專創(chuàng)融合數(shù)據(jù)庫設計教學案例

摘要：文章基于專創(chuàng)融合視角提出一種基于水平思考法和啟發(fā)式問題引導的數(shù)據(jù)庫概念模型設計方法，并以美團訂餐系統(tǒng)為例，采用五星教學法設計了教學案例。該方法旨在解決學生在概念模型設計中的難點，并提升其問題解決能力和團隊協(xié)作能力。研究結果表明，該方法能夠有效改進學生的數(shù)據(jù)庫設計能力，并提高課程綜合項目報告的質量。

關鍵詞：專創(chuàng)融合；水平思考法；啟發(fā)式問題；五星教學法；數(shù)據(jù)庫概念模型設計

中圖分類號：TP311.13" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）21-0049-04

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

數(shù)據(jù)庫課程是計算機及相關各專業(yè)非常重要的基礎課程。數(shù)據(jù)庫設計是課程中的關鍵難點，它對系統(tǒng)的性能、可擴展性、維護性以及數(shù)據(jù)的一致性和完整性等方面具有深遠影響[1]。在軟件系統(tǒng)設計與開發(fā)中，數(shù)據(jù)庫設計的地位不可小覷。傳統(tǒng)的概念模型設計，通常采用E-R方法，依賴于從數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典中抽象實體、聯(lián)系和屬性。但大二學生因缺乏軟件工程知識，常混淆功能與數(shù)據(jù)邏輯，導致概念模型設計不準確，且對教師依賴性嚴重，難以培養(yǎng)學生的解決問題能力和團隊協(xié)作能力。針對這些問題本文提出一種專創(chuàng)融合的教學思路，結合“水平思考法”和“問題啟發(fā)”方法，鼓勵學生從多角度思考，以美團訂餐系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模型設計為例，有效激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，提升設計準確度和創(chuàng)新性，更好地鍛煉他們的問題解決和團隊協(xié)作能力，并將此方法推廣應用到課程綜合項目的數(shù)據(jù)庫模型設計中，取得了不錯的效果。

1 水平思考法

水平思考法，又稱橫向思維法，是由愛德華·德·波諾提出的一種創(chuàng)新思維方法[2]。它強調從不同角度、不同領域尋找解決問題的途徑，打破傳統(tǒng)思維定式，通過概念法、隨機輸入、挑戰(zhàn)法、激發(fā)法等技巧，激發(fā)創(chuàng)造性思維[3]。核心特點在于其跳躍性、多樣性和開放性，能夠提供更多可能性，從而提高解決問題的效率。

在數(shù)據(jù)庫概念模型設計中，水平思考法的應用價值尤為突出，它可以幫助設計者跳出傳統(tǒng)的思維框架，探索更適合用戶需求的數(shù)據(jù)庫模型。通過水平思考，設計者能夠從數(shù)據(jù)存儲、業(yè)務操作、查詢效率等多方面進行創(chuàng)新，設計較優(yōu)化的數(shù)據(jù)模型。

2 教學案例設計

本文以“美團訂餐系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計”教學為例，闡述如何將水平思考法的創(chuàng)新思維融合到數(shù)據(jù)庫概念模型設計之中，從教學目標、教學過程和思政融入三方面對教學案例進行設計。

2.1 教學目標設計

教學目標設計是教育過程中的關鍵環(huán)節(jié)，它不僅為教學過程和活動提供明確的方向和指引，還確保了教學內容的有效傳遞和學生的學習成效。本次課的教學目標從知識、能力和價值三個維度設計如下。

1） 知識目標；掌握如何抽象E-R模型三要素，學會E-R設計方法。

2） 能力目標：能夠應用水平思考法的創(chuàng)新思維抽象并設計數(shù)據(jù)庫概念模型，設計出美團訂餐系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫E-R模型。

3） 價值目標：具備勇于嘗試的創(chuàng)新精神、團結協(xié)作的團隊精神以及細致踏實的職業(yè)信念。

2.2 教學過程設計

數(shù)據(jù)庫設計實踐的教學過程設計采用五星教學法[4-6]，通過實際問題引導學生深入探索知識，更側重問題的解決和知識的實踐應用。本次課的線上線下混合式五星遞階教學過程設計如圖1所示，其中結合線上平臺的便捷性和線下課堂的互動性，能夠為學生提供更加高效、靈活和個性化的學習體驗。

教學過程分課前、課中和課后三部分。課前通過視頻講授簡單案例，學生自主學習初步完成知識吸收，并聚焦待解決的問題——美團訂餐系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計。

課中首先通過內化激活學生原有的E-R方法設計數(shù)據(jù)庫模型的知識，然后組織課堂互動活動，引領學生利用創(chuàng)新思維思考啟發(fā)式問題，展示論證新知，并分組討論，嘗試應用體驗新知，掌握數(shù)據(jù)庫模型設計方法及運用，并展示成果。

課后通過線上拓展資源、教師線下指導和綜合項目訓練，提升學生數(shù)據(jù)庫設計能力，實現(xiàn)知識的融會貫通。

2.3 思政融入設計

課堂思政融入旨在通過課堂教學潛移默化地影響學生的世界觀、人生觀和價值觀，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)和責任擔當[7]。思政設計可以融入課堂教學的各個環(huán)節(jié)，本教學案例的思政設計具體如表1所示。

3 教學實踐與應用

下面具體闡述如何通過線上線下混合的五星遞階教學法，在教學案例中融入“水平思考和問題啟發(fā)”的美團訂餐系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計的實踐與應用。

3.1 課前知識準備

課前線上向學生發(fā)布兩個學習任務：

1） 預習任務：學習圖書借閱管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設計視頻，掌握E-R方法的設計步驟，并完成預習檢測作業(yè)，培養(yǎng)學生自主學習能力。

2） 小組任務：學習通平臺組織學生自行分組，討論如下兩個預留問題并給出小組方案：

（1） 美團訂餐系統(tǒng)有哪幾類用戶？

（2） 每類用戶有哪些操作？

學生可以通過線上學習提前掌握E-R設計方法，并通過小組協(xié)作共同探索了解美團訂餐系統(tǒng)的用戶需求信息，聚焦實際問題，培養(yǎng)學生自主學習能力和小組協(xié)作能力。

3.2 課中知識內化

課中教師首先反饋線上預習檢測的問題，并針對問題精講重難點知識，激活舊知，讓學生更好地理解和掌握自底向上的E-R模型設計步驟。

3.2.1 課堂互動

本環(huán)節(jié)引入水平思考法和啟發(fā)問題引領學生示證新知，通過問題思考與集體討論共同抽象設計美團訂餐系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫E-R模型的實體、聯(lián)系和屬性。

課上，先拋出本次課堂的幾個啟發(fā)式問題，如表2所示。

然后引領學生運用水平思考法發(fā)散思維，思考并解決這些問題，逐步抽象設計出E-R圖的三要素：實體、聯(lián)系和屬性。

1） 首先運用水平思考的概念法選擇焦點，根據(jù)學生課前的獲取的美團訂餐系統(tǒng)用戶需求信息，確定系統(tǒng)的用戶實體有訂餐用戶、店家、騎手、管理員。然后圍繞訂餐用戶實體，引導學生頭腦風暴，用隨機輸入法給出用戶的操作。從操作信息中又可以聚焦概念得到兩個實體：餐品和訂單。

2） 繼續(xù)應用概念法和隨機輸入法抽象E-R圖的聯(lián)系，如：用戶和訂單之間可以抽象出1：n 的“下單”聯(lián)系。訂單和餐品之間抽象出m：n的“訂購”聯(lián)系。下單時間是下單聯(lián)系發(fā)生時產生的信息，所以應是下單聯(lián)系的屬性。同理，訂購聯(lián)系有訂購數(shù)量屬性和折扣屬性，這樣啟發(fā)式問題1和2就解決了。同理，學生還可以隨機抽象出用戶和餐品之間多對多的“搜索”“選定”和“評論”聯(lián)系。

對于這些聯(lián)系，引導學生利用水平思考的挑戰(zhàn)法三提問分析它們是否都有必要保留。

挑戰(zhàn)法的三提問如下：

（1） 考慮能否去除？為什么可以？

（2） 如果不能去除，為什么？請給出理由。

（3） 思考是否還有其他方法滿足存在的理由？

通過引導學生共同思考，最終得出以下結論：

①搜索聯(lián)系可以去除，因為從數(shù)據(jù)存儲的角度考慮，搜索信息屬于系統(tǒng)臨時數(shù)據(jù)，不需要存儲。

②其他聯(lián)系有必要保留，因為都有實際數(shù)據(jù)存儲需要。

③其他方法，用戶選定餐品可以替換為將餐品加入購物車，因此選定聯(lián)系也可以畫作購物車實體，同理，評論聯(lián)系也可以抽象為評論實體。如圖2所示。

對于挑戰(zhàn)法給出的多種方案，繼續(xù)引導學生思考：畫作聯(lián)系與畫作實體，哪種畫法更好呢？這里可以以評論聯(lián)系為例，帶領學生將兩種畫法各自轉換為關系表，發(fā)現(xiàn)無論評論畫作實體還是畫作聯(lián)系，最后都轉化為同樣的關系表。所以得出結論：無論選擇哪種E-R圖畫法，結果都是一致的。這里可以通過思政金句鼓勵學生多多嘗試，培養(yǎng)學生精益求精的工匠精神和不斷探索的創(chuàng)新精神。至此啟發(fā)式問題3便解決了。

3） 最后再次運用隨機輸入法引導學生頭腦風暴，抽象E-R圖的屬性。得到用戶、訂單、餐品的許多屬性，如圖3所示。

圖3 隨機輸入用戶、訂單、餐品三個實體的屬性

繼續(xù)運用挑戰(zhàn)法三提問帶領學生探索這些屬性是否都有必要保留。

經過引導，可以得出以下結論：

①用戶的年齡屬性可以去掉，因為它和出生日期信息冗余了。數(shù)據(jù)庫中只要存儲用戶的出生日期，就可以計算得到用戶年齡，沒必要再存儲年齡了。

②其余的屬性信息都需要存儲。所以不能去除。

③第三個問題：是否還有其他方法滿足存在的理由？這里可以繼續(xù)帶領學生運用水平思考的激發(fā)法開展深度思考。

激發(fā)法也有三提問，如下：

（1） 實際情況是什么？

（2） 有什么好處？

（3） 如何讓這個美妙的想法成為現(xiàn)實？

通過引導學生共同思考討論，得出以下結論：

①實際情況是每個用戶可能有多個收貨地址；餐品類別在系統(tǒng)中需要統(tǒng)一命名。

②好處是方便用戶操作。

③對問題三：如何讓這個美妙的想法成為現(xiàn)實？這里給出兩種收貨地址的輸入方式A和B，如圖4（a） 所示，A為當前軟件流行的輸入方式，B為傳統(tǒng)軟件的輸入方式，讓學生轉換為用戶角色來進行選擇，大部分學生都選擇A，因為A輸入方式簡單快捷。這里引導學生從用戶角度思考問題，學會換位思考，培養(yǎng)學生為用戶服務的職業(yè)素養(yǎng)。然后再由A輸入方式推理出收貨地址應該設計為E-R圖的一個實體，省、市、區(qū)、街道、詳細地址等是收貨地址實體的屬性，如圖4（b） 所示，這種設計方式方便用戶輸入及系統(tǒng)后臺管理。

同理，餐品類別也可以給出類似的設計，這里不再贅述。

這樣，通過師生共同研討，前5個啟發(fā)式問題就解決好了，可以得出美團訂餐系統(tǒng)用戶端的局部E-R模型如圖5所示。

3.2.2 課中體驗

接下來是學生分組討論、應用新知環(huán)節(jié)。教師監(jiān)控課堂并指導學生分小組分角色研討美團訂餐系統(tǒng)中四類用戶的局部E-R模型，繼續(xù)探討啟發(fā)問題6和7（見表1），應用新知識新方法設計不同用戶角色的局部E-R模型，最終合并成美團訂餐系統(tǒng)的全局E-R模型，促進知識的消化吸收與創(chuàng)新方法的應用。隨后開展翻轉課堂環(huán)節(jié)，選取優(yōu)秀小組分享展示設計成果，師生點評，鍛煉學生的表達和思辨能力。最后教師帶領學生總結本次課學習內容，并布置課后任務。

3.3 課后提升

課后要求學生將學到的知識和方法應用于綜合項目選題中，實現(xiàn)知識的融會貫通。課后任務包括：

1） 小組任務：繼續(xù)設計完善美團訂餐系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫邏輯模型，平臺提交小組任務。

2） 拓展任務：學習微視頻，學會使用Visio、Diagram Designer或ProcessOn等工具繪制E-R圖。

3） 項目任務：重新分組，進行課程綜合項目選題，分析討論系統(tǒng)用戶需求，并嘗試用課上方法設計課程綜合項目的數(shù)據(jù)庫概念模型，下次課上討論設計方案。

4 結束語

本研究采用“水平思考+問題啟發(fā)”的數(shù)據(jù)庫設計教學案例，探索出了一條數(shù)據(jù)庫設計的新路徑。在教學實踐中，學生能夠全程深度參與思考過程，并充分發(fā)揮創(chuàng)新主動性。自該教學方案實施以來，通過對學生課程綜合項目報告中數(shù)據(jù)庫E-R模型設計的系統(tǒng)分析，我們發(fā)現(xiàn)各項目的E-R模型設計質量顯著提高，創(chuàng)新成果數(shù)量和質量較以往均有大幅提升。未來我們將持續(xù)推進數(shù)據(jù)庫模型設計的教學創(chuàng)新改革，從教學方法優(yōu)化、教學項目設計、課后拓展訓練等多個維度全面提升學生的創(chuàng)新能力，同時積極探索將更多創(chuàng)新思維融入課堂教學，推動專業(yè)教育與創(chuàng)新教育的深度融合改革。

參考文獻：

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【通聯(lián)編輯：王 力】