上，探索數據庫教學中項目化學習設計，努力實際地提高學生學習數據庫主動性，使學生經歷探索實際項目的學習，形成建構數據庫的思路，并在展示數據庫設計與創建數據庫的過程中經歷深度的學習。

2 數據庫教學中的項目化學習要素

數據庫項目化學習的核心在于“自主學習”，是面向一個真實的實際任務并自我找到解決方案的學習過程。學習者在項目化學習過程中，自主性地收集數據庫資料、掌握數據庫知識點、在人際反復互動過程中分析用戶的需求、通過數據庫設計與實施來創建出正確的數據庫，從而使學習者掌握數據庫知識、數據庫設計與創建維護技能。

數據庫教學中的項目化學習設計包括要素：學習目標、支持性學習資源、驅動性問題，項目化學習任務，過程性評價。

教師按照數據庫課程標準確定項目化學習目標，準備與提供支持性學習資源，包括傳統的紙質教材資料、開放的線上學習資源、真實的數據庫客戶需求場景，可運行的數據庫。給出數據庫設計的每階段的子任務，提出驅動性問題，學生自主探索把控數據庫設計的進程、師生交互實踐，客戶和教師過程性評價階段性數據庫設計成果，針對不同的學習者和不同的學習成果有不同的評價結果，如果過程性評價結果是學生還有提高空間，學生可以自主選擇學習支持性學習資源的相關內容，在一組具有提示性的驅動性追問中，學生漸漸自己理解數據庫設計的規范化要求，遷移地思考并解決實際問題。項目化學習設計使原來的教師單向授課式指導，轉變為學生根據真實項目主題與過程性評價，選擇適合自己設計進度的學習資源，讓學習活動更多地由學生進行自我學習，引領性地促進學習活動真實而深刻地發生。項目化學習設計包括的各實踐要素的關系如圖1所示。學生利用支持性學習資源，自主學習各子任務，教師的學習指引更多地潛隱在支持性學習資源的設計與準備中，并在不斷過程性評價中促使學習者達到學習目標。

3 數據庫設計項目化學習目標

數據庫設計的質量不僅依賴于設計人員對應用領域的了解，而且還依賴于他們從事數據庫設計的實踐經驗和水平。

數據庫設計項目化學習目標是推動學生主動積極探究的統領性的學習總任務。在數據庫教學中的項目化學習目標是設計冗余低、正確的、可共享的規范化數據庫，避免數據重復、更正、刪除、插入異常，從而提高數據庫表的查詢性能。學習利用數據庫管理平臺創建與維護數據庫的方法。數據庫設計包括數據庫結構設計與應用設計，一般在數據庫結構設計的基礎上，完成數據應用設計，盡可能減少數據的存儲量和內外存間數據的傳輸量，便于數據庫的擴充和移植。

4 支持性學習資源的建設

支持性學習資源是含著具有內在邏輯的系列示范性任務單。學生通過經歷一組任務單的自我學習過程，形成可以遷移的思考模式，在試圖解決項目化學習任務的總目標時，轉化為有自己思考，并觸發創造性高階思維，最終完成項目化學習目標。

為達到學習目標，學生沿著項目化學習任務主線，努力解決實際問題而進行持續性學習活動，支持性學習資源中的學習任務與項目化學習任務是具體交叉循環推進的組合。并在項目化學習持續性探索中帶動知識點的學習。

在項目化學習中，當學生遇到困難與問題時，可以在提供的支持性學習資源中尋找解決問題的辦法，支持性學習資源除了教材外，以課程目錄的形式在網絡平臺組織示范性“任務鏈”，可供學生主動隨時按需選擇，賦權學生具備反復獲取的權限，促使學生產生靈感，并遷移地思考問題，形成自己解決問題，完成任務的思路。

數據庫設計示范性“任務鏈”任務節點有需求分析、概念結構設計、邏輯結構設計、數據庫物理設計、數據庫實施、數據庫運行和維護六個階段。下面將給出設計與創建學生選課數據庫項目中的示范性“任務鏈”清單中的每個任務節點的支持性學習資源。

5 項目化學習任務的設計

夏雪梅認為：“項目化學習的設計離不開對知識觀的探討，是學科核心知識在情境中的再建構與創造”[2]。在項目化學習任務的設計中，主要設計核心項目化學習任務鏈和項目化學習活動進程。核心項目化學習任務鏈指的是學生在驅動性問題的推動下為完成項目化學習任務，而需要持續性探索的子任務。項目化學習活動進程是指在完成項目化學習任務過程中利用支持性學習資源進行學習，逐個遷移完成項目化學習子任務，在學生互評或教師、客戶評價學習成果后，根據評價結果，完善項目化學習任務的過程。

強化課程學習與社會生活聯系[3]，夏雪梅認為：“對教師而言，項目化學習實施的中國建構意味著在學習情境中，靈活選擇合適的項目類型，設計對自我和學生而言都有意義的真實問題”[4]，數據庫項目化學習任務的設計應該是簡短的開放性的，學生可以自主選擇開拓設計的數據庫主題，比如茶葉追溯系統數據庫設計、畢業論文選題與管理系統的數據庫設計，在這里選擇項目化學習任務為某工廠物資管理系統設計創建維護“工廠物資管理”數據庫。

在數據庫設計項目化學習中，引導學生在設計創建維護“工廠物資管理”數據庫的實踐過程中，將所能想到的問題列出清單，就提出的問題進行交流，并到示范性“任務鏈”清單中尋找靈感，找到解決問題的方案，由教師或學生對解決問題的方案進行評估并提出方案的不足，進一步提出驅動性問題，指導與討論后調整方案，繼續學習進程。項目化學習任務可以是學生學習的依托，也是學生解決問題過程中深入思考的展現，學生從真實的實踐中獲得數據庫設計的體驗和經驗。

5.1 驅動性問題的設計

有效的聯系實際的驅動性問題是數據庫設計項目化學習的要素。通過不斷提出驅動性問題，引導學生投入到數據庫設計項目化學習中，并激發學生的沉浸式思考，積極投入設計數據庫實踐，驅動性問題應貫穿于項目化學習每個階段，不僅組織和直接推動項目化學習活動，而且使一系列任務和活動之間具有內在的一致性。

如何設計與數據庫設計有關聯的驅動性問題？用怎樣的問題能夠驅動學生主動投入思考？驅動性問題應是圍繞項目主題的、契合課程標準的具有凝練意義的問題，是能夠引發學生自主探究和推動學生問題解決的關鍵性問題。驅動性問題其實是關聯各階段學習目標的概括性的任務，其設計須注意緊密聯系學習目標。驅動性問題應具備嚴謹的科學性，可以幫助學生掌握關系數據庫的知識。在數據庫設計項目學習中，促進數據庫核心知識的學習與數據庫設計綜合素質的進步才是目的。驅動性問題應具備挑戰性，使得學習者只有在儲備了相關學科知識，才可以形成關于驅動性問題的分析、認知，并做出決策，漸成思考與解決問題的方法，最終解決問題。所有的驅動性問題集合應具備全面性，涉及數據庫設計各階段，可以有助于學生建構數據庫相關知識體系。驅動性問題應具備真實性，驅動性問題應能夠聯系真實場景，從生活中的真實項目出發，展開項目化學習，學習成果是可以被用戶實際操作的解決實際問題的數據庫，有助于學生在獲得客戶認可后、提升自我成就感，激活學習者學習數據庫技術的興趣。為某工廠設計“工廠物資管理”數據庫是帶有實際應用情境的大項目，通過完成這個大項目，指引學生的項目化學習過程。要完成設計“工廠物資管理”數據庫這個大項目，需將其拆解為需求分析、概念結構設計、邏輯結構設計、數據庫物理設計、數據庫實施、數據庫運行和維護六個小任務[5]，每個小任務環環相扣，形成任務鏈，針對每個小任務，按照問題解決思路，規劃具有挑戰性的驅動性問題。

核心任務1：需求分析“工廠物資管理”流程驅動性問題：

如何與廠長進行友好溝通？

“工廠物資管理”涉及哪些人？哪些物資？哪些部門？這些實體對象包含哪些屬性？

工廠物資的管理流程是什么？

如何從收集到的信息提取出可以在數據庫系統中存儲查詢的數據？

抽象出來的數據有哪些完整性約束？比如物資價格的取值范圍是什么？員工的年齡必須大于18歲嗎？工廠可能涉及多少物資？物資的庫存量低到多少需要進貨？

需要操作數據庫的人員有哪些類型？每類用戶要對數據庫做哪些操作，可以查詢哪些信息？每類用戶的權限是什么？

核心任務2：根據需求分析結果，抽取出進行“工廠物資管理”流程中包含的對象及各對象之間的關系（概念結構設計）。

不同的工廠會有不同的需求，數據庫設計人員要根據需求分析結果，來進行概念結構設計。假設，通過需求分析，我們知道工廠在物資管理過程中，涉及倉庫管理部門、人事部門、采購部門三個部門。人事部門要安排職工的工作任務，一間倉庫有多個職工當倉庫保管員，一個職工只能在一間倉庫工作。

驅動性問題：

倉庫和職工之間存在哪種聯系？職工在某倉庫的工作開始時間與結束時間與倉庫和職工有關嗎？

某零件在某倉庫的庫存情況是隨時變化的，如何記錄物資在某倉庫的庫存情況？

誰有權限修改物資在某倉庫的庫存？

誰有權限調整職工的崗位？

如何記錄供應商為某些項目供應物資的數據？

我需要學習哪些知識才能了解數據庫的規范化要求？

如何設計一個規范化的“工廠物資管理”數據庫？

核心任務3：“工廠物資管理”數據庫由哪些數據表組成，表之間信息的聯系方式（邏輯結構設計）。

驅動性問題：

從概念結構設計轉化為邏輯數據庫的規則了解了嗎？

工廠物資管理數據庫由哪些數據表組成？

每張數據表由哪些屬性列字段組成？

數據可以有哪些數據類型？如何規劃這些字段的數據類型？

物資價格的數據要參與運算，它的數據類型只能是數字型嗎？

每張數據表中是否具有唯一的識別數據表中的一行數據記錄的特點？

哪些類型的用戶可以獲得數據庫的哪些信息？

核心任務4：“工廠物資管理”數據庫如何規劃存儲到數據庫系統（數據庫物理設計）。

驅動性問題：

數據庫系統的架構是怎樣的？

工廠物資管理數據庫大概要存儲多少容量的數據？

每次修改需要增加的數據量大約是多少？

規劃數據庫各類文件的存儲方案要考慮哪些問題？

怎樣設計才可以讓數據文件的安全性得到保障？

相同概念的字段在不同數據表的信息如何聯動？比如要求項目資料中的項目號被修改時，供應情況表中的項目號也要自動被修改。如何確保供應商資料中的供應商號只有在供應情況表中的相應供應商號不存在時，方可刪除？

如何為不同的用戶提供不同的信息？比如為供應商提供包含物資名、項目號、物資價格、物資折扣的信息。為人事管理員提供職工號、姓名、崗位等職工信息。

核心任務5：創建“工廠物資管理”數據庫。

驅動性問題：

是否掌握數據庫系統的操作？我是否具備創建數據庫的能力？

如何創建 “工廠物資管理”數據庫？

如何創建數據表？

數據表的數據按照什么信息進行排序？如何創建索引？

是否理解視圖、存儲過程、觸發器的概念及其作用？

如何創建視圖、存儲過程和觸發器？

核心任務6：運行和維護“工廠物資管理”數據庫。

驅動性問題：

是否掌握更新、插入、刪除數據庫中數據的方法？

是否理解日志文件的功能？如果日志文件容量達到磁盤容量極限，如何管理日志文件？

如何維護數據庫的安全性？

如果由于磁盤的損壞，數據丟失了，如何實現數據庫的轉儲和恢復？如何監督、分析數據庫性能？如果數據庫的查詢效率降低，如何改善數據庫性能？

如果用戶需要增加新功能？如何規劃與實現數據庫的升級？

如何發現數據庫的錯誤，并修改錯誤？

5.2 規劃項目化學習活動進程及評價標準

圍繞數據庫設計的驅動性問題，學習者團隊自主性收集教材等紙質資料、利用通過網絡學習平臺提供的支持性學習資源，學習數據庫設計方法，面對自主選擇的面向實際應用的設計主題，自主開放持續性地探索知識，學習者通過獨立思考、經歷數據庫設計與創建數據庫的過程，發揮想象力，尋求創造性解決實際問題的方案，項目化學習的過程性評價者可以是用戶、教師或學生，并通過對數據庫每一階段學習成果的過程性評價，促使學生不斷自我學習，并不斷優化方案，高效高質完成項目化學習任務。學生在項目化學習進展中掌控學習的自主權。由于數據庫每一階段的學習目標和學習成果是不同的，所以應有相匹配的評價者和評價方式。教師在明確核心任務與學習目標后，即進行評價方式的設計，明確數據庫設計項目化學習過程中的關注點和要求。并告知學生，幫助學生理解數據庫設計規范化要求。

如何評價是對學習的重要引導。貫穿項目化學習全程的過程性評價需要能夠體現學習效果，根據環環相扣的子任務，結合學習目標，考慮評價內容，評價標準，設計相應的評價。評價學生提出問題的能力、需求分析的能力，評價數據庫核心知識點的掌握情況，評估學習成果——創建的數據庫是否達到學習目標、是否滿足用戶的需求，并給學生提供反饋。下面給出“工廠物資管理”數據庫項目化學習活動進程及評價方式。

核心任務1：對“工廠物資管理”進行需求分析。

階段性成果：確定“工廠物資管理”數據庫的用戶需求。由于用戶非常清楚“工廠物資管理”的流程，而設計者了解數據庫的設計要求，所以用戶和數據庫設計者要互相充分反復交流，教師應創造機會，鼓勵學生擴大信息獲取的渠道，深入到不同類型用戶（廠長、倉庫管理員、職工、供貨商）工作場景，挖掘“工廠物資管理”中涉及的信息，使學生經歷真實的體驗性的需求分析活動。并把這些需求寫成用戶和數據庫設計者都能夠接受的文檔。

評價標準：由用戶來評價需求分析文檔是否完全體現了用戶的實際需求。如果體現了用戶的實際需求，則評價合格，進入下一任務鏈；如果用戶提出新的需求或發現文檔不滿足實際需求，則繼續對“工廠物資管理”進行需求分析。

核心任務2：根據需求分析結果，抽取出進行“工廠物資管理”流程中包含的對象及各對象之間的關系（概念結構設計）。

階段性成果：畫出“工廠物資管理”E-R圖。面對搜集到的用戶需求，學生要進行分析與討論，形成“工廠物資管理”數據管理流程的全貌，再對這些信息進行綜合、整理，從信息中抽出可以存儲在數據庫中的數據。在概念結構設計過程中，需要經歷充分的討論，協調存在命名沖突，結構沖突的數據，反復幾輪螺旋式地深入，以形成“工廠物資管理”E-R圖。

評價標準：是否掌握E-R圖表示方法？是否體現了需求分析階段確定的所有要求及數據信息間的聯系？是否有冗余的數據及它們之間的聯系？如果用戶認為達到實際需求，教師認為設計的E-R圖，滿足規范化要求，則評價合格，進入下一任務鏈；如果用戶提出新的需求或發現有不符合實際需求的數據，則返回對“工廠物資管理”進行需求分析。

核心任務3：“工廠物資管理”數據庫由哪些數據表組成，表之間數據的關聯方式（邏輯結構設計）。

階段性成果：設計出為某個DBMS所支持的工廠物資管理數據庫的關系模式。關系模式定義了工廠物資管理數據庫由哪些數據表組成？數據表由哪些屬性字段組成？每個數據表的主鍵是由哪些屬性構成？

評價標準：由教師評價是否滿足3NF范式要求？如果教師評估工廠物資管理數據庫的關系模式，達到實際需求，滿足3NF范式要求，則評價合格，進入下一任務鏈；如果發現有不符合3NF范式要求的數據，比如出現了可以由其他屬性字段計算得到的屬性，教師通過告知學生問題清單，促使學生進行反思與再學習，重新返回對“工廠物資管理”進行邏輯結構設計。

核心任務4：規劃“工廠物資管理”數據庫存儲方式（數據庫物理設計）。

階段性成果：設計出工廠物資管理數據庫的物理數據庫

評價標準： 數據庫的物理結構主要指在相關存儲設備上的存儲結構和存取方法。評價數據庫物理設計是否將各邏輯數據對象，按一定的結構合理地存儲在存儲設備上？數據庫系統的運行效率是否達到最佳，比如數據或數據備份存儲點的規劃是否達到保護數據不丟失的目標？設計的數據訪問方法，能否提高存儲在物理設備上的數據檢索的能力？“工廠物資管理”的物理存儲數據按照什么排序？是否能夠為不同用戶提供不同的數據？

教師與用戶對上述內容進行評價，如果評價合格，進入下一任務鏈，如果發現有設計不符合要求，比如用戶將數據文件與日志文件設計在同一磁盤上，這會導致數據不易恢復，教師給出問題清單，促使學生進行再學習，重新返回對“工廠物資管理”進行物理結構設計，從而修復錯誤。

核心任務5：數據庫實施。

階段性成果：創建工廠物資管理數據庫，載入數據庫數據。

評價標準：是否實現了數據庫設計中的所有功能？是否載入數據庫數據？載入數據庫數據是否都是正確的，數據是否一致的？是否生成完整的數據庫？在數據庫實施階段，工廠物資管理數據庫調試、試運行是否順利？應用程序調用數據庫在時間、空間等性能是否達到要求？

教師與用戶對上述內容進行評價，如果評價合格，進入下一任務鏈；如果發現有不符合要求的功能和性能，比如出現了查詢速度慢的現象，教師通過告知學生問題清單，促使學生進行反思與再學習，重新返回對“工廠物資管理”進行物理結構設計，需調整物理結構、修改應用程序，直至高效、穩定、正確地運行該數據庫系統為止。

核心任務6：數據庫運行和維護。

階段性成果：維護工廠物資管理數據庫是一個長期的任務。

評價標準：數據庫是一種動態和不斷完善的運行過程，運行和維護階段開始，并不意味著設計過程的結束，任何哪怕只有細微的結構改變，也許就會引起對物理結構的調整、修改，甚至物理結構的完全改變，因此數據庫運行和維護階段是保證數據庫日常活動的一個重要階段。數據系統投入運行后，主要維護數據庫的安全性與完整性，性能的監督、分析與改進。增加新功能。

5.3 數據庫設計成果的展示

數據庫設計展示是一個綜合性的活動，既是學生研究與實現數據庫水平的反映，又是學生及其團隊社會性成長的表現。

要求學生以PPT、數據庫的具體操作演示視頻等方式，多途徑多方式地展示數據庫設計成果。主要展示數據庫設計項目研究報告，對問題情境、問題分析、解決方案、實施過程、成果成效、問題與展望等方面作綜合分析、梳理并表達；要求學生基于具體的數據庫，解釋分析其知識點，反思和討論數據庫項目化學習過程中走過的彎路和啟示。展示項目化學習過程的團隊的表現，評價學生組織分工，交流能力，從創造性、展示等方面評價學生團隊。

6 總結

開展數據庫項目化學習的目的是幫助學生擺脫填鴨式的被動學習。數據庫項目化學習任務的綜合設計體現在具有層次關系與遞進關系的任務鏈，從驅動性問題、到支持性開放式學習資源、再到具體的多視角的過程性評價，教師隱身的學習組織與學習指導，進一步賦權學生，鼓勵學生自我指導學習，讓他們主動投入積極的項目需求分析與數據庫知識建構、表達與創新中，學會使用數據庫管理系統創建使用數據庫，通過創建規范化的數據庫讓學生親歷項目化學習實踐，向用戶展示自己所設計的數據庫，幫助學生找到自我學習自我探究的方法和意義。在計算機技術升級速度非常快的大背景下，數據庫項目化學習的價值除了掌握數據庫設計項目中的具體知識外，還對學生終身自我學習，推動自我不斷知識更新有重大意義，使學生理解“學習”的好處，從而成為學生們不斷成長的驅動器。

參考文獻：

[1] Berman S.多元智能與項目學習：活動設計指導[M].夏惠賢，譯.北京：中國輕工業出版社，2004.

[2] 夏雪梅.項目化學習設計：學習素養視角下的國際與本土實施[M].北京：教育科學出版社，2018：31.

[3] 張豐，管光海.變革學校：科技創新教育與項目化學習[M].杭州：浙江教育出版社，2022：17.

[4] 夏雪梅.項目化學習的實施：學習素養視角下的中國建構[M].北京：教育科學出版社，2020：31.

[5] 詹英，林蘇印，顏慧佳，等.數據庫技術與應用-SQL Server 2019[M].北京：清華大學出版社，2022：300-362.

【通聯編輯：謝媛媛】