混合教学模式下数据库实践课程教学的研究和实践

唐琳 肖大薇 李彤

摘要：计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的一种思维方式，涵盖了计算机科学的一系列思维活动。任务驱动是提供体验实践的情境和感悟问题的情境，围绕任务展开学习的教学模式。在数据库实践课程的教学过程中采用基于计算思维和任务驱动的混合方法的教学模式。通过具体实践，讨论了混合教学模式开展教学活动的实施过程，并对最终的教学效果进行总结验证。

关键词：数据库实践;计算思维;任务驱动;混合式教学模式

中图分类号：G647 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）32-0133-02

计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的一种思维方式，涵盖了计算机科学的一系列思维活动。任务驱动时提供体验实践的情境和感悟问题的情境，围绕任务展开学习的教学模式。在数据库实践课程的教学过程中，采用基于计算思维和任务驱动的混合学习方法的教学模式。通过具体实践，讨论了混合教学模式开展教学活动的实施过程，并对最终的教学效果进行总结验证。

在实际教学过程中，开发实践类课程强烈地依赖底层语言基础，又有不为大家熟悉的思维方式，常常让老师觉得难教，学生觉得难学。在实践类课程的学习过程中，学生往往注重语言本身，并不是利用编程语言来解决实际问题，形成了一个教学误区。最终并没有提升学生的创造性思维能力和解决实际问题的动手能力。数据库实践课程作为数据库原理课程的后继开发实践课程，旨在提升学生对数据库理论知识的理解并提升解决实际问题的思维、能力以及创造性。

当今的社会发展速度惊人，尤其是物联网、云计算和大数据的出现，计算机行业的工作方法和工作内容发生了重大的变革。对于软件专业的学生来说，在学习过程中单纯掌握几门编程技术，已远远不能适应当今社会的需求。因此，教育教学模式亟待改变和创新，计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。任务驱动教学，则是培养学生动手实践能力和创新能力的教学方式。

一、混合教学模式概述

1.计算思维

美国卡内基.梅隆大学周以真（Jeannette M.Wing）教授认为，计算思维（Computational Thinking）是人类运用计算机科学的基础概念求解问题、设计系统和理解行为思维活动，隐含了计算机科学所有范畴。[1]

计算思维的概念主要包括了四个范畴：递归思维;抽象和分解任务或设计;按照预防、保护及统御容错，纠错的方式;采用启发式推理来寻求解答。

2.任务驱动

任务驱动教学模式是一种有效的、能够极大拓展学生知识面、能够将所学知识和实践结合起来，并且有助于学科教学与信息技术整合的教学模式。[2]1996年Jane Willis，在《A Framework for Task-Based Learning》中指出基于任务驱动的教学模式必须要包括三个阶段的任务：介绍任务和主题的前任务阶段;执行任务，准备报告，进行报告的实施任务阶段;分析和再练习的后任务阶段。

3.混合教学模式

本文中所指的混合教学模式是基于计算思维和任务驱动的教学模式。[3]计算思维是对学生思维的方式和创新能力的培养。在课程设计过程中旨在通过任务驱动的方式来进一步培养计算思维意识、培养学生的计算思维能力。任务驱动既能够有效地培养学生实际动手的能力，又能培养学生解决实际问题的能力。故结合两种教学方法，通过在实际的教学过程中实施和实践，使计算思维成为学生的基本技能，同时提升学生的创新能力。

二、混合教学模式在数据库实践课程中的实践

1.混合教学模式下的数据库实践课程设计

基于计算思维的课程设计应该培养学生具备认知能力、学习能力和决策能力。在培养计算思维的同时兼顾能力的培养。任务教学能够提升学生的学习热情，并提高学生解决实际问题的动手能力。因此课程的设计采用计算思维中的抽象和任务分解的方式，将大项目抽象划分为若干小项目，基于小项目的任务驱动方式设计开发，再将每个小项目的成果合并形成最终的应用系统。基于计算思维的数据库系统课程教学采用课堂讲授、实践和讨论的形式进行，同时课下辅以课程论坛的方式进行总结。以足球联赛管理系统后台为例，计算思维在数据库实践课程中的设计见图1：

基于项目的任务驱动设计，在数据库实践课程上选择使用了“足球联赛管理系统”，并将该系统划分为后台和前台两个子系统。划分4-5個同学为一组，来共同协作完成一个完整的项目。课上的时间来完成后台管理系统，课后的时间由小组同学合作共同完成前台系统。每一次课程都包括任务驱动教学方法的完整3部分内容即任务介绍、任务执行和任务总结。

2.混合教学模式下的数据库实践课程的实践

我校的数据库实践课程共64课时，内容划分为3个部分，即数据库设计、数据库开发、数据库开发优化三部分内容。数据库设计和构建部分，任务为足球联赛管理系统的数据库设计和构建;数据库开发部分，任务为足球联赛管理系统开发实现;数据库开发优化部分，任务为从数据库设计和系统设计实现两个方面优化现有的系统。课程内容通过16个专题（每个专题4学时）完成。具体内容如表1所示：

表1 数据库实践课程安排

1.数据库设计和构建 专题一：系统开发流程及需求分析;

专题二：系统数据库设计及ER-模型;

专题三：系统数据库设计优化即范式化及数据库创建;

专题四：系统数据库设计优化即数据表约束及视图;

专题五：数据库创建评审。

2.数据库开发 专题六：系统实现设计SQL语句编写;

专题七：使用基础JDBC开发系统DAO层;

专题八：使用高级JDBC优化DAO层;

专题九：用户登录模块完整开发;

专题十：查询功能模块完整开发;

专题十一：插入功能模块完整开发;

专题十二：修改、删除功能模块完整开发;

专题十三：系统集成小组模块及评审。

3.数据库优化 专题十四：优化系统提升性能即存储过程的使用;

专题十五：优化系统以减少用户操作即触发器和游标的使用。

总结和答辩 专题十六：进行项目答辩与总结。

基于混合教学模式的数据库实践课程，在第一次专题中明确课程的总体目标，即每个小组需要在課程内完成足球联赛管理系统的数据库设计、开发和优化。具体每一个专题中，划分为4个阶段。第一阶段：任务介绍，明确本次专题需要解决的问题;第二阶段：小组同学基于该问题讨论如何分解任务，进行任务分解;并进行实际设计和开发实践活动。第三阶段：老师总结和讲解在第二阶段比较共性的问题，针对每一小组的问题分别指导;第四阶段：学生根据老师的总结和讲解改进本次实践活动。课程结束前10分钟大家进行最终的任务总结。完成课下任务时重复这一过程，这样一来可以有意识地通过计算思维更好的去解决预留任务。

计算思维的思想和任务驱动的教学模式，也通过具体的实践教学活动展开：

计算思维中的任务分解是解决复杂问题十分有效的一种思维方式。例如，在数据库设计及ER-模型这一专题中难度较大，学生常会无从下手。这时老师可以借助需求分析中所涉及的多种角色，按角色进行任务分解，可以启发学生将系统参与者划分为浏览人员、工作人员和管理员三种角色，从每一个角色的角度出发，来分解设计任务。然后再合并设计，从而设计出完整的系统数据库。

计算思维中的启发式推理，可以通过数据库设计过程中球员信息这一实例很好的给出。在没有启发式教学的前提下，往往同学会设计出一个代表球员信息的表格，其中球员所属球队则为表格中的一列，这种设计是一种常见的错误，因为学生没有考虑到球队进球的信息问题。常见错误的数据库逻辑视图见图2：

老师可以通过一些日常生活的举例，常常举的例子有商品的价格问题，按照学生的一贯思路，会将商品信息设计为一个表，其中商品价格是表的一列，但实际销售中促销打折是比较常见的情况，而日后又恢复原价。如此一来以前曾经销售过的价格就找到不到了，如果发生退款、退货、或者销售额统计就没有办法实现了。通过这种具体实例能够有效地启发学生，构建出较为完善合理的数据库。正确的数据库逻辑视图，见图3：

任务驱动在每次专题中，所有的教学过程都围绕具体而明确的任务展开，这样学生就知道每次专题的具体任务。例如，优化系统以减少用户操作。在触发器和游标的使用这个专题中，学生完成的系统总是需要用户录入比赛的每一个进球的详细信息，还需要录入每个球队在每场比赛的进球数。这样一来用户操作复杂，也容易造成数据的不一致性。我们的任务是要将这样的用户操作简化，同时保证数据的一致性。所以在系统中明确提出，本次专题要求用户仅录入进球明细，进球总数不需要用户操作，由数据库利用触发器替代用户的操作。明确任务后，学生就会有方向去执行任务。

3.混合教学模式下的数据库实践课程的教学效果分析

通过课堂教学实践证明，混合教学模式下的数据库实践课程有效的将任务驱动和计算思维的培养相结合。其优点是通过任务驱动将课程任务从理论概念上升为实际问题的解决，给学生更加具体的目标，激发学生的学习兴趣。通过计算思维使学生在解决问题时，能够在有意识的科学思维方式下完成，更有利于提升学生解决问题的能力和创新能力。所以采用基于混合式教学模式的教学方法，可以使学生有效地将专业知识、计算思维结合起来，切实有效地提高了学生动手解决实际问题的能力以及创新能力。

三、结束语

教学过程的实践结果表明，通过混合式教学模式在数据库实践教学中的应用，能够促使学生以科学的思想去分析问题，通过切实准确的任务解决实际问题，进一步提升学生的创造性。计算思维和任务驱动的混合式教学模式对新一代的大学生培养提出了新的要求，但仅仅通过一门课程的教学活动，无法完全构建计算思惟，我们需要在整个的专业课程教学体系中贯穿这一思想，从而真正地培养起学生的计算思维和解决实际问题的能力和创造性。

参考文献：

[1]Jeannette M. Wing.Computational Thinking[J].Communications of ACM，2006，（49）：33-35.

[2]李代勤.任务驱动教学模式的探讨[D].长沙：湖南农业大学，2009.

[3]刘君亮.基于计算思维的混合式学习模型研究[D].北京：北京交通大学，2014.

[4]魏来.基于任务驱动的学习活动设计与教学实践[D].武汉：华中师范大学，2012.

[5]徐迎晓，何文琦，王治珍，等.基于严肃优秀的计算思维培养[J].计算机教育，2013，（18）：6-8.

（责任编辑：刘翠枝）