基于CDIO模式的数据库课程实验项目设计

邱胜海 高成冲 王云霞 陆 云 王志亮 马银忠

南京工程学院机械工程学院 江苏南京 211167

基于“构想、设计、实施、操作”(Conceive，Design，Implement，Operate，简称CDIO)的新型工程教育模式是由美国麻省理工学院等4所著名工程大学发起，全球23所大学参与合作开发的国际工程教育合作项目[1-5]。CDIO模式非常注重学生在学习过程中工程实践能力的培养，让学生在工程实践环境中体验参与工程构想、工程设计、工程实施到工程操作的全过程，实现“做中学，学中做”，以便工作后能够更好地满足企业对复合型工程技术人才的需求。教育部提出的“卓越工程师培养计划”是为了实施创新型国家和人才强国战略，对高校学生实施高质量创新型工程技术人才的培养，该计划与CDIO教育模式可以较好地结合起来。国内高校在摸索CDIO教学模式的改革与实践中，提出了较多实用的研究成果和成功案例[6-9]。以工科专业数据库课程实验教学为例，探讨该课程实验教学改革思路及实验项目设计。

1 数据库实验教学体系设置

数据库原理及应用课程是计算机应用、工业工程等专业的基础课程，对诸如管理信息系统等后续课程的学习有较大影响。该课程具有较强的理论性和实践性，在信息系统建设中有着重要的地位及作用。随着信息系统的增长及信息化水平的快速提升，企业迫切需要大量高水平的信息专业人才。而目前高校的数据库实验教学存在诸多问题：人才培养理念陈旧，轻视就业导向；课程体系设置落后；忽视培养学生综合素质；轻视动手实践；等等。

根据现行信息系统项目对数据库知识的需求，以满足企业信息化项目的功能需求、非功能需求、人才素质需求为目标，学生必须要掌握数据库基础理论、数据库分析设计技术、数据库实施和数据库管理技术4项主题内容。考虑到信息化项目具有高性能计算、大磁盘容量管理、高安全性、网络化、分布式，以及数据的存储、检索和排序等特点，必须先学习计算机网络、数据结构、程序设计语言等课程，数据库课程选用名列前茅的Oracle数据库。这些课程之间要力求衔接，内容不能交叉、重复。此外针对应用领域的需要，可进一步学习并行数据库、工程数据库等开发技术。

CDIO模式的教学理念不仅体现在课程体系设置和整体教学实施上，还渗透到具体专业课程的教学实践中。在工程项目的基础上，围绕数据库教学的4项主题内容来设计数据库实验项目比较符合CDIO培养模式及“卓越工程师”的培养目标。

2 数据库课程实验项目规划

数据库实验项目设计是将学生组队参加一个完整项目的实施来达到教学目标的方法，其目的是将数据库理论与实践有机结合，培养学生在项目开发过程中的团队合作能力、沟通协调能力、技术创新能力、设计开发能力、发现问题和解决问题的能力。该模式的实施将从以教师为中心转变为以学生为中心，从以教材为中心转变为以项目为中心，从以课堂为中心转变为以实验室为中心。实验教学的项目来源于真实的企业项目并经过教师整理修改而成，既保留了项目的完整性，又删除了复杂的业务逻辑和涉及国家及企业核心机密的内容。项目可根据需要不定期进行更换，以适应本专业信息化发展的趋势，如人力资源管理系统、客户关系管理系统、设备管理系统、质量管理系统等。根据本专业的特点、班级规模及学时分配(班级人数34～40人，总共48学时)，选择6～7个项目，每个项目分配给1个小组完成，每组5～6人(设组长1人)，每个小组成员可分别担任数据库分析员、数据库设计师、数据库程序员、数据库管理员(DBA)等角色，共同参与该项目的分析、设计、实施与操作全过程。在这个过程中，小组各成员既要完成属于自己的具体任务，又要相互交流、协调，对项目总体负责，组长负责各成员的具体任务分配、过程监督、表现评分等。各成员的具体职责分别为：组长负责项目的全面管理；分析员负责定义业务、数据需求、数据分析、数据建模；设计师负责数据库设计；程序员负责SQL、调用存储过程、触发器脚本的编写；管理员负责数据磁盘存储、备份与恢复方案[6]。

按照CDIO模式将数据库实验分为7个实验，这7个实验融合在每个具体的项目中，按照时间的先后顺序进行(如图1所示)。实际上这7个实验是按照软件工程的调研、分析、设计、实施、维护等过程划分的，体现了软件工程项目开发的特点。7个实验的实验学时(含课后学时)由原来的10学时增至26学时(其中课后为4学时)，而理论教学学时由原来的38学时降至30学时(其中课后为4学时)，比例基本为1:1。需要说明的是减少理论学时并不等于轻视理论，而是希望学生在课后花时间阅读相关理论知识，如BC范式、第4范式、新型领域数据库知识等，对课堂学习加以补充与完善，同时提高自学能力。

图1 基于CDIO模式的数据库实验项目规划图

2.1 数据库实验实施单元内容描述

基于实验项目的构思、设计、实施与操作四个阶段的实施单元内容描述如下：

(1)构思阶段 构思是一个重要的阶段，教师应引导、动员学生在分配的项目中发现问题、解决问题，提供相似案例帮助学生建立分析问题的思路，并培养学生的团队合作及沟通能力，还要注重培养学生的职业道德和责任感，树立“项目失败我耻，项目成功我荣”的思想。各小组明确项目目标，组长分配任务，通过各种渠道收集项目原始单据、报表；发现存在的问题及关键技术，提出解决方案并记录项目的构思过程。该阶段实验课总共为6学时(其中课后占2学时)，主要完成实验1规定的任务。角色以分析员为主，全员参与。

(2)设计阶段 基于项目的构思结果，进行数据库系统的概念设计(完成E-R模型)、逻辑设计(去除不良函数依赖，引入规范化理论)及物理设计，并经小组评议，教师审核，必要情况下交由企业数据库工程师进行审核。该阶段实验课总共为4学时(其中课后占2学时)，主要完成实验2规定的任务。角色以设计师为主，全员参与。

(3)实施阶段 基于项目的设计结果，将数据库物理设计的成果转换成DDL语句，如创建表、视图、索引等对象，必要时创建序列、簇、同义词等对象；在基表上运行插入、删除、更改的DML命令，并进行各种查询功能测试。实验数据必须能模拟真实环境的业务信息，才能验证数据库设计是否存在缺陷。此外对需要进行统计或复杂计算的数据处理封装成存储过程、函数等对象，以减轻网络传输，提升系统性能和数据的安全性；采用触发器维护自定义规则、安全控制等功能；掌握权限、角色、用户管理以及数据库备份与恢复的技术。该阶段实验课总共为12学时，主要完成实验3至实验6规定的任务。角色以程序员和管理员为主，全员参与。

(4)操作阶段 基于前6次实验的成果，结合VB等易实现的高级语言，设计数据库应用界面，编写相应的程序项目业务进行验证与测试，记录存在的问题并分析原因，进行小组讨论、改进、反馈、交流。在项目结束时，组织学生对项目设计开发过程中的设计思路、关键技术、开发过程等内容公开汇报、演示和答辩，在项目成果汇报中训练表达能力。该阶段实验课总共为4课时，主要完成实验7规定的任务。角色为全员参与。

由于校内导师可能缺乏工程实践经验，可在经费许可的情况下聘请数据库工程师参与各个实验项目的指导，从而进一步提高学生的实战能力。目前校内有较多的校企合作平台，借助于平台数据库工程师与学校教师能够相互借鉴，相互学习，对教师水平的提升有较大的促进作用。

2.2 数据库实验报告及实验成绩评定

学生每完成一次工程化实验项目之后，必须及时提交项目实验报告。项目实验报告的内容主要包括实验所属项目、题目、学时、CDIO类型、小组成员、具体任务、CDIO各阶段的工作总结、解决问题的方案或路径、实验内容、完成结果及分析、存在及未解决的问题、下一步的内容、结合自己的侧重点总结实验心得和对项目发展的远景规划，以及思考题解答等。

实验成绩占课程总成绩的50%，实验成绩构成主要由预习(包括项目构思、方案设计)、现场技能操作(主要考查学生完成的实验质量、操作效果)、实验报告、考勤、个人表现(主要考查个人在小组中的积极性、沟通能力及协调能力等表现)等5个部分组成，权重分别是0.2，0.3，0.3，0.05，0.15，将实验各项得分分别乘以各自权重，再汇总可得到实验总成绩。这样的成绩基本上能反映该学生实验综合学习状况，比较客观、公正。

3 结束语

基于CDIO模式的数据库实验教学有效解决了理论教学与实践教学脱节的难题。基于工程项目组的实验安排不但让学生了解项目在全生命周期的开发过程，而且设计的7个实验之间具有渐进性和时序性，模拟了项目环境下的多角色既独立又协同工作的场景，培养了各小组成员的团队合作能力、沟通协调能力、独立创新能力。学生成绩注重过程考核与综合测评，激发了学生的学习兴趣，提高了学习效率，培养了综合能力，极大地满足现行企业的“卓越工程师”培养需求，也为学生学好后续信息化课程打下良好的基础。

[1]The CDIOTM Standards[EB/OL].[2011-11-12].http:///www.cdio.org/implements-cdio/12-cdio-standards.

[2]康全礼,陆小华,熊光晶.CDIO 大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报,2008,31(4):15-18.

[3]顾佩华,沈民奋,李升平,等.从CDIO 到EIP-CDIO:汕头大学工程教育与人才培养模式[J].高等工程教育研究,2008(1):12-20.

[4]顾佩华,李昇平,沈民奋,等.以设计为导向的EIP-CDIO创新型工程人才培养模式[J].中国高等教育,2009(Z1):47-49.

[5]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):1-6.

[6]郭小勤,曹广中.基于项目的CDIO理念在课程教学中的应用[J].实验科学与技术,2010,8(3):83-85.

[7]徐兵,孙海泉.T-CDIO课程体系的构建与实践[J].高等工程教育研究,2009(2):35-38.

[8]王庆梅,王庆东,刘杰辉.基于行业特色背景的测控技术与仪器专业CDIO教学模式研究[J].河北工程大学学报:社会科学版,2010,27(2):55-56.

[9]王旃.基于约束条件的CDIO渐进部署模式研究[J].高等工程教育研究,2009(5):44-47.

[10]Ryan K. Stephens, Ronald R. Plew.数据库设计[M].北京:机械工业出版社,2001.