路璐 凌捷

摘要：針對傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式的弊端，以CDIO工程教育模式為指導(dǎo)，結(jié)合廣東某高校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)的教學(xué)現(xiàn)狀，詳細(xì)闡述對數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)教學(xué)體系以及考核評價改革的具體措施。實(shí)踐結(jié)果表明，該教學(xué)改革對于拓展學(xué)生開放性思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性以及提高學(xué)生實(shí)踐能力起到了良好的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：CDIO工程教育模式；數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）05-0141-03

Reform and Practice of Course Design of Database based on CDIO

LU Lu， LING Jie

（School of Computer Science and Technology， Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006， China）

Abstract： Aiming at the problems of the shortcomings of the traditional pattern of traditional course design of database，Based on the concept of the CDIO engineering education， combining with the present teaching situation of course design of database of computer-related specialty in an university of Guangdong， the specific measures on the teaching system and evaluation for course design of database is expounded. The practice results show the teaching reform expands the students' open minds，stimulates students' initiative and raises the students' practical abilities .

Key words： CDIO engineering education； Course Design of Database； teaching reform

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念。CDIO代表構(gòu)思（conceive）、設(shè)計(jì)（design）、實(shí)施（im-plement）、運(yùn)行（operate），它是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目教育和學(xué)習(xí)”（Project based education and learning）的集中概括和抽象表達(dá)。它體現(xiàn)了現(xiàn)代工程師所應(yīng)具備的服務(wù)于現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)到運(yùn)行的全過程所必須擁有的基本能力。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、 個人能力、 人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個層面[1-2]。然而我國工科的教育實(shí)踐中還存在不少問題，如重理論輕實(shí)踐、忽視團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神等問題。國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)表明CDIO的理念和方法是先進(jìn)可行的，適合于工科教育的教學(xué)改革。

1 數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)傳統(tǒng)教學(xué)模式培養(yǎng)現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)庫課程是計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)課程體系中的核心和基礎(chǔ)；而數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)庫課程的實(shí)踐科目，其特點(diǎn)是綜合性強(qiáng)，對動手操作能力要求比較高。但是，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)的教學(xué)模式，往往偏重理論，這會讓學(xué)生處于課堂教育與實(shí)踐操作嚴(yán)重脫節(jié)的尷尬境地。因此，針對計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)的現(xiàn)實(shí)需求，數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革勢在必行。

2 數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究

為了達(dá)到讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)的目的，基于CDIO的模式理念，本文構(gòu)建了數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容體系。該體系自始至終與數(shù)據(jù)庫理論內(nèi)容以及CDIO模式相結(jié)合，通過項(xiàng)目驅(qū)動，讓學(xué)生參與其中，按照數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的每個階段由學(xué)生自發(fā)獨(dú)立的發(fā)現(xiàn)問題以及解決問題，最終完成課程設(shè)計(jì)的各個內(nèi)容。

2.1 數(shù)據(jù)庫原理教學(xué)內(nèi)容以及傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)教學(xué)安排

數(shù)據(jù)庫原理針對計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)本科教學(xué)內(nèi)容主要涉及關(guān)系數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)語言SQL，數(shù)據(jù)庫安全性完整性、關(guān)系數(shù)據(jù)理論、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、查詢優(yōu)化、數(shù)據(jù)庫恢復(fù)和并發(fā)技術(shù)[3]。

以廣東某高校計(jì)算機(jī)學(xué)院為例，數(shù)據(jù)庫原理理論教學(xué)56課時，授課時間為學(xué)期第1周至第16周。數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)16課時，課程設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作主要集中在第13周到16周，設(shè)計(jì)完成以及檢查時間為第17周。（教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度如圖1所示）

這種傳統(tǒng)教學(xué)的弊端主要體現(xiàn)在：

1）理論教學(xué)與實(shí)踐操作相互脫節(jié)。學(xué)生不能發(fā)揮主動學(xué)習(xí)的積極性；

2）課程設(shè)計(jì)實(shí)踐操作部分學(xué)時少，準(zhǔn)備不夠充分；

3）課時分布不均勻，前松后緊，學(xué)生動手實(shí)踐部分大多放在學(xué)期末，容易造成學(xué)生在期末考試的壓力中忽略動手能力的提高和培養(yǎng)，眉毛胡子一把抓；

4）單憑一個課程設(shè)計(jì)報(bào)告和程序很難衡量學(xué)生對知識的理解和掌握程度；

鑒于以上的內(nèi)容，本文提出了基于CDIO模式的新的數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)教學(xué)體系。

2.2 數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式改革

數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式改革主要體現(xiàn)在：課程設(shè)計(jì)在理論教學(xué)中貫穿始終?；贑DIO的數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革內(nèi)容如圖2所示。

2.2.1 課前準(zhǔn)備

CDIO模式不僅重視個人能力的培養(yǎng)，同時也關(guān)注團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力培養(yǎng)。因此，團(tuán)隊(duì)協(xié)作也作為數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革的一個重要內(nèi)容。為了學(xué)生溝通方便，每個行政班中以寢室為單位（4個學(xué)生）組成若干個開發(fā)團(tuán)隊(duì)，選取組長，并且向老師上報(bào)各個組員的分工情況，之后各個開發(fā)小組可以根據(jù)老師給出的備選題目進(jìn)行選題。

2.2.2構(gòu)思（Conceive）

CDIO的精髓在于讓學(xué)生“做中學(xué)”。但是對于沒有任何數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識的學(xué)生來說，課程開始就投入到實(shí)踐中是不現(xiàn)實(shí)的，所以范例教學(xué)十分重要。在理論教學(xué)開始時教師利用大概2周的時間，講解數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域以及前沿的知識體系、開發(fā)工具，讓學(xué)生對該領(lǐng)域的知識產(chǎn)生濃厚的興趣。然后，教師可以從典型案例著手——以學(xué)生管理系統(tǒng)為例，講解如何進(jìn)行業(yè)務(wù)流程分析、功能分析和數(shù)據(jù)需求分析，如何繪制用例圖，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程中如何完成數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典分析，讓學(xué)生在范例講解中一步步的學(xué)會如何繪制ER圖，如何設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)字典中的各項(xiàng)內(nèi)容。該階段是構(gòu)建系統(tǒng)藍(lán)圖的階段，所以，教師要引導(dǎo)學(xué)生立足于不同項(xiàng)目的實(shí)際需求，通過調(diào)查問卷、查閱資料、客戶走訪等形式，深入探析軟件的功能和性能，確定軟件設(shè)計(jì)的限制和軟件同其他系統(tǒng)元素的接口細(xì)節(jié)，定義軟件各項(xiàng)有效的需求，與此同時，在確定需求過程中，團(tuán)隊(duì)成員之間的磨合與溝通也是必不可少的。通過各個成員的協(xié)調(diào)，才能最終確定該團(tuán)隊(duì)共同的軟件需求以及數(shù)據(jù)庫整體規(guī)劃策略。該階段的匯報(bào)成果即是各團(tuán)隊(duì)小組的需求分析報(bào)告。

2.2.3設(shè)計(jì)（Design）

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)包括概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所涵蓋的理論知識點(diǎn)比較多。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫原理教學(xué)和數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)階段幾乎是相互脫節(jié)的，見圖1。為了能讓學(xué)生提高完成項(xiàng)目的主動性以及自我認(rèn)知性，數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)調(diào)整幅度也相對比較大。

1）課堂學(xué)習(xí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫時，引導(dǎo)學(xué)生以課程設(shè)計(jì)中的選題項(xiàng)目為基礎(chǔ)，編制相關(guān)的關(guān)系代數(shù)的演算

2）課堂學(xué)習(xí)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)語言SQL時，引導(dǎo)學(xué)生以課程設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，利用SQL語句解決數(shù)據(jù)的增刪改查的一系列問題，并且針對需求分析中不同的設(shè)計(jì)模塊，設(shè)計(jì)不同的SQL操作，其中包括單表查詢、多表查詢、模糊查詢、相關(guān)子查詢、不相關(guān)子查詢、多表更新操作、視圖操作等。

3）課堂學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性時，通過一系列反例，例如違反實(shí)體完整性的數(shù)據(jù)操作會帶來怎樣的后果；違反了參照完整性的操作會有哪些危害等等，讓學(xué)生強(qiáng)烈感知如何能設(shè)計(jì)出效率高、安全性較好的數(shù)據(jù)庫基本表。此時，可以讓學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目選題設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的各個分ER圖并且形成初步ER圖，在合并過程中找出沖突和問題所在，為后續(xù)內(nèi)容做準(zhǔn)備。

4）課堂學(xué)習(xí)規(guī)范化理論時，利用循序漸進(jìn)的方法，舉例說明，讓學(xué)生利用范式的思想，對項(xiàng)目中的表格進(jìn)行規(guī)范化分析，判斷屬于第幾范式，有什么樣的優(yōu)缺點(diǎn)，能否進(jìn)行優(yōu)化。此時，課程設(shè)計(jì)的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)初具雛形。

5）課堂學(xué)習(xí)第七章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時，結(jié)合實(shí)例，讓學(xué)生獨(dú)立完成概念機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的消除沖突與優(yōu)化，完成由基于項(xiàng)目的初步ER圖到基本ER圖的轉(zhuǎn)變；同時結(jié)合需求分析中的數(shù)據(jù)字典，根據(jù)聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系表的知識點(diǎn)以及規(guī)范化理論，對初步的邏輯結(jié)構(gòu)表進(jìn)行修改和完善。

該階段的匯報(bào)成果是各團(tuán)隊(duì)小組的概要設(shè)計(jì)報(bào)告。

2.2.4實(shí)現(xiàn)（Implement）

設(shè)計(jì)階段其實(shí)是將任務(wù)離散化，那么實(shí)施階段就是將項(xiàng)目綜合化。該階段中，書本上的重點(diǎn)內(nèi)容已經(jīng)基本結(jié)束，學(xué)生可以根據(jù)學(xué)過的基礎(chǔ)知識自由發(fā)揮，將之前的需求文檔以及概要設(shè)計(jì)文檔進(jìn)行拓展和完善，并且將自己設(shè)計(jì)的關(guān)系代數(shù)以及SQL語句轉(zhuǎn)換成高級程序語言中的數(shù)據(jù)庫操作的語句。這時候，有能力的同學(xué)也可以根據(jù)老師上課講授的查詢優(yōu)化等內(nèi)容針對具體項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)行查詢算術(shù)優(yōu)化和物理優(yōu)化，并且對比執(zhí)行效率，感受在不同的實(shí)際應(yīng)用中對不同問題的處理方式。

該階段的匯報(bào)成果是各團(tuán)隊(duì)小組成員的詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告的綜合文檔。

2.2.5運(yùn)作（Operate）

系統(tǒng)模型建立好之后，要進(jìn)行軟件的各項(xiàng)測試。學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)恢復(fù)和并發(fā)控制等內(nèi)容，對系統(tǒng)的完整性、安全性等性能進(jìn)行進(jìn)一步的改善，完善詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告，補(bǔ)充系統(tǒng)測試內(nèi)容以及使用系統(tǒng)安裝使用說明。最后，通過小組的公開答辯，向老師和全班同學(xué)展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、完成過程以及跟同學(xué)們交流心得和體會，并由其他非小組成員的同學(xué)作為評委進(jìn)行點(diǎn)評。

2.3 課程設(shè)計(jì)考核評價改革

課程設(shè)計(jì)是一門衡量學(xué)生動手操作能力、綜合運(yùn)用能力的科目，所以這門課程更要體現(xiàn)對學(xué)生是實(shí)踐能力的檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)考核評價改革主要體現(xiàn)在：改變單一的評分標(biāo)準(zhǔn)為多角度綜合性評價標(biāo)準(zhǔn)（如圖3所示）。

2.3.1 項(xiàng)目文檔（分?jǐn)?shù)比例50%）

項(xiàng)目文檔包括需求分析報(bào)告、概要設(shè)計(jì)報(bào)告、詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告。

1）需求分析報(bào)告（分?jǐn)?shù)比例10%），內(nèi)容包括：

①可行性分析；

②擬采用的開發(fā)工具；

③用例圖；

④數(shù)據(jù)字典，包括數(shù)據(jù)項(xiàng)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

⑤軟件模塊初步設(shè)想以及每個模塊可能進(jìn)行的操作。

2）概要設(shè)計(jì)報(bào)告（分?jǐn)?shù)比例20%）：

①數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方面：分ER圖和總體基本ER圖（標(biāo)明各實(shí)體之間聯(lián)系的類型）、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（有完整性約束說明，標(biāo)明主碼、外碼，分析范式類型）、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（索引、存儲路徑等）、數(shù)據(jù)庫完整性設(shè)計(jì)（違反實(shí)體、參照完整性時的解決辦法，比如觸發(fā)器、存儲過程等）

②軟件設(shè)計(jì)方面：功能結(jié)構(gòu)圖以及各功能模塊主要功能（明確小組成員的分工）

3）詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告（分?jǐn)?shù)比例20%），內(nèi)容包括：

①系統(tǒng)與后臺數(shù)據(jù)庫連接的執(zhí)行過程；

②系統(tǒng)各模塊的主要界面和UI接口；

③系統(tǒng)各個模塊的流程圖以及詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程；

④關(guān)鍵問題的解決方案；

⑤總結(jié)系統(tǒng)后續(xù)有待優(yōu)化和改善的方面。

2.3.2 項(xiàng)目成果演示（分?jǐn)?shù)比例40%）

該類別主要考核的方面如下：

1）系統(tǒng)運(yùn)行正確；

2）功能完善：有增、刪、改、查功能，輸入、輸出功能；

3）有基本的統(tǒng)計(jì)、報(bào)表功能；

4）有多表連接查詢、自身連接查詢、字符串匹配查詢、模糊查詢、分組查詢等；

5）工作量飽滿，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的難度；

6）是否符合軟件開發(fā)規(guī)范；

2.3.3 團(tuán)隊(duì)綜合素質(zhì)（分?jǐn)?shù)比例10%）

該類別主要通過系統(tǒng)演示、課題答辯以及團(tuán)隊(duì)的出勤和會議紀(jì)要等信息考核團(tuán)隊(duì)成員的協(xié)同合作的能力，而且，尤其要注意有些同學(xué)過分依賴他人的思想。所以答辯過程中要求每個小組成員都要對自己所做的內(nèi)容進(jìn)行闡述和說明。

3 結(jié)束語

通過一系列的基于CDIO模式課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革，使得每一個同學(xué)都有公平的主動參與的機(jī)會，同學(xué)們從這門課程開始就主動思考項(xiàng)目中各種實(shí)際問題，由“學(xué)中做”轉(zhuǎn)變?yōu)椤白鲋袑W(xué)”，極大發(fā)揮了學(xué)生的積極性和創(chuàng)造力，從而使得數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)取得了非常好的教學(xué)效果。很多同學(xué)都對數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生了濃厚的興趣，而且也有一部分同學(xué)畢業(yè)之后選擇了數(shù)據(jù)庫相關(guān)的行業(yè)。

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