基于CDIO的数据库原理及应用课教学改革

王瑞红 张枢 王冲 张海宁 车向前 朱振玉

黑龙江科技学院计算机与信息工程学院，哈尔滨 150027

基于CDIO的数据库原理及应用课教学改革

王瑞红 张枢 王冲 张海宁 车向前 朱振玉

黑龙江科技学院计算机与信息工程学院，哈尔滨 150027

针对传统数据库原理及应用课程存在的重理论轻实践、重流行数据库开发轻基础理论支撑的两种极端现象，采用CDIO工程教育理念改革课程教学目标、教学内容和教学方法；以适用培养为主线，按照实用、有效的原则开展理论教学，按照建立牢固的工程概念和形成工程意识开展实践教学。实践表明，学生的知识水平、专业技能、团队协作能力、工程系统能力和创新能力等均得到显著提高，取得了良好的教学效果。

数据库原理及应用；教学改革；CDIO；人才培养

2005年10 月，Mc.Kinsey Global Institute在一份研究报告中指出：2005年，中国毕业的约60万工程技术人才，适合在国际化公司工作的不到10%。其主要原因是中国工科教育存在重理论轻实践、重个人学术能力轻团队协作精神的培养现象，即缺乏对学生现代工程实践能力的培养，由此造成虽然培养的本科毕业生数量不断增多，但满足社会需要的，能胜任研究、设计、开发等工作的，并具有较强创新能力的毕业生却很少。因此，如何在教学过程中培养学生的工程实践能力，提高学生对未来工作岗位的适应能力，以适应社会发展的需要，是当前我国工科各专业急待解决的难点问题之一。

数据库原理及应用课程是计算机专业核心课程，作为专业教育的主渠道，课程教学对专业培养目标的实现起着决定性的作用，特别是其中的核心课程更是“重中之重”。为适应新形势下社会对计算机专业工程应用型人才的需求，笔者根据新世纪工程教育的特点，应用CDIO工程教育理念，对数据库原理及应用课程进行教学改革，突出学生的工程实践能力和综合素质等的培养，取得了较好的效果。

一、CDIO教育理念

CDIO工程教育模式是近年来国际高等工程教育改革的最新成果。从2000年起，美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究机构经过四年的潜心研究，创立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO 命名的国际合作组织。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO工程教育理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是它系统地提出了具有操作性强的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。

瑞典高教署2005年采用这12条标准对本国1 0 0个工程学位计划进行评估，结果表明，新标准比原标准适应面更宽，更有利于提高质量，尤为重要的是新标准为工程教育的系统化发展提供了基础。迄今为止，世界已有几十所著名大学加入了CDIO组织，并采用CDIO工程教育理念和教学大纲培养学生，其按CDIO模式培养的毕业生深受社会与企业的欢迎。

二、课程教学现状

数据库原理及应用课程一般包括数据库原理、数据库应用和数据库设计三部分内容，涉及计算机体系结构、操作系统、编译系统、软件工程等计算机知识和技术。其中原理是基础，设计和应用是提高，它们彼此关联、相辅相成。但因课程涵盖的知识点多，课时有限，加上传统的教学方法和陈旧的教学理念束缚，导致教学中存在两种极端现象：一是重数据库理论讲授，轻数据库应用技能。由于理论部分概念抽象、逻辑性强，加上缺少具有代表性的实例，理论脱离实际，学生很难理解那些抽象的理论和概念，更无法把握各个知识点在整个数据库系统中的位置和作用，导致学生不能将所学知识融会贯通、学以致用，不能适应社会对数据库应用人才的需要。另一是重流行数据库开发工具的使用，轻视甚至放弃理论教学，造成学生理论知识不够，缺乏完整的知识结构，虽然能使用某种具体的开发工具，但应用技能掌握浅显，不善于灵活运用和创新。

三、课程教学改革

在对现行课程教学中存在的问题和课程特点认真分析的基础上，按照专业培养目标和课程教学目标的要求，结合CDIO教育理念，实施以学生能力提高为核心的课程教学改革，全面提升课程教学质量，重点提高学生的团队协作能力、沟通能力、创新能力和工程实践能力。

1.理论教学改革

以适用培养为主线，按照实用、有效的原则开展理论教学。将过去以学术为中心的学科→知识结构→课程的人才培养思路，转变为以服务社会、区域经济发展、行业为中心的社会需求→执业能力→课程的人才培养新思路，突出对专业知识、工程能力和素质培养。

（1）以社会需求为导向，修订课程教学目标

从教学应满足社会对人才的要求和CDIO对学生知识、能力及素质一体化的要求出发，联合业内企业，根据产业的发展和用人单位的实际需求，对岗位群及其工作过程进行分析，共同研究学生修完该课程应具备的知识、能力和素质，然后根据课程与知识、能力和素质培养之间的关系，修改和调整教学计划、课程大纲及教学目标。使新修订的教学目标充分考虑到执业能力、社会需求及能力培养的要求，体现了有用教育的特征。

（2）以课程教学目标为主导，改革教学内容

以课程教学目标为主导，优化课程知识体系和教学内容，实现从注重知识传授向重视能力和素质培养转变。以执业能力培养为重点，以一个项目开发为主线，根据行业发展需要和完成执业岗位实际工作所需要的知识、能力和素质要求组织教学内容，采用从实际到理论，从具体到抽象，从零散到系统的方法，将原理、应用、设计三部分内容有机融合；教学内容注重理论与实际、知识与技能、经典与现代的结合，在介绍主流内容的同时，介绍数据库技术的新进展，将学科最新成果和老师的科研成果充实到教学内容中，为学生提供与社会发展相适应的课程知识内容，提高教学质量。

（3）以学生为主体，改革教学方法

1）项目主导，做中学。将数据库基本原理与SQL Server 2005 两部分内容优化整合，以一个学生最熟悉的“学生信息管理系统”项目为主线组织教学。在教学过程中，按照认识规律，结合项目先让学生从易于接受的感性方面对数据库有一个总体的认识，建立起数据库系统框架的概念模型，然后再由浅入深循序渐进，按照实际数据库的工程开发过程，结合系统的开发，以目前最流行的关系数据库管理系统SQL Server 2005 作为实现数据库技术的工具，讲解数据库的理论、设计方法、步骤、规范及标准等。理论联系实际，学生可以直观地认识到这些原理、概念在实际中的作用，不仅使学生易于理解和融会贯通、对利用数据库技术解决实际问题有一个完整的认识和理解，还能使学生积累工程应用背景下项目开发的实践经验。做中学，激发了学生的学习兴趣和主动性，教学效果好，学生的工程意识、创新能力和解决实际问题的综合能力显著提高，收到了事半功倍的效果。

2）任务驱动，主动学。将“学生信息管理系统”划分成若干个单元模块，并把每个模块涉及的知识点列出来，按照教学内容设计成由浅入深的任务，每次课的教学都围绕完成数据库单元模块任务进行开发。在教学过程中，教师首先提出项目所要完成的功能，然后按照软件开发的过程，与学生一起讨论项目的目标和任务，根据功能要求布置任务；最后教师讲授涉及的主要知识点。这样，通过教学内容将教学目标要求巧妙地穿插在一个个任务中，由学习任务来驱动，让学生带着问题学、带着兴趣学、带着明确的目的去汲取知识等，消除了学生学习的盲目性，激发了学生学习的主动性。

2.实践教学改革

数据库原理及应用课程的实践教学，不仅是理论教学的深化，更是培养学生工程实践能力、创新能力和综合素质的重要教学环节。笔者以实验教学、课程设计为重点进行实践教学工程化改革，让学生在校期间就建立起牢固的工程概念和形成工程意识，并通过自主学习、协作学习等方法，培养学生的团队协作精神、职业素养和工程实践能力，使学生毕业后能顺利迈入职场，完成从学生到职业人的转变。

（1）实验教学，采用任务驱动实践教学法

任务驱动实践教学法的基本过程是：提出任务、分析任务、交流讨论、解决问题、巩固创新、任务总结。在任务驱动下，激发学生自主思考，由“被动实践”转为“主动实践”，让学生作为主体参与实践，在仿真职业情景中得到岗位技能的训练。

实验教学以完成一个数据库系统开发任务为目标，以设计数据库→建库→管理数据库→项目编程为逻辑主线，将一个完整的系统开发任务分解成几个前后衔接的实验任务，实验项目包括基础性实验、综合性实验、设计性实验和创新性实验。基础性实验，通过理论知识在实际中的运用，加深理论知识的理解，注重学生基本操作能力的培养；综合性实验和设计性实验是基础性实验的延拓和提高，注重学生专业技能与行业技能相结合的培养，实验内容根据执业岗位的需要设计一些难度适中、代表性强、综合性好的问题，培养学生分析解决综合实际问题的能力，为将来解决专业实际问题奠定基础；创新性实验，注重学生专业应用能力和创新能力的培养，实验内容根据工程实际有关的一些问题，设计创新实验项目，并引导学生将专业知识与工程实际相结合，通过独立思考自行解决问题，让学生体会到解决新问题的成就感，激发他们善思敢想、勇于创新的兴趣和意识。学生通过项目的深入推动完成不同阶段的实验任务，这样既掌握了本课程的理论知识又完成了一个具体数据库系统的设计和实现。实践表明，该实验教学方法很好地调动了学生的自主学习积极性，提高了学生对理论知识的理解和掌握，使学生的实践能力和创新能力显著提高。

（2）课程设计，采用合作学习教学法

在课程结束之后安排两周课程设计，采用合作学习教学法，让学生应用软件工程学的基本方法进行设计，以小组为单位，分工协作，共同完成一个具有实用价值的数据库应用系统的设计，培养学生的团队协作精神、职业素养和项目开发能力。课程设计过程中，学生首先要结合工程实际在认真调研的基础上进行选题，提出设计方案，团队讨论、论证后定出最终的项目计划和方案；然后按分工进行数据库系统分析、总体设计、详细设计、集成、链接、调试、技术文档的撰写；之后以小组为单位演示讲解设计的软件，每位成员接受设计答辩，最后完成课程设计任务。通过在具体的项目中构思、学习、设计、实现，提高了学生解决实际问题的能力，使学生学习的知识在实践中得到升华，学生的表达交流能力、团队协作能力、创新能力、实践动手能力得到显著提高，并为未来的职业生涯发展积累了宝贵的实战经验。

[1] 李昭原.数据库技术新进展[M].北京：清华大学出版社.2 0 0 7：1-3

[2] 杨鑫华，邓武，赵慧敏，等.实用型人才培养的数据库课程教学改革与实践[J].理工高教研究.2008(6)：102-104

[3] 查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究.2008(3)：1-9

[4] 张璇，李彤.结合CDIO教育理念与案例教学进行教学探索与实践[J].教育与教学研究.2008(24)：155-157

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.178

2010年黑龙江省新世纪高等教育教学改革工程项；2010年黑龙江科技学院教学研究项目（4 9）

王瑞红（1964-），女，辽宁丹东人，教授，硕士研究生导师，从事计算机科学与技术专业教学和科研工作。