基于CDIO的数据库课程教学探索

薛开庆 张涛

摘要：数据库是计算机相关专业的核心课程之一。本文依据普通高校本科数据库课程的教学要求，融合CDIO工程教育理念，考虑普通本科学生的特点，通过项目《学生选课系统》贯穿整个教学过程，将数据库基础知识、数据库设计及编程应用有机地联系起来，对如何培养实用型人才进行了有益的探索。

关键词：CDIO；数据库；工程教育

Abstract：Database course is one of the core courses in computer and software engineering. According to the requirements of database course，combined with CDIO，considering the characteristics of engineering education，through the project teaching，the basic knowledge，database design and application are organically combined to make a useful exploration on how to cultivate practical talents.

Key words：CDIO；database；engineering education

引言

CDIO（Conceive Design Implement Operate，即构思、设计、实现和运作）是近年来由瑞典查尔姆斯技术学院和美国麻省理工学院等四所大学跨国创立的一种国际工程教育模式，同时成立了以CDIO命名的国际合作组织。CDIO推崇从“做中学”和“基于项目的教育和学习”，简单讲就是“实践出真知”[1]。CDIO培养大纲强调工科学生的四种能力：基础知识、个人能力、团队协作能力和工程系统能力。CDIO模式诞生后，很快得到世界很多工程教育专家的认同，在世界各地工科大学中得到推广，在这些大学CDIO工程教育实践也达到了预期的目的，按CDIO模式培养的学生普遍得到企业的欢迎和社会的认可。现在中国很多工科大学也加入到CDIO大家庭中来，截止2018年3月，中国共有140多所高校加入“CDIO工程教育联盟”[2]。

根据国务院《关于加快发展现代职业教育的决定》，到2020年，中国要建成具有世界水平的现代职业教育体系，高等职业教育规模将占高等教育一半以上，引导一批普通高校向应用技术类型高校转型[3]。如何培养具有团队协作精神、动手能力强、能快速适应企业要求的新型人才？这对于那些对以教学为主、毕业生主要面向就业的普通本科院校来说，是机遇，也是挑战。因此改革创新现有的教学模式和方法就是其中重要的课题之一。

1 将CDIO引入数据库教学的必要性

大学数据库课程一般包括数据库基本原理、数据设计和系统应用三大部分。原理是基础，设计关键，应用是目的，它们相辅相成，构成一个完整的体系。然而高校数据库课程教学实际现状不容乐观，具体表现如下：

1）教师重理论教学、轻实验实践

目前数据库教材大多以知识体系为序编排，教师着重原理的讲解以及具体知识点的介绍，由于课时限制等各种原因，对具体数据库工具软件及应用只进行简单的介绍或者安排学生自学。学生学完整门课程后可能仅仅抓住了一些孤立的知识点，缺乏整体逻辑，不能深入灵活地掌握知识点间的联系，无法独立设计一个具体数据库，即使设计好了一个数据库，也很难独立进行编程实现，更不用说对数据库性能做出评价和部署。

2）学生学习兴趣不高、创新能力不强

普通院校很多学生对基本理论的兴致不高，对具体应用即使感兴趣，因为没有老师适当指导，掌握得也不牢固。传统的上述教学过程没能确立学生是教学活动的主体原则，未能调动学生学习积极性，从课后作业、上机实践到课程设计，几乎都是学生个人行为，是被动地完成任务，缺乏思考，缺乏合作，遇到新问题就无从下手。

3）与企业的要求脱节

普通院校毕业生主要面向就业，必须关注相关企业对实用人才的具体需求。现在企业需求的数据库人员主要有三类：数据库管理员、数据库开发员和数据库商业智能开发员[4]。数据库管理员主要实现数据库的创建、存储和修改，并保证数据访问性能和安全性，能备份、恢复、分发、复制、监视、升级数据库，简单说就是维护企业数据库的正常运行。数据库开发员主要是分析、设计和编程實现数据库相关的应用系统开发。数据库商业智能开发员要求掌握数据库中数据分析、报表、集成等功能，能够对数据进行挖掘，发现企业关键的业务信息和发展趋势等。数据库相关领域发展很快，数据挖掘、大数据等领域的研究成果日新月异，对这类人才要求也越来越多。

综上分析，传统数据库教学与企业要求相差甚远，当然我们不是苛求仅仅通过一两门课程就让学生掌握企业需求的所有技术，但企业真实的技术需求对教学来说，特别是对普通院校的教学来说，还是具有实际指导意义的。因此教师应该树立面向企业需求的教学理念，加强基础知识、基本原理与应用实例之间的结合。由此可见，CDIO工程教育的理念就可以在数据库课程的教学中发挥重要的作用。

计算机相关专业培养方案中，数据库是其中的一门核心课程，与操作系统、数据结构、程序设计、软件工程等课程关系密切，既有较强的理论性，又具备很强的实践性。如何针对普通院校自身规律，根据学生特点，使数据库原理教学更有成效，张元、王雅君等老师做出了有特色的探索和研究[5，6]。本研究以西华大学计算机与软件工程学院为依托，对普通本科数据库课程教进行了CDIO理念的改革和实践。参加教改实验的有西华大学2014～2015级相关专业的300多名学生，历经2年。

2 基于CDIO的数据库教学实践

2.1 教材选取和知识点的取舍

我们选用的教材是《数据库系统概论》[7]，它是一本经典教程，其理论性和系统性都較强，但是对普通本科院校的学生来说，内容偏深，偏多，我们基于CDIO的理念，在内容的选择上做了适当的调整，具体内容和知识点参考表1。

2.2 基于CDIO教学内容和方法

教材内容划可分成基础理论、数据库设计和数据库应用三大部分。在具体教学活动中，我们通过案例《学生选课系统》将三个部分有机地结合起来。之所以选择此案例，因为这是学生最熟悉的活动，了解其中的业务流程，容易引导学生思考，可以调动学生积极性，让其充分参与到整个教学活动中来。

（1）基础理论部分。重点讲授数据库基本概念和基本原理，如数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统等等。数据模型方面着重介绍关系模型，层次模型和网状模型因为在实际数据库应用中较少采用，只了解基本概念，而不深入展开。对于学生难以掌握并在实际工作中运用较少的内容，例如关系演算等，也略去不讲。在具体讲解过程中，融合《学生选课系统》进行分析和举例。

（2）数据库设计部分。之所以把这部分相对提前，是基于以下考虑，第一，掌握了基本概念后，学生就能够理解数据库设计中的方法；第二，只有理解掌握为什么设计这个数据库，以及具体数据库系统中涉及到哪些实体和实体之间的联系，才能最终通过具体数据库工具软件更好地实现这个系统。可见，数据库设计是数据库基本原理和具体应用之间的桥梁和纽带。在这一部分，我们让学生从熟悉的教学活动开始分析，引导学生思考如何逐步来设计数据库，比如参加教学活动的人有哪些？涉及到哪些事物？这些事物有何特性？ 然后和学生们一起找出其中关键的事物（实体），写出主要的属性。经过引导，大部分同学都能找出教师、学生和课程等主要的实体。然后进一步分析可以找出系、班级等实体。最后引导学生画出《学生选课系统》的分E-R图，如图1所示。

然后引导学生分析这些实体之间存在什么联系？具体是1对1，1对多，还是多对多的联系？提醒学生其中多对多的关系还可能有自己的属性，就可以画出《学生选课系统》的总E-R图，如图2所示。

最后根据上述E-R图，引导学生如何把实体转换成表。具体是实体名转成表名，属性转换成字段，另外特别强调如果是多对多的联系须要新建一张表来描述这种联系。通过这种联系表的建立，可以加深学生对主键和外键等概念的理解。在这个过程中可以引入范式理论和规范化方法，一般系统中，要求满足到3NF。

（3）数据库应用部分。我们选用了企业中使用广泛的微软关系型数据库软件SQL Server 2012，引导学生建立数据库，根据图2中的E-R图创建学生表、教师表，课程表、选课表、授课表、班级表和院系表等，然后在表中添加适量的数据，然后引导学生学习SQL 中的Select、Insert、Delete和Update等操作，以及索引，数据完整性，数据库安全性等，因为有了设计部分的基础，所以学生理解相应的问题就会更加容易和准确，也能在课堂上积极地思考，融入到讨论中去。最后让学生掌握数据库编程方法（ODBC、JDBC、ADO.NET 等），编写应用程序实现和数据库交互数据。

最后，考虑企业对数据库人员的一些要求，我们增加了数据库安全相关内容，增加了数据的备份和还原，分离和附加，导入和导出等操作性和实用性很强的内容，以期更加符合企业的需求。具体实验安排如表2所示。

数据库课程考核分笔试和实验项目两部分，各占50分。为了比较客观的考查教学效果，我们利用问道网做了数据库教学的调查问卷[8]，参加调查问卷的共有315人，调查问卷中的一些数据用来与笔试成绩和实验项目成绩分别做了相关性分析。问卷中的主要问题、结果/结论如表3所示（为了消除学生顾虑，得到比较客观的结果，在设计问卷时有意回避了姓名）。与传统方式相比，我们坚持学生是教学活动的主体这一基本理念，利用CDIO教学模式，充分调动学生积极性和主动性，学习效果较传统方式更理想，通过课堂观察，课后了解，网上调查，以及实验动手能力考察，这种教学方法更适应学生实际，大多数同学都赞同这种教学方法。

3 结语

本文根据普通本科数据库教学的具体要求，考虑学生特点，融合CDIO教学理念，对数据库教学方法进行大胆的尝试，用一个具体项目《学生选课系统》贯穿整个教学活动，把基础知识、数据库设计及其应用有机地结合起来，从做中学，充分调动了学生的学习积极性，取得了较为良好的效果，对如何培养数据库实用型人才进行了有益的探索。

参考文献：

[1] 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.

[2] 中国CDIO工程教育联盟网站：http：//www.chinacdio.stu.edu.cn/Detail.aspx？id=105&type=channel.

[3] 教育部. 2020年我国职业教育规模达1.24万亿. http：//gaokao.eol.cn/news/201510/t20151027_1331110. shtml

[4] 微软公司. SQL Server 2008 数据库应用开发基础[M]. 北京：人民邮电出版社，2010.

[5] 王雅君，李勇等.（2018）基于项目驱动的数据库一体化课程多层递进式教学实践研究[J]. 电脑知识与技术，14：122-125.

[6] 张元，韩燮.（2011）基于CDIO的数据库课程体系改革与实践[J]. 计算机教育：52-55.

[7] 王珊，萨师煊. 《数据库系统概论》（第5版）[M]. 北京：高等教育出版社，2014

[8] 薛开庆. 问道网《大学数据库教学调查》. http：// www.askform.cn/ 103288-161226.aspx

作者简介：

薛开庆，男，1974年生，四川广元人，副教授，博士，研究方向为数据库和复杂网络研究；张涛，男，1986年生，河南光山人，讲师，博士，研究方向是磁共振成像。