基于計算思維能力培養(yǎng)的數(shù)據(jù)庫系列課程改革.doc

基于計算思維能力培養(yǎng)的數(shù)據(jù)庫系列課程改革 奎曉燕1，杜華坤2，王小玲1 （1.中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙410083；2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南長沙410083） 摘要：計算思維能力是當(dāng)前國內(nèi)外大學(xué)課程建設(shè)和教學(xué)改革的重要內(nèi)容和方向。文章以非計算機專業(yè)數(shù)據(jù)庫系列課程為例，探討如何在教學(xué)過程中培養(yǎng)計算思維能力，同時對改革的重要內(nèi)容即數(shù)據(jù)庫課程群建設(shè)進行分析，闡述如何在數(shù)據(jù)庫系列課程教學(xué)過程和課程群建設(shè)中引入計算思維的思路和方法，為高等學(xué)校教育教學(xué)方法和課程改革提供思路。 關(guān)鍵詞：計算思維；教學(xué)方法；教學(xué)質(zhì)量；課程群建設(shè)；課程改革 基金項目：湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目（湘教通xx247號）；教育部高等學(xué)校文科大學(xué)計算機教學(xué)改革項目（教高文計函xx05號xx-A128）；全國高等院校計算機基礎(chǔ)教育研究會xx年課題（xx45）。 第一作者簡介：奎曉燕，女，副教授，研究方向為計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，xykuicsu.。 0引言 計算思維是由美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真教授在ComputationalThinking中提出來的。周教授認(rèn)為計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為，其根本內(nèi)容是本質(zhì)、抽象和自動化。計算思維涵蓋了反映計算機科學(xué)之廣泛性的一系列思維活動，是與讀寫能力一樣的人類基本思維方式1。目前，國內(nèi)外計算機界學(xué)者對計算思維這一課題進行了大量的研究。研究結(jié)果表明，計算思維不僅反映了計算機及計算機科學(xué)在當(dāng)前社會中重要的新認(rèn)識，也反映了計算機學(xué)科最本質(zhì)的特征和最核心的方法，這在計算機技術(shù)飛速發(fā)展的今天尤為重要2。 1計算思維在數(shù)據(jù)庫系列課程改革中的作用 數(shù)據(jù)庫技術(shù)是信息系統(tǒng)的核心技術(shù)。近年來，數(shù)據(jù)庫技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互滲透、相互促進，已成為當(dāng)今計算機領(lǐng)域發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛的兩大技術(shù)。在數(shù)據(jù)庫系列課程中，教學(xué)方法革新和課程群建設(shè)是課程改革的兩個重要方面。在數(shù)據(jù)庫課程改革中引入計算思維有助于正確理解計算和計算機，可以更好地揭示表象背后的核心問題，揭示不同現(xiàn)象之間的共同本質(zhì)，從而有效提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出時代發(fā)展所需要的高素質(zhì)人才。 在數(shù)據(jù)庫系列課程的教學(xué)過程中引入計算思維的理念，應(yīng)當(dāng)使計算思維的本質(zhì)始終貫穿整個數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)過程，根據(jù)講授的具體知識點適時引入計算思維的思想，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和計算思維能力，久而久之，教師形成新的教學(xué)思路和行之有效的教學(xué)方法。具體來說，計算的想法是把復(fù)雜問題分解，把問題簡單化；計算的方法是選擇一個合適的模型反映這個問題的相關(guān)方面；計算的思維是考慮當(dāng)出現(xiàn)問題時如何恢復(fù)等。總的來說，計算思維是采取適當(dāng)?shù)姆椒ń鉀Q問題并理解人類行為，這是計算機科學(xué)中非常重要的一些想法3。 在數(shù)據(jù)庫系列課程的課程群建設(shè)中引入計算思維，必須先研究課程群各門課程的關(guān)聯(lián)性，通過課程整合刪除重復(fù)過時的內(nèi)容，增加可增強學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力的新內(nèi)容，一方面提高教學(xué)效率，使學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)能吸收更多的知識；另一方面，針對課程群理論與實踐并重的特點，通過引入計算思維更好地訓(xùn)練學(xué)生的思維能力，提高學(xué)生的綜合技能。 2在數(shù)據(jù)庫教學(xué)過程中引入計算思維的方法和步驟 在數(shù)據(jù)庫系列課程的教學(xué)過程中，一方面是理論知識講授，通過教學(xué)幫助學(xué)生正確理解和掌握數(shù)據(jù)庫的基本原理，熟練掌握數(shù)據(jù)庫的設(shè)計方法和應(yīng)用技能；另一方面是通過實踐環(huán)節(jié)激發(fā)學(xué)生對數(shù)據(jù)庫相關(guān)知識的興趣，培養(yǎng)獨立探求新方法、新技術(shù)的技能，使之成為適應(yīng)能力強、有創(chuàng)新精神和創(chuàng)造才能的專門人才。在數(shù)據(jù)庫系列課程的教學(xué)過程中引入計算思維，需要結(jié)合課堂教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)這兩個方面。教師應(yīng)當(dāng)始終將計算思維的本質(zhì)貫穿在課堂教學(xué)中，根據(jù)講授的具體知識點適時引入計算思維中涉及的關(guān)注點、嵌入、保護、轉(zhuǎn)化、糾錯和恢復(fù)、啟發(fā)式等基本概念和思維方法，引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)會計算思維的新方法；在實踐環(huán)節(jié)，教師提出問題、給出實驗任務(wù)，學(xué)生通過獨立完成或者小組協(xié)作的方式運用計算思維的系列方法解決實際問題，從中探索解決問題的新方法，發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)，達(dá)到更好吸收和鞏固知識、學(xué)會運用計算思維方法的目的，最終培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和計算思維，提高其獨立思考、解決問題的技能4。具體實現(xiàn)方法主要包括以下幾方面。 1）整合并精煉教學(xué)內(nèi)容。 由于課程教學(xué)內(nèi)容較多，教師應(yīng)在課堂教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)中將教學(xué)內(nèi)容根據(jù)章節(jié)進行歸類、重新整合，選取重點和難點知識中的典型問題以提問的方式入手，用討論的形式加強互動，啟發(fā)學(xué)生同步思考，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與熱情，形成師生積極互動的良好氛圍，使學(xué)生從被動接受知識變?yōu)橹鲃犹接憜栴}，達(dá)到良好的教學(xué)效果。此外，教師應(yīng)通過對整合性教學(xué)內(nèi)容的分析，建立各相關(guān)知識點與計算思維核心概念之間的關(guān)系和聯(lián)系，在教學(xué)中表述出各知識點對應(yīng)的應(yīng)強化和滲透的計算思維具體核心概念。通過教師整合、分析和精煉教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)可以更高效、主動地掌握更多知識和技能，同時這也有效促進教師不斷地自我學(xué)習(xí)和提高。 2）采用生動具體的實例教學(xué)法。 在教學(xué)過程中，教師以當(dāng)前點擊率頗高的淘寶網(wǎng)、當(dāng)當(dāng)網(wǎng)、京東網(wǎng)等多個購物平臺和銀行數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為切入點，引入數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念以及數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)組織等相關(guān)知識；通過在購物平臺上進行關(guān)鍵詞搜索查找特定信息的過程，引入關(guān)系、數(shù)據(jù)表、查詢、索引、視圖、存儲過程、觸發(fā)器等相關(guān)知識；通過購物者選中物品、點擊支付平臺進行網(wǎng)上提交訂單和在線付費購買的過程，引入數(shù)據(jù)庫的安全機制、身份驗證、登錄和權(quán)限管理、數(shù)據(jù)備份等方面的知識，這樣用學(xué)生熟悉的生活實例引出相關(guān)的數(shù)據(jù)庫知識點，幫助學(xué)生從更簡易、更直觀、更清晰、更生動、更透徹的角度學(xué)習(xí)相關(guān)知識，始終將計算思維的思想貫穿其中，擺脫傳統(tǒng)教學(xué)方法的單一性和枯燥性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果，一方面鍛煉學(xué)生的思維，另一方面激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生掌握用計算思維思考和解決問題的本領(lǐng)。 3）將計算思維融入實踐教學(xué)。 數(shù)據(jù)庫課程實踐環(huán)節(jié)重點鍛煉學(xué)生對計算思維方法的運用能力，引導(dǎo)學(xué)生探索解決實際問題的方法，是對課堂教學(xué)內(nèi)容的補充，促進學(xué)生更好地認(rèn)識和鞏固計算思維的方法。實踐環(huán)節(jié)可以采用課堂練習(xí)、綜合設(shè)計等多種形式；對于單一知識點練習(xí)題可以要求學(xué)生獨立運用計算思維方法完成；對于綜合設(shè)計題，學(xué)生可劃分小組進行探討，各自闡述對問題的認(rèn)識和對知識點的理解，提出解決思路與方法，確定方案，然后上機實踐，讓計算機檢驗思路和方法的正確性。實踐過程將知識作為載體，實現(xiàn)思想和方法的傳授，通過有效使用工具，可以達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果，使得學(xué)生不僅可以掌握數(shù)據(jù)庫相關(guān)的軟硬件工具、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及各類語言，而且通過抽象表示設(shè)計有效的算法，通過程序的實現(xiàn)高效地解決實際問題，真正掌握數(shù)據(jù)庫的相關(guān)知識和技能。 3在數(shù)據(jù)庫課程群建設(shè)中引入計算思維的方法和步驟 數(shù)據(jù)庫課程群建設(shè)中的系列課程均是高校非計算機專業(yè)必修或選修的與數(shù)據(jù)庫相關(guān)的公共基礎(chǔ)課程（數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)等），這些課程涉及全校非計算機專業(yè)的所有學(xué)生。課程群建設(shè)是近年來課程建設(shè)改革的一個發(fā)展趨勢，是針對某一受教育對象將相關(guān)的課程組合在一起，進行整合更新，使課程內(nèi)容更貼近現(xiàn)實需求，提高學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力以及教學(xué)效率和質(zhì)量。 數(shù)據(jù)庫課程群的教學(xué)內(nèi)容是根據(jù)教育部對計算機基礎(chǔ)教學(xué)基本要求設(shè)計的，教學(xué)目標(biāo)是通過課程學(xué)習(xí)幫助學(xué)生了解數(shù)據(jù)庫應(yīng)用領(lǐng)域，掌握基本的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，提高數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)分析、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序設(shè)計和開發(fā)、數(shù)據(jù)庫使用和維護的能力。課程群建設(shè)以教指委提出的“普及計算機文化、訓(xùn)練計算思維、培養(yǎng)信息應(yīng)用能力”為總體目標(biāo)，從培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)、計算機應(yīng)用能力等方面著手，以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算思維為切入點，以應(yīng)用能力為目標(biāo)，構(gòu)造并設(shè)計數(shù)據(jù)庫課程群知識體系及教學(xué)方案，旨在新形勢下進一步提高高校計算機基礎(chǔ)教育的質(zhì)量5。具體實現(xiàn)方法主要包括以下幾方面。 1）以計算思維為切入點。 數(shù)據(jù)庫課程群建設(shè)的實施可采用課程知識體系及教學(xué)內(nèi)容重組與教學(xué)方法推動相結(jié)合的方式，在宏觀上，以計算思維為切入點重組課程知識體系框架；微觀上，參照教學(xué)指導(dǎo)委員會編制的高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求和高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)核心課程教學(xué)實施方案提出的課程基本知識體系和實驗體系，融入最新數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)概念、方法和應(yīng)用，形成數(shù)據(jù)庫課程群建設(shè)的方案。 一個高效的教學(xué)團隊對于強化質(zhì)量意識、深化教學(xué)改革、促進課程群建設(shè)、提高教學(xué)質(zhì)量發(fā)揮著極其重要的作用?；趲熧Y隊伍的現(xiàn)狀，教學(xué)團隊建設(shè)應(yīng)以教學(xué)研究為切入點，以提高隊伍的教學(xué)水平和改善隊伍職稱結(jié)構(gòu)為目的，最終形成穩(wěn)定的、高水平的師資隊伍。團隊中的教師應(yīng)該認(rèn)真學(xué)習(xí)并掌握計算思維的精髓，能夠在教學(xué)過程中引入計算思維，啟發(fā)學(xué)生訓(xùn)練思維能力，用計算思維的方法思考和分析問題，提高學(xué)生對知識的綜合運用能力。 2）采用層次化教學(xué)方法。 教學(xué)方法的研究與實踐在數(shù)據(jù)庫課程群建設(shè)中占據(jù)相當(dāng)重要的地位。教師要改革傳統(tǒng)的以單純的操作、技術(shù)為重點的教學(xué)方式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐运季S能力養(yǎng)成訓(xùn)練、問題求解能力培養(yǎng)、工作實踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)的新型教學(xué)方式，采用層次化教學(xué)方法進行數(shù)據(jù)庫課程群建設(shè)，針對不同層次的課程和不同專業(yè)的學(xué)生采用不同的教學(xué)方法（如圖1所示）。第1層課程采用啟發(fā)式教學(xué)方法，教師用多媒體課件等教具向?qū)W生形象、生動地演示課程重點和難點，通過靈活設(shè)計教學(xué)過程讓學(xué)生積極參與教學(xué)活動，更好地掌握知識；第2層課程采用案例教學(xué)法、講授教學(xué)法、實驗教學(xué)法相結(jié)合的方式；第3層課程采用課題研究教學(xué)法、討論教學(xué)法、指導(dǎo)自學(xué)法相結(jié)合的方式。除此之外，無論是哪一個層次的教學(xué)，都應(yīng)該在整個教學(xué)過程中研究計算思維要素的概念、案例、課題的教授方法，研究如何將隱式計算思維要素與課程內(nèi)容有機結(jié)合并呈現(xiàn)出來，使學(xué)生感受計算思維的科學(xué)性與普適性，從而提高學(xué)生的計算思維能力和科學(xué)素養(yǎng)。 3）科學(xué)制訂課程知識體系。 在數(shù)據(jù)庫課程群建設(shè)中，建立科學(xué)的課程知識體系能大大提高課程群建設(shè)的質(zhì)量和效果。具體來說，一方面要準(zhǔn)確分析計算機公共課的培養(yǎng)目標(biāo)及知識結(jié)構(gòu)要求，在正確認(rèn)識數(shù)據(jù)庫技術(shù)系列課程知識體系特點的基礎(chǔ)上科學(xué)提煉計算機學(xué)科內(nèi)涵；另一方面要及時跟蹤國內(nèi)外計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展和趨勢，不斷根據(jù)大數(shù)據(jù)6、透明計算、云計算、物聯(lián)網(wǎng)7時代的技術(shù)發(fā)展特點修正、更新和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，讓課程知識體系能始終適應(yīng)時代發(fā)展的需求。同時，要以培養(yǎng)計算機應(yīng)用開發(fā)能力為目標(biāo)，以計算思維為切入點，對教學(xué)內(nèi)容進行科學(xué)組織和優(yōu)化；在充分調(diào)研、認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，確定學(xué)生應(yīng)具備的知識結(jié)構(gòu)，明確改革目標(biāo)，提出具體方案并投入課程改革實踐，分析改革效果，進行總結(jié)和推廣研究。這個過程可以反復(fù)交叉進行。改革是無止境的，改革的效果也是相對的，沒有最好，只有更好。教師應(yīng)在實踐中不斷調(diào)整和修正教學(xué)改革方案，建立科學(xué)的課程知識體系。 4結(jié)語 數(shù)據(jù)庫系列課程是高等學(xué)校非計算機專業(yè)中非常重要的公共基礎(chǔ)課8，如何在計算機技術(shù)飛速發(fā)展的背景下更加深入地理解計算機學(xué)科的內(nèi)涵和性質(zhì)，根據(jù)不同專業(yè)、不同年級學(xué)生的特點開展有針對性的教學(xué)，在數(shù)據(jù)庫系列課程教學(xué)和數(shù)據(jù)庫課程群建設(shè)中引入計算思維以有效促進課程改革，是高校計算機基礎(chǔ)課教師應(yīng)重點關(guān)注和思考的問題。筆者闡釋了計算思維在數(shù)據(jù)庫系列課程改革中的作用，介紹了在數(shù)據(jù)庫系列課程教學(xué)過程和在課程群建設(shè)中融入計算思維的方法和步驟，期望通過大膽的探索為培養(yǎng)和提高教師和學(xué)生的計算思維能力打下基礎(chǔ)。 參考文獻： 1周以真.計算思維J.中國計算機學(xué)會通訊，xx(11):11-14. 2李廉.計算思維:概念與挑戰(zhàn)J.中國大學(xué)教學(xué)，xx(1):7-12. 3龔沛森，楊志強.大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的計算思維培養(yǎng)J.中國大學(xué)教學(xué)，xx(5