基于CDIO的数据库实验设计研究

徐天凤 韩笑笑

摘要：工程意识与工程能力是工程师最重要、最基本的能力之一，传统的数据库实验设计方案不利于计算机专业学生工程能力的培养。基于CDIO设计数据库实验，提出以工作任务为导向，案例驱动、多层次递进式设计原则，并结合连云港职业技术学院课程体系的具体情况，设计相应的实施方案。实践结果表明，基于CDIO的数据库实验的设计实施，激发了学生学习主动性，训练了学生的工程思维，培养了学生利用数据库解决实际问题的能力，帮助学生提前积累系统设计开发经验。

关键词：CDIO;数据库;工程思维

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）24-0026-02

培养创新人才，是时代发展和社会进步对高等职业教育提出的新要求。工程师最重要的能力是什么？是解决实际问题的能力，这也是当今高等职业教育的薄弱环节之一。现代社会是一个信息化社会，数据库的应用已经深入到生活和工作的方方面面。数据库课程是计算机信息管理、软件技术、计算机应用技术、计算机网络技术等专业的核心课程。各行各业都需要使用数据库，数据库技术注重扎实的理论基础，强调实践应用能力，与其他相关学科间联系密切，数据库新技术飞速发展，数据库课程知识点繁杂，实验项目需要与实际结合紧密。在传统教学方式中，由于受到实际的教学条件的限制，数据库课程的实验教学内容设计较为空洞，实验内容与实际工作相差较远，实验体系没有形成一套严谨规律的系统，学生缺乏对实际项目的感性认识，课程结束之后，学生并没有真正系统掌握数据库设计开发的主要流程和方法，不能利用数据库知识解决实际工作中的具体问题。因此本课题针对数据库实验教学中存在的问题，探索数据库实验改革，使学生真正掌握数据库应用能力。

1 基于CDIO构建数据库实验体系

CDIO代表Conceive（构思）、Design（设计）、Implement（实现）、Operate（运作）， “构思-设计-实现-运作”。CDIO工程教育模式是由美国麻省理工学院、瑞典林克平大学、瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典皇家工学院等4所大学共同合作研究创立的新型工程教育模式[1]。CDIO是近年来国际工程教育改革的最新成果，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、实践的方式学习。CDIO教育模式将工程毕业生的能力分为工程基础知识、工程系统能力、个人能力、人际团队能力四个层面，改变了学生的求知方式，引导学生主动学习，以综合的培养方式使学生达到预定目标。CDIO工程教育理念参照企业实际需求提出了系统的能力培养方案、实施指导以及实施过程和結果检验的标准[2]，使学生真正具备实际的工程能力。

依照CDIO工程教育模式的理念，根据数据库实验的特点及重要性，从教学内容设计、教学方法改善等方面入手，提出基于CDIO 模式的数据库原理与应用课程实验改革，以“案例”驱动为导向，将数据库课程的基本知识和理论体系各个知识点依次关联，使学生在构思、设计、实现、运作几个方面得到整体训练[3]，真正掌握数据库设计和开发的流程，对数据库系统进行有效管理。

实验建设团队深入IT企业学习研究，与IT企业实践专家进行座谈与研讨，引入行业企业技术标准，对软件设计开发与维护职业岗位的典型工作任务进行具体分析，基于工作过程开发实验课程。实验设计体系中，主要培养软件设计开发与维护职业岗位所需的通用工作能力，重点培养数据库管理员、计算机程序员和ERP实施工程师等职业岗位所需的数据库设计、数据库访问、数据库管理的专用技术能力。在职业技能培养的同时，注重培养职业所需的团队精神、创新意识和严谨的工作作风，使学生具备良好的数据库开发与维护的职业能力和职业素养。

2 基于CDIO设计数据库实验教学方案

根据课程的能力、知识和素质目标，按照数据库开发与维护工作的工作流程，依次根据需求分析、数据库概念设计、数据库逻辑设计、数据库物理设计、系统应用开发和维护进行教学内容的选取。

依据软件开发流程与规范，按由易到难的工作方式设计三个相对稳定的学习情境，逐层递进。初期以2个经典案例为载体，把数据库开发与维护的理论知识理论与实践相结合，实践技能与实际应用环境相结合，培养学生使用数据库技术基本职业能力[4]。后期实时引进企业真实项目或学生自主创新项目，以此为载体设计一个动态的学习情境，复杂度加强，培养学生数据库设计与开发的综合职业能力，培养学生自我学习和自我发展的综合职业素质。

鉴于数据库开发与维护各工作任务的特点和职业成长规律，构建3个学习情境，通过3个层次进阶逐步达到课程目标。数据库实验以2个案例和1个项目为载体，每个学习情境的教学内容有所侧重，复杂度和完整性逐渐加强，使学生掌握应用数据库解决实际问题的能力。

2.1第一层次的数据库实验教学设计

以较为简单的案例高校教务管理系统为载体，学习数据库设计、应用管理的基本知识和基本方法。数据库设计中需要学生掌握E-R概念模型的建立、关系数据模型转化和完整性控制，数据库物理设计采用较为简单的SSMS交互方式，数据库实验教学中应用开发重点为基本的SELECT数据查询。

2.2 第二层次的数据库实验教学设计

以较为复杂的案例高校图书馆管理系统为载体，进一步学习和掌握数据库设计与数据库应用程序开发的关键技术。数据库设计侧重教学IDEF1X概念模型的建立和关系数据模型的规范化，数据库物理设计采用T-SQL命令方式，数据库实验应用开发侧重SELECT数据查询中的子查询和数据库服务器编程。

2.3 第三层次的数据库实验教学设计

动态引进的企业真实项目或学生自主创新项目，以此为载体进行数据库应用系统的开发。此学习情境可与“面向对自主创新项目象程序设计”课程结合，聘请行业专家对项目需求分析和概念设计进行技术指导，对项目开发全过程有效管理，重点培养学生学习数据库开发与维护的工作流程和方法，了解数据库行业管理知识和需求，掌握数据库设计和应用技术，培养数据库应用系统开发的综合能力。

数据库以2个案例和1个项目为载体，构建3个学习情境，通过3级进阶逐步达到课程目标。在学习情境的实施过程中，将知识传授、能力培养和生产服务于一体，将教学过程与工作过程相结合，教师与工程师融为一体，学生与员工融为一体，教学环境与工作环境融合，理论联系实际，真正形成“教、学、做”一体化教学模式[4]。

3 基于CDIO设计数据库实验教学方法

为达到数据库课程的能力目标和知识要求，基于CDIO设计数据库实验，采用案例贯穿、任务驱动、项目教学、职业角色体验等教学方法。

3.1 案例贯穿教学法

第一层次实验设计和第二层次实验设计分别是高校教务管理系统和高校图书馆管理系统，用两个经典案例设计学习情境，通过相应的任务训练引导学生根据需求分析对数据库进行概念设计、逻辑设计，使学生掌握建立数据库模型的方法、学会合理的设计关系数据模型。在数据库实验设计中，分别采用SQL Server 2012的SSMS和T-SQL兩种工作方式创建和管理数据库，引导学生逐步学会数据库的物理设计、逻辑设计、数据操作和管理，掌握数据库应用开发基本能力。

3.2 任务驱动教学法

基于CDIO的数据库实验设计方案中各学习情境（案例或项目载体）分别由多个连续的工作任务或子案例组成，各个工作任务相互衔接，每个工作任务完成相应的功能，各个任务之间密切关联，如果一个任务出现错误，下面的任务也会受到影响。按照软件开发的工作过程，教师和学生需要全程监控各个任务的完成情况，根据项目需要，及时地对前期所做工作进行完善，直至每个学生每个任务都正确完成。基于CDIO的数据库实验设计方案有利于培养学生团队合作、作风严谨和坚持不懈，使学生具备良好职业素质。

3.3 职业体验教学法

第三层次实验设计是企业管理系统设计与开发或自主创新项目，以职业化训练为主要模式，注重培养学生实际职业能力。以企业管理系统设计与开发或自主创新项目诱发学生兴趣，引发学生主动学习，使学生在企业真实的项目活动中学习数据库系统设计开发知识，掌握数据库实际应用能力。职业体验教学法有利于培养软件技术专业实用型人才。

4 结论

我院基于CDIO数据库实验设计体系在教学中应用了一段时间，教学效果很好，教师和同学给予了肯定意见，基于CDIO数据库实验设计体系调动了学生学习主动性，有助于工程能力的培养，明显提高了学生数据库设计开发能力。在数据库实验的教学改革中实施 CDIO 的教学模式，以企业需求为依据，选取教学内容，以工作任务为导向，校企合作引用案例，明确“案例驱动、多层次递进式设计”教学法在数据库实验教学中的重要作用，基于CDIO设计数据库实验，能够有效地激发学生的学习热情，提高学生解决实际问题的能力，为社会培养 CDIO工程教育模式人才。

参考文献：

[1] 赵楷，张琳琳，张振宇，等.基于CDIO的《软件工程》实践课程教学改革与探索[J].现代计算机：专业版，2012（26）.

[2] 王硕旺，洪成文.CDIO：美国麻省理工学院工程教育的经典模式：基于对 CDIO 课程大纲的解读[J].理工高教研究，2009（4）：116-120.

[3] 赵慧敏.基于CDIO模式的数据库原理与应用课程教学改革方法研究[J].高教学刊，2016（23）：132-133.

[4] 周慧.SQLServer2012数据库技术及应用[M].北京：人民邮电出版社，2018.

【通联编辑：朱宝贵】