高职院校数据库教学中的项目化学习设计

摘要：数据库是计算机信息技术的重要内容，笔者曾主编的数据库教材主要实现了对教学活动的设计，在此基础上，探索数据库项目化学习设计，努力实际地提高学生学习数据库技术的主动性。文章通过确定数据库学习目标、建设支持性学习资源、设计项目化学习驱动性问题，规划项目化学习活动进程，以实现学生设计与创建维护数据库能力的提高。

关键词：教学目标；项目化学习；支持性学习资源；驱动性问题

中图分类号：TP311.52      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）34-0063-05

1 引言

如何从单纯的认知学习向探究学习与项目实践相结合的学习转变，促进认知学习与探究学习的结合，推动学生的社会性成长，是世界教育改革与发展的时代课题。Berman认为“项目学习是让学生进行创作、验证、完善，并制造出某种东西的活动”[1]，通过对复杂真实的问题、细心设计的任务扩展化的探究过程，让学生参与知识与技能的学习中，张丰认为“项目化学习”设计实现了让学生面对真实问题，通过解决问题的过程来驱动学习。创设真实情境的挑战性问题，鼓励学生通过自主实践与合作互动相结合的方式解决问题。

数据库技术的特点是理论性和实践性都很强。数据库的设计质量，将直接影响数据库管理系统对数据的控制质量。以笔者为主编写的数据库教材主要实现了对教学活动的设计，在此基础上，探索数据库教学中项目化学习设计，努力实际地提高学生学习数据库主动性，使学生经历探索实际项目的学习，形成建构数据库的思路，并在展示数据库设计与创建数据库的过程中经历深度的学习。

2 数据库教学中的项目化学习要素

数据库项目化学习的核心在于“自主学习”，是面向一个真实的实际任务并自我找到解决方案的学习过程。学习者在项目化学习过程中，自主性地收集数据库资料、掌握数据库知识点、在人际反复互动过程中分析用户的需求、通过数据库设计与实施来创建出正确的数据库，从而使学习者掌握数据库知识、数据库设计与创建维护技能。

数据库教学中的项目化学习设计包括要素：学习目标、支持性学习资源、驱动性问题，项目化学习任务，过程性评价。

教师按照数据库课程标准确定项目化学习目标，准备与提供支持性学习资源，包括传统的纸质教材资料、开放的线上学习资源、真实的数据库客户需求场景，可运行的数据库。给出数据库设计的每阶段的子任务，提出驱动性问题，学生自主探索把控数据库设计的进程、师生交互实践，客户和教师过程性评价阶段性数据库设计成果，针对不同的学习者和不同的学习成果有不同的评价结果，如果过程性评价结果是学生还有提高空间，学生可以自主选择学习支持性学习资源的相关内容，在一组具有提示性的驱动性追问中，学生渐渐自己理解数据库设计的规范化要求，迁移地思考并解决实际问题。项目化学习设计使原来的教师单向授课式指导，转变为学生根据真实项目主题与过程性评价，选择适合自己设计进度的学习资源，让学习活动更多地由学生进行自我学习，引领性地促进学习活动真实而深刻地发生。项目化学习设计包括的各实践要素的关系如图1所示。学生利用支持性学习资源，自主学习各子任务，教师的学习指引更多地潜隐在支持性学习资源的设计与准备中，并在不断过程性评价中促使学习者达到学习目标。

3 数据库设计项目化学习目标

数据库设计的质量不仅依赖于设计人员对应用领域的了解，而且还依赖于他们从事数据库设计的实践经验和水平。

数据库设计项目化学习目标是推动学生主动积极探究的统领性的学习总任务。在数据库教学中的项目化学习目标是设计冗余低、正确的、可共享的规范化数据库，避免数据重复、更正、删除、插入异常，从而提高数据库表的查询性能。学习利用数据库管理平台创建与维护数据库的方法。數据库设计包括数据库结构设计与应用设计，一般在数据库结构设计的基础上，完成数据应用设计，尽可能减少数据的存储量和内外存间数据的传输量，便于数据库的扩充和移植。

4 支持性学习资源的建设

支持性学习资源是含着具有内在逻辑的系列示范性任务单。学生通过经历一组任务单的自我学习过程，形成可以迁移的思考模式，在试图解决项目化学习任务的总目标时，转化为有自己思考，并触发创造性高阶思维，最终完成项目化学习目标。

为达到学习目标，学生沿着项目化学习任务主线，努力解决实际问题而进行持续性学习活动，支持性学习资源中的学习任务与项目化学习任务是具体交叉循环推进的组合。并在项目化学习持续性探索中带动知识点的学习。

在项目化学习中，当学生遇到困难与问题时，可以在提供的支持性学习资源中寻找解决问题的办法，支持性学习资源除了教材外，以课程目录的形式在网络平台组织示范性“任务链”，可供学生主动随时按需选择，赋权学生具备反复获取的权限，促使学生产生灵感，并迁移地思考问题，形成自己解决问题，完成任务的思路。

数据库设计示范性“任务链”任务节点有需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、数据库物理设计、数据库实施、数据库运行和维护六个阶段。下面将给出设计与创建学生选课数据库项目中的示范性“任务链”清单中的每个任务节点的支持性学习资源。

5 项目化学习任务的设计

夏雪梅认为：“项目化学习的设计离不开对知识观的探讨，是学科核心知识在情境中的再建构与创造”[2]。在项目化学习任务的设计中，主要设计核心项目化学习任务链和项目化学习活动进程。核心项目化学习任务链指的是学生在驱动性问题的推动下为完成项目化学习任务，而需要持续性探索的子任务。项目化学习活动进程是指在完成项目化学习任务过程中利用支持性学习资源进行学习，逐个迁移完成项目化学习子任务，在学生互评或教师、客户评价学习成果后，根据评价结果，完善项目化学习任务的过程。

强化课程学习与社会生活联系[3]，夏雪梅认为：“对教师而言，项目化学习实施的中国建构意味着在学习情境中，灵活选择合适的项目类型，设计对自我和学生而言都有意义的真实问题”[4]，数据库项目化学习任务的设计应该是简短的开放性的，学生可以自主选择开拓设计的数据库主题，比如茶叶追溯系统数据库设计、毕业论文选题与管理系统的数据库设计，在这里选择项目化学习任务为某工厂物资管理系统设计创建维护“工厂物资管理”数据库。

在数据库设计项目化学习中，引导学生在设计创建维护“工厂物资管理”数据库的实践过程中，将所能想到的问题列出清单，就提出的问题进行交流，并到示范性“任务链”清单中寻找灵感，找到解决问题的方案，由教师或学生对解决问题的方案进行评估并提出方案的不足，进一步提出驱动性问题，指导与讨论后调整方案，继续学习进程。项目化学习任务可以是学生学习的依托，也是学生解决问题过程中深入思考的展现，学生从真实的实践中获得数据库设计的体验和经验。

5.1 驱动性问题的设计

有效的联系实际的驱动性问题是数据库设计项目化学习的要素。通过不断提出驱动性问题，引导学生投入到数据库设计项目化学习中，并激发学生的沉浸式思考，积极投入设计数据库实践，驱动性问题应贯穿于项目化学习每个阶段，不仅组织和直接推动项目化学习活动，而且使一系列任务和活动之间具有内在的一致性。

如何设计与数据库设计有关联的驱动性问题？用怎样的问题能够驱动学生主动投入思考？驱动性问题应是围绕项目主题的、契合课程标准的具有凝练意义的问题，是能够引发学生自主探究和推动学生问题解决的关键性问题。驱动性问题其实是关联各阶段学习目标的概括性的任务，其设计须注意紧密联系学习目标。驱动性问题应具备严谨的科学性，可以帮助学生掌握关系数据库的知识。在数据库设计项目学习中，促进数据库核心知识的学习与数据库设计综合素质的进步才是目的。驱动性问题应具备挑战性，使得学习者只有在储备了相关学科知识，才可以形成关于驱动性问题的分析、认知，并做出决策，渐成思考与解决问题的方法，最终解决问题。所有的驱动性问题集合应具备全面性，涉及数据库设计各阶段，可以有助于学生建构数据库相关知识体系。驱动性问题应具备真实性，驱动性问题应能够联系真实场景，从生活中的真实项目出发，展开项目化学习，学习成果是可以被用户实际操作的解决实际问题的数据库，有助于学生在获得客户认可后、提升自我成就感，激活学习者学习数据库技术的兴趣。为某工厂设计“工厂物资管理”数据库是带有实际应用情境的大项目，通过完成这个大项目，指引学生的项目化学习过程。要完成设计“工厂物资管理”数据库这个大项目，需将其拆解为需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、数据库物理设计、数据库实施、数据库运行和维护六个小任务[5]，每个小任务环环相扣，形成任务链，针对每个小任务，按照问题解决思路，规划具有挑战性的驱动性问题。

核心任务1：需求分析“工厂物资管理”流程驱动性问题：

如何与厂长进行友好沟通？

“工厂物资管理”涉及哪些人？哪些物资？哪些部门？这些实体对象包含哪些属性？

工厂物资的管理流程是什么？

如何从收集到的信息提取出可以在数据库系统中存储查询的数据？

抽象出来的数据有哪些完整性约束？比如物资价格的取值范围是什么？员工的年龄必须大于18岁吗？工厂可能涉及多少物资？物资的库存量低到多少需要进货？

需要操作数据库的人员有哪些类型？每类用户要对数据库做哪些操作，可以查询哪些信息？每类用户的权限是什么？

核心任务2：根据需求分析结果，抽取出进行“工厂物资管理”流程中包含的对象及各对象之间的关系（概念结构设计）。

不同的工厂会有不同的需求，数据库设计人员要根据需求分析结果，来进行概念结构设计。假设，通过需求分析，我们知道工厂在物资管理过程中，涉及仓库管理部门、人事部门、采购部门三个部门。人事部门要安排职工的工作任務，一间仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工只能在一间仓库工作。

驱动性问题：

仓库和职工之间存在哪种联系？职工在某仓库的工作开始时间与结束时间与仓库和职工有关吗？

某零件在某仓库的库存情况是随时变化的，如何记录物资在某仓库的库存情况？

谁有权限修改物资在某仓库的库存？

谁有权限调整职工的岗位？

如何记录供应商为某些项目供应物资的数据？

我需要学习哪些知识才能了解数据库的规范化要求？

如何设计一个规范化的“工厂物资管理”数据库？

核心任务3：“工厂物资管理”数据库由哪些数据表组成，表之间信息的联系方式（逻辑结构设计）。

驱动性问题：

从概念结构设计转化为逻辑数据库的规则了解了吗？

工厂物资管理数据库由哪些数据表组成？

每张数据表由哪些属性列字段组成？

数据可以有哪些数据类型？如何规划这些字段的数据类型？

物资价格的数据要参与运算，它的数据类型只能是数字型吗？

每张数据表中是否具有唯一的识别数据表中的一行数据记录的特点？

哪些类型的用户可以获得数据库的哪些信息？

核心任务4：“工厂物资管理”数据库如何规划存储到数据库系统（数据库物理设计）。

驱动性问题：

数据库系统的架构是怎样的？

工厂物资管理数据库大概要存储多少容量的数据？

每次修改需要增加的数据量大约是多少？

规划数据库各类文件的存储方案要考虑哪些问题？

怎样设计才可以让数据文件的安全性得到保障？

相同概念的字段在不同数据表的信息如何联动？比如要求项目资料中的项目号被修改时，供应情况表中的项目号也要自动被修改。如何确保供应商资料中的供应商号只有在供应情况表中的相应供应商号不存在时，方可删除？

如何为不同的用户提供不同的信息？比如为供应商提供包含物资名、项目号、物资价格、物资折扣的信息。为人事管理员提供职工号、姓名、岗位等职工信息。

核心任务5：创建“工厂物资管理”数据库。

驱动性问题：

是否掌握数据库系统的操作？我是否具备创建数据库的能力？

如何创建 “工厂物资管理”数据库？

如何创建数据表？

数据表的数据按照什么信息进行排序？如何创建索引？

是否理解视图、存储过程、触发器的概念及其作用？

如何创建视图、存储过程和触发器？

核心任务6：运行和维护“工厂物资管理”数据库。

驱动性问题：

是否掌握更新、插入、删除数据库中数据的方法？

是否理解日志文件的功能？如果日志文件容量达到磁盘容量极限，如何管理日志文件？

如何维护数据库的安全性？

如果由于磁盘的损坏，数据丢失了，如何实现数据库的转储和恢复？如何监督、分析数据库性能？如果数据库的查询效率降低，如何改善数据库性能？

如果用户需要增加新功能？如何规划与实现数据库的升级？

如何发现数据库的错误，并修改错误？

5.2 规划项目化学习活动进程及评价标准

围绕数据库设计的驱动性问题，学习者团队自主性收集教材等纸质资料、利用通过网络学习平台提供的支持性学习资源，学习数据库设计方法，面对自主选择的面向实际应用的设计主题，自主开放持续性地探索知识，学习者通过独立思考、经历数据库设计与创建数据库的过程，发挥想象力，寻求创造性解决实际问题的方案，项目化学习的过程性评价者可以是用户、教师或学生，并通过对数据库每一阶段学习成果的过程性评价，促使学生不断自我学习，并不断优化方案，高效高质完成项目化学习任务。学生在项目化学习进展中掌控学习的自主权。由于数据库每一阶段的学习目标和学习成果是不同的，所以应有相匹配的评价者和评价方式。教师在明确核心任务与学习目标后，即进行评价方式的设计，明确数据库设计项目化学习过程中的关注点和要求。并告知学生，帮助学生理解数据库设计规范化要求。

如何评价是对学习的重要引导。贯穿项目化学习全程的过程性评价需要能够体现学习效果，根据环环相扣的子任务，结合学习目标，考虑评价内容，评价标准，设计相应的评价。评价学生提出问题的能力、需求分析的能力，评价数据库核心知识点的掌握情况，评估学习成果——创建的数据库是否达到学习目标、是否满足用户的需求，并给学生提供反馈。下面给出“工厂物资管理”数据库项目化学习活动进程及评价方式。

核心任务1：对“工厂物资管理”进行需求分析。

阶段性成果：确定“工厂物资管理”数据库的用户需求。由于用户非常清楚“工廠物资管理”的流程，而设计者了解数据库的设计要求，所以用户和数据库设计者要互相充分反复交流，教师应创造机会，鼓励学生扩大信息获取的渠道，深入到不同类型用户（厂长、仓库管理员、职工、供货商）工作场景，挖掘“工厂物资管理”中涉及的信息，使学生经历真实的体验性的需求分析活动。并把这些需求写成用户和数据库设计者都能够接受的文档。

评价标准：由用户来评价需求分析文档是否完全体现了用户的实际需求。如果体现了用户的实际需求，则评价合格，进入下一任务链；如果用户提出新的需求或发现文档不满足实际需求，则继续对“工厂物资管理”进行需求分析。

核心任务2：根据需求分析结果，抽取出进行“工厂物资管理”流程中包含的对象及各对象之间的关系（概念结构设计）。

阶段性成果：画出“工厂物资管理”E-R图。面对搜集到的用户需求，学生要进行分析与讨论，形成“工厂物资管理”数据管理流程的全貌，再对这些信息进行综合、整理，从信息中抽出可以存储在数据库中的数据。在概念结构设计过程中，需要经历充分的讨论，协调存在命名冲突，结构冲突的数据，反复几轮螺旋式地深入，以形成“工厂物资管理”E-R图。

评价标准：是否掌握E-R图表示方法？是否体现了需求分析阶段确定的所有要求及数据信息间的联系？是否有冗余的数据及它们之间的联系？如果用户认为达到实际需求，教师认为设计的E-R图，满足规范化要求，则评价合格，进入下一任务链；如果用户提出新的需求或发现有不符合实际需求的数据，则返回对“工厂物资管理”进行需求分析。

核心任务3：“工厂物资管理”数据库由哪些数据表组成，表之间数据的关联方式（逻辑结构设计）。

阶段性成果：设计出为某个DBMS所支持的工厂物资管理数据库的关系模式。关系模式定义了工厂物资管理数据库由哪些数据表组成？数据表由哪些属性字段组成？每个数据表的主键是由哪些属性构成？

评价标准：由教师评价是否满足3NF范式要求？如果教师评估工厂物资管理数据库的关系模式，达到实际需求，满足3NF范式要求，则评价合格，进入下一任务链；如果发现有不符合3NF范式要求的数据，比如出现了可以由其他属性字段计算得到的属性，教师通过告知学生问题清单，促使学生进行反思与再学习，重新返回对“工厂物资管理”进行逻辑结构设计。

核心任务4：规划“工厂物资管理”数据库存储方式（数据库物理设计）。

阶段性成果：设计出工厂物资管理数据库的物理数据库

评价标准： 数据库的物理结构主要指在相关存储设备上的存储结构和存取方法。评价数据库物理设计是否将各逻辑数据对象，按一定的结构合理地存储在存储设备上？数据库系统的运行效率是否达到最佳，比如数据或数据备份存储点的规划是否达到保护数据不丢失的目标？设计的数据访问方法，能否提高存储在物理设备上的数据检索的能力？“工厂物资管理”的物理存储数据按照什么排序？是否能够为不同用户提供不同的数据？

教师与用户对上述内容进行评价，如果评价合格，进入下一任务链，如果发现有设计不符合要求，比如用户将数据文件与日志文件设计在同一磁盘上，这会导致数据不易恢复，教师给出问题清单，促使学生进行再学习，重新返回对“工厂物资管理”进行物理结构设计，从而修复错误。

核心任务5：数据库实施。

阶段性成果：创建工厂物资管理数据库，载入数据库数据。

评价标准：是否实现了数据库设计中的所有功能？是否载入数据库数据？载入数据库数据是否都是正确的，数据是否一致的？是否生成完整的数据库？在数据库实施阶段，工厂物资管理数据库调试、试运行是否顺利？应用程序调用数据库在时间、空间等性能是否达到要求？

教师与用户对上述内容进行评价，如果评价合格，进入下一任务链；如果发现有不符合要求的功能和性能，比如出现了查询速度慢的现象，教师通过告知学生问题清单，促使学生进行反思与再学习，重新返回对“工厂物资管理”进行物理结构设计，需调整物理结构、修改应用程序，直至高效、稳定、正确地运行该数据库系统为止。

核心任务6：数据库运行和维护。

阶段性成果：维护工厂物资管理数据库是一个长期的任务。

评价标准：数据库是一种动态和不断完善的运行过程，运行和维护阶段开始，并不意味着设计过程的结束，任何哪怕只有细微的结构改变，也许就会引起对物理结构的调整、修改，甚至物理结构的完全改变，因此数据库运行和维护阶段是保证数据库日常活动的一个重要阶段。数据系统投入运行后，主要维护数据库的安全性与完整性，性能的监督、分析与改进。增加新功能。

5.3 数据库设计成果的展示

数据库设计展示是一个综合性的活动，既是学生研究与实现数据库水平的反映，又是学生及其团队社会性成长的表现。

要求学生以PPT、数据库的具体操作演示视频等方式，多途径多方式地展示数据库设计成果。主要展示数据库设计项目研究報告，对问题情境、问题分析、解决方案、实施过程、成果成效、问题与展望等方面作综合分析、梳理并表达；要求学生基于具体的数据库，解释分析其知识点，反思和讨论数据库项目化学习过程中走过的弯路和启示。展示项目化学习过程的团队的表现，评价学生组织分工，交流能力，从创造性、展示等方面评价学生团队。

6 总结

开展数据库项目化学习的目的是帮助学生摆脱填鸭式的被动学习。数据库项目化学习任务的综合设计体现在具有层次关系与递进关系的任务链，从驱动性问题、到支持性开放式学习资源、再到具体的多视角的过程性评价，教师隐身的学习组织与学习指导，进一步赋权学生，鼓励学生自我指导学习，让他们主动投入积极的项目需求分析与数据库知识建构、表达与创新中，学会使用数据库管理系统创建使用数据库，通过创建规范化的数据库让学生亲历项目化学习实践，向用户展示自己所设计的数据库，帮助学生找到自我学习自我探究的方法和意义。在计算机技术升级速度非常快的大背景下，数据库项目化学习的价值除了掌握数据库设计项目中的具体知识外，还对学生终身自我学习，推动自我不断知识更新有重大意义，使学生理解“学习”的好处，从而成为学生们不断成长的驱动器。

参考文献：

[1] Berman S.多元智能与项目学习：活动设计指导[M].夏惠贤，译.北京：中国轻工业出版社，2004.

[2] 夏雪梅.项目化学习设计：学习素养视角下的国际与本土实施[M].北京：教育科学出版社，2018：31.

[3] 张丰，管光海.变革学校：科技创新教育与项目化学习[M].杭州：浙江教育出版社，2022：17.

[4] 夏雪梅.项目化学习的实施：学习素养视角下的中国建构[M].北京：教育科学出版社，2020：31.

[5] 詹英，林苏印，颜慧佳，等.数据库技术与应用-SQL Server 2019[M].北京：清华大学出版社，2022：300-362.

【通联编辑：谢媛媛】