基于計算思維能力培養(yǎng)的數據庫系列課程改革.doc

基于計算思維能力培養(yǎng)的數據庫系列課程改革 奎曉燕1，杜華坤2，王小玲1 （1.中南大學信息科學與工程學院，湖南長沙410083；2.中南大學地球科學與信息物理學院，湖南長沙410083） 摘要：計算思維能力是當前國內外大學課程建設和教學改革的重要內容和方向。文章以非計算機專業(yè)數據庫系列課程為例，探討如何在教學過程中培養(yǎng)計算思維能力，同時對改革的重要內容即數據庫課程群建設進行分析，闡述如何在數據庫系列課程教學過程和課程群建設中引入計算思維的思路和方法，為高等學校教育教學方法和課程改革提供思路。 關鍵詞：計算思維；教學方法；教學質量；課程群建設；課程改革 基金項目：湖南省普通高等學校教學改革研究項目（湘教通xx247號）；教育部高等學校文科大學計算機教學改革項目（教高文計函xx05號xx-A128）；全國高等院校計算機基礎教育研究會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絡和數據庫技術，xykuicsu.。 0引言 計算思維是由美國卡內基梅隆大學周以真教授在ComputationalThinking中提出來的。周教授認為計算思維是運用計算機科學的基礎概念求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類的行為，其根本內容是本質、抽象和自動化。計算思維涵蓋了反映計算機科學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，國內外計算機界學者對計算思維這一課題進行了大量的研究。研究結果表明，計算思維不僅反映了計算機及計算機科學在當前社會中重要的新認識，也反映了計算機學科最本質的特征和最核心的方法，這在計算機技術飛速發(fā)展的今天尤為重要2。 1計算思維在數據庫系列課程改革中的作用 數據庫技術是信息系統(tǒng)的核心技術。近年來，數據庫技術和計算機網絡技術相互滲透、相互促進，已成為當今計算機領域發(fā)展迅速、應用廣泛的兩大技術。在數據庫系列課程中，教學方法革新和課程群建設是課程改革的兩個重要方面。在數據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，揭示不同現象之間的共同本質，從而有效提高教學質量，培養(yǎng)出時代發(fā)展所需要的高素質人才。 在數據庫系列課程的教學過程中引入計算思維的理念，應當使計算思維的本質始終貫穿整個數據庫課程教學過程，根據講授的具體知識點適時引入計算思維的思想，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和計算思維能力，久而久之，教師形成新的教學思路和行之有效的教學方法。具體來說，計算的想法是把復雜問題分解，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方面；計算的思維是考慮當出現問題時如何恢復等?？偟膩碚f，計算思維是采取適當的方法解決問題并理解人類行為，這是計算機科學中非常重要的一些想法3。 在數據庫系列課程的課程群建設中引入計算思維，必須先研究課程群各門課程的關聯(lián)性，通過課程整合刪除重復過時的內容，增加可增強學生應用和創(chuàng)新能力的新內容，一方面提高教學效率，使學生在有限的學時內能吸收更多的知識；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練學生的思維能力，提高學生的綜合技能。 2在數據庫教學過程中引入計算思維的方法和步驟 在數據庫系列課程的教學過程中，一方面是理論知識講授，通過教學幫助學生正確理解和掌握數據庫的基本原理，熟練掌握數據庫的設計方法和應用技能；另一方面是通過實踐環(huán)節(jié)激發(fā)學生對數據庫相關知識的興趣，培養(yǎng)獨立探求新方法、新技術的技能，使之成為適應能力強、有創(chuàng)新精神和創(chuàng)造才能的專門人才。在數據庫系列課程的教學過程中引入計算思維，需要結合課堂教學和實踐環(huán)節(jié)這兩個方面。教師應當始終將計算思維的本質貫穿在課堂教學中，根據講授的具體知識點適時引入計算思維中涉及的關注點、嵌入、保護、轉化、糾錯和恢復、啟發(fā)式等基本概念和思維方法，引導學生領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，學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)現問題的本質，達到更好吸收和鞏固知識、學會運用計算思維方法的目的，最終培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和計算思維，提高其獨立思考、解決問題的技能4。具體實現方法主要包括以下幾方面。 1）整合并精煉教學內容。 由于課程教學內容較多，教師應在課堂教學和實踐環(huán)節(jié)中將教學內容根據章節(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)學生同步思考，調動學生的學習積極性和參與熱情，形成師生積極互動的良好氛圍，使學生從被動接受知識變?yōu)橹鲃犹接憜栴}，達到良好的教學效果。此外，教師應通過對整合性教學內容的分析，建立各相關知識點與計算思維核心概念之間的關系和聯(lián)系，在教學中表述出各知識點對應的應強化和滲透的計算思維具體核心概念。通過教師整合、分析和精煉教學內容，學生在有限的學時內可以更高效、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習和提高。 2）采用生動具體的實例教學法。 在教學過程中，教師以當前點擊率頗高的淘寶網、當當網、京東網等多個購物平臺和銀行數據庫管理系統(tǒng)為切入點，引入數據庫的相關概念以及數據存儲、數據模型、數據組織等相關知識；通過在購物平臺上進行關鍵詞搜索查找特定信息的過程，引入關系、數據表、查詢、索引、視圖、存儲過程、觸發(fā)器等相關知識；通過購物者選中物品、點擊支付平臺進行網上提交訂單和在線付費購買的過程，引入數據庫的安全機制、身份驗證、登錄和權限管理、數據備份等方面的知識，這樣用學生熟悉的生活實例引出相關的數據庫知識點，幫助學生從更簡易、更直觀、更清晰、更生動、更透徹的角度學習相關知識，始終將計算思維的思想貫穿其中，擺脫傳統(tǒng)教學方法的單一性和枯燥性，激發(fā)學生的學習興趣，提高學習效果，一方面鍛煉學生的思維，另一方面激發(fā)學生的創(chuàng)造力和學習能力，讓學生掌握用計算思維思考和解決問題的本領。 3）將計算思維融入實踐教學。 數據庫課程實踐環(huán)節(jié)重點鍛煉學生對計算思維方法的運用能力，引導學生探索解決實際問題的方法，是對課堂教學內容的補充，促進學生更好地認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、綜合設計等多種形式；對于單一知識點練習題可以要求學生獨立運用計算思維方法完成；對于綜合設計題，學生可劃分小組進行探討，各自闡述對問題的認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，實現思想和方法的傳授，通過有效使用工具，可以達到事半功倍的教學效果，使得學生不僅可以掌握數據庫相關的軟硬件工具、數據庫系統(tǒng)及各類語言，而且通過抽象表示設計有效的算法，通過程序的實現高效地解決實際問題，真正掌握數據庫的相關知識和技能。 3在數據庫課程群建設中引入計算思維的方法和步驟 數據庫課程群建設中的系列課程均是高校非計算機專業(yè)必修或選修的與數據庫相關的公共基礎課程（數據庫應用基礎、數據庫技術與應用、數據庫系統(tǒng)原理、數據庫應用系統(tǒng)開發(fā)等），這些課程涉及全校非計算機專業(yè)的所有學生。課程群建設是近年來課程建設改革的一個發(fā)展趨勢，是針對某一受教育對象將相關的課程組合在一起，進行整合更新，使課程內容更貼近現實需求，提高學生應用和創(chuàng)新能力以及教學效率和質量。 數據庫課程群的教學內容是根據教育部對計算機基礎教學基本要求設計的，教學目標是通過課程學習幫助學生了解數據庫應用領域，掌握基本的數據庫技術，提高數據庫管理系統(tǒng)分析、數據庫應用程序設計和開發(fā)、數據庫使用和維護的能力。課程群建設以教指委提出的“普及計算機文化、訓練計算思維、培養(yǎng)信息應用能力”為總體目標，從培養(yǎng)學生信息素養(yǎng)、計算機應用能力等方面著手，以數據庫技術為基礎，以計算思維為切入點，以應用能力為目標，構造并設計數據庫課程群知識體系及教學方案，旨在新形勢下進一步提高高校計算機基礎教育的質量5。具體實現方法主要包括以下幾方面。 1）以計算思維為切入點。 數據庫課程群建設的實施可采用課程知識體系及教學內容重組與教學方法推動相結合的方式，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，參照教學指導委員會編制的高等學校計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨計算機基礎課程教學基本要求和高等學校計算機基礎核心課程教學實施方案提出的課程基本知識體系和實驗體系，融入最新數據庫技術、通信技術、網絡技術等相關概念、方法和應用，形成數據庫課程群建設的方案。 一個高效的教學團隊對于強化質量意識、深化教學改革、促進課程群建設、提高教學質量發(fā)揮著極其重要的作用。基于師資隊伍的現狀，教學團隊建設應以教學研究為切入點，以提高隊伍的教學水平和改善隊伍職稱結構為目的，最終形成穩(wěn)定的、高水平的師資隊伍。團隊中的教師應該認真學習并掌握計算思維的精髓，能夠在教學過程中引入計算思維，啟發(fā)學生訓練思維能力，用計算思維的方法思考和分析問題，提高學生對知識的綜合運用能力。 2）采用層次化教學方法。 教學方法的研究與實踐在數據庫課程群建設中占據相當重要的地位。教師要改革傳統(tǒng)的以單純的操作、技術為重點的教學方式，轉變?yōu)橐运季S能力養(yǎng)成訓練、問題求解能力培養(yǎng)、工作實踐能力培養(yǎng)為目標的新型教學方式，采用層次化教學方法進行數據庫課程群建設，針對不同層次的課程和不同專業(yè)的學生采用不同的教學方法（如圖1所示）。第1層課程采用啟發(fā)式教學方法，教師用多媒體課件等教具向學生形象、生動地演示課程重點和難點，通過靈活設計教學過程讓學生積極參與教學活動，更好地掌握知識；第2層課程采用案例教學法、講授教學法、實驗教學法相結合的方式；第3層課程采用課題研究教學法、討論教學法、指導自學法相結合的方式。除此之外，無論是哪一個層次的教學，都應該在整個教學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容有機結合并呈現出來，使學生感受計算思維的科學性與普適性，從而提高學生的計算思維能力和科學素養(yǎng)。 3）科學制訂課程知識體系。 在數據庫課程群建設中，建立科學的課程知識體系能大大提高課程群建設的質量和效果。具體來說，一方面要準確分析計算機公共課的培養(yǎng)目標及知識結構要求，在正確認識數據庫技術系列課程知識體系特點的基礎上科學提煉計算機學科內涵；另一方面要及時跟蹤國內外計算機技術和數據庫技術的發(fā)展和趨勢，不斷根據大數據6、透明計算、云計算、物聯(lián)網7時代的技術發(fā)展特點修正、更新和調整教學內容，讓課程知識體系能始終適應時代發(fā)展的需求。同時，要以培養(yǎng)計算機應用開發(fā)能力為目標，以計算思維為切入點，對教學內容進行科學組織和優(yōu)化；在充分調研、認真分析的基礎上，確定學生應具備的知識結構，明確改革目標，提出具體方案并投入課程改革實踐，分析改革效果，進行總結和推廣研究。這個過程可以反復交叉進行。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。教師應在實踐中不斷調整和修正教學改革方案，建立科學的課程知識體系。 4結語 數據庫系列課程是高等學校非計算機專業(yè)中非常重要的公共基礎課8，如何在計算機技術飛速發(fā)展的背景下更加深入地理解計算機學科的內涵和性質，根據不同專業(yè)、不同年級學生的特點開展有針對性的教學，在數據庫系列課程教學和數據庫課程群建設中引入計算思維以有效促進課程改革，是高校計算機基礎課教師應重點關注和思考的問題。筆者闡釋了計算思維在數據庫系列課程改革中的作用，介紹了在數據庫系列課程教學過程和在課程群建設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)和提高教師和學生的計算思維能力打下基礎。 參考文獻： 1周以真.計算思維J.中國計算機學會通訊，xx(11):11-14. 2李廉.計算思維:概念與挑戰(zhàn)J.中國大學教學，xx(1):7-12. 3龔沛森，楊志強.大學計算機基礎教學中的計算思維培養(yǎng)J.中國大學教學，xx(5