高　峰，熊　晶，栗青生

(安陽師范學(xué)院 計算機與信息工程學(xué)院，河南 安陽 455000)

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基于CLT的“數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用”課程教學(xué)應(yīng)用研究

高峰，熊晶，栗青生

(安陽師范學(xué)院 計算機與信息工程學(xué)院，河南 安陽 455000)

[摘要]針對師范院校不同專業(yè)的《數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)實際情況，從學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)出發(fā)，引入認(rèn)知負(fù)荷理論進行課程整合。運用相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)理論，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷狀態(tài)，改變教學(xué)設(shè)計策略，以實現(xiàn)適應(yīng)性教學(xué)。教學(xué)實踐效果表明,認(rèn)知負(fù)荷理論在課程教學(xué)應(yīng)用中的價值突出，同時也為數(shù)據(jù)庫相關(guān)課程改革提供幫助。

[關(guān)鍵詞]認(rèn)知負(fù)荷理論；數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用；適應(yīng)性教學(xué)；課程改革

在高校計算機專業(yè)課程中，隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)的廣泛應(yīng)用，《數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用》課程已成為一門重要的主干課程。學(xué)生通過這門課程的學(xué)習(xí)，要掌握數(shù)據(jù)庫的基本概念、關(guān)系數(shù)據(jù)模型、關(guān)系數(shù)據(jù)理論、數(shù)據(jù)庫設(shè)計等相關(guān)理論，還需從數(shù)據(jù)庫設(shè)計者的角度出發(fā)，研究數(shù)據(jù)存儲及優(yōu)化、事務(wù)管理等知識[1,2]。在課程實踐方面，學(xué)生還要掌握SQL Server或Oracle等大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，能夠結(jié)合C++、Java等前臺高級開發(fā)語言，完成數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)[1,2]。目前，這樣一門理論性強，對工程實踐要求高的課程仍存在課程內(nèi)容滯后于數(shù)據(jù)庫技術(shù)的新思想、新概念和新技術(shù)的情況，存在課程教學(xué)對學(xué)生的培養(yǎng)和社會需求相對脫節(jié)的現(xiàn)象[3]。針對師范院校計算機專業(yè)的特點，尤其從我校不同層次的學(xué)生特點出發(fā)，從學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)分析入手，引入認(rèn)知負(fù)荷理論(Cognitive Load Theory,CLT)，通過教學(xué)設(shè)計，基于降低學(xué)生的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷、外部認(rèn)知負(fù)荷、保持有效關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷及提高學(xué)生的認(rèn)知效率的原則，討論完善《數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用》課程教學(xué)的思路與方法。

1CLT簡介

CLT最早由Sweller等人提出，該理論將認(rèn)知負(fù)荷分為內(nèi)在負(fù)荷、外在負(fù)荷與關(guān)聯(lián)負(fù)荷[4]。內(nèi)在負(fù)荷是指所授問題內(nèi)在的難度，由問題的屬性所決定，與教師的指導(dǎo)方法無關(guān)。外在負(fù)荷是指所授問題的指導(dǎo)過程中所產(chǎn)生的難度，與信息的傳授與指導(dǎo)方法有關(guān)。早期的認(rèn)知負(fù)荷理論關(guān)注的重點是通過改善教學(xué)設(shè)計來降低學(xué)生的外在負(fù)荷。隨后，Sweller 等又提出了關(guān)聯(lián)負(fù)荷。關(guān)聯(lián)負(fù)荷是與認(rèn)知過程、結(jié)構(gòu)構(gòu)建與內(nèi)化相關(guān)的負(fù)荷，關(guān)聯(lián)負(fù)荷的提高有助于促進認(rèn)知結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。由于三種負(fù)荷的總和不能超過工作記憶容量(WMC)[4]，而內(nèi)在負(fù)荷是固定的,所以一個可行的做法是通過減少外在負(fù)荷來增加關(guān)聯(lián)負(fù)荷。良好的教學(xué)設(shè)計會適度增加學(xué)生的關(guān)聯(lián)負(fù)荷，使其在圖式建構(gòu)中投入更多的努力，尋求更好的信息加工策略，從而提升學(xué)習(xí)質(zhì)量[5]。

目前，認(rèn)知負(fù)荷理所公認(rèn)的認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)有自由目標(biāo)效應(yīng)、解答樣例效應(yīng)、完成問題效應(yīng)、通道效應(yīng)、注意分離效應(yīng)、冗余效應(yīng)、想象效應(yīng)、元素關(guān)聯(lián)效應(yīng)、分離關(guān)聯(lián)元素效應(yīng)、專長逆轉(zhuǎn)效應(yīng)、指導(dǎo)漸減效應(yīng)、變式效應(yīng)等12種，它們都與改善學(xué)生的學(xué)習(xí)有關(guān)。合理有效地利用這些認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)就是認(rèn)知負(fù)荷理論在教學(xué)應(yīng)用中的關(guān)鍵。因此，從教學(xué)角度出發(fā)，認(rèn)知負(fù)荷理論的教學(xué)涵義主要是如何把學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷調(diào)整到合適水平，以便學(xué)生合理地利用有限的認(rèn)知資源，達到最佳學(xué)習(xí)效果[6]。

2CLT在課程教學(xué)設(shè)計中的應(yīng)用

在數(shù)據(jù)庫原理課程教學(xué)中，可通過降低外在負(fù)荷提高關(guān)聯(lián)負(fù)荷設(shè)計的情況很多，但其使用也存在一定的限制，其主要限制來源于所授的知識結(jié)構(gòu)本身。例如，數(shù)據(jù)庫的基本概念以陳述性知識為主，內(nèi)在負(fù)荷并不高，但難度更多來自于其巨大的信息量。這類情況不能只減少外在負(fù)荷地簡單處理。另一類情況主要是數(shù)據(jù)庫的實驗、實踐教學(xué)，在傳遞信息量相同的情況下，可有效地降低授課過程的外在負(fù)荷，并增加關(guān)聯(lián)負(fù)荷，為教學(xué)設(shè)計提供新模式。

2.1　學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷狀態(tài)

安陽師范學(xué)院于2001年開始《數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用》課程，目前課程所涉及的專業(yè)包括計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)、軟件工程專業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)等，面向的學(xué)生基本是大二的。通過與學(xué)生交流、課程考試和畢業(yè)設(shè)計，發(fā)現(xiàn)該課程教學(xué)方面在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和課程實踐環(huán)節(jié)不能很好滿足學(xué)生和社會需求?；诖?，我們采用適應(yīng)性教學(xué)，針對傳統(tǒng)教學(xué)以教師為主導(dǎo)，而學(xué)生主體作用卻被極大忽視的現(xiàn)象，首先從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律開始，對不同學(xué)生個體的認(rèn)知規(guī)律調(diào)查研究，了解學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷狀態(tài)，然后開展行之有效的教學(xué)方法。

2.2　內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷在課程設(shè)計中的應(yīng)用

內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷與學(xué)習(xí)者專業(yè)水平和學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜性之間的關(guān)聯(lián)程度有關(guān)。

1.注重學(xué)生的個體差異。在目前我國高等教育體制中，師范院校計算機專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)主要包括一要具有良好的教育理論素質(zhì)和技能，二要具備扎實的學(xué)科專業(yè)知識及較強的實踐能力和創(chuàng)新能力。但受傳統(tǒng)教師教育培養(yǎng)模式的影響，師范院校計算機專業(yè)難免出現(xiàn)重理論教學(xué)，輕實踐技能，重思維能力，輕動手能力的現(xiàn)象。學(xué)生個體差異最重要的體現(xiàn)在心理差異上，對于此類現(xiàn)象造成的心理影響將嚴(yán)重制約計算機專業(yè)課程的教學(xué)，如師范院校女生居多，不少女學(xué)生抱有“女生不適合學(xué)計算機”的片面觀點，這樣的心理狀態(tài)也將極大制約《數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用》這門實踐性較強的課程教學(xué)。為此，我們針對不同專業(yè)的男生和女生，甚至文理不同背景都進行差異化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)計劃制定。如以數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)實踐為例，表1列舉了不同學(xué)生個體的差異化教學(xué)模式設(shè)計。

表1　不同學(xué)生個體的差異化教學(xué)模式設(shè)計

2.課程材料的整合。根據(jù)不同專業(yè)的學(xué)生情況，我們將課程材料分為兩個階段進行整合。首先把課程的知識框架進行高度整合，將整合后的內(nèi)容分為數(shù)據(jù)庫原理、數(shù)據(jù)庫設(shè)計和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用三大知識模塊，同時將各模塊的子模塊的大致內(nèi)容以圖式的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生對課程知識框架有一個整體輪廓的認(rèn)識。從冗余效應(yīng)和指導(dǎo)漸減效應(yīng)來講，本階段呈現(xiàn)的內(nèi)容是由信息組塊壓縮而成，且以圖式的形式出現(xiàn)，會使學(xué)生的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷降低，同時也增加了模塊間的關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。第二階段則按照課程的三大模塊分別展開，使得課程知識的元素增多，但因?qū)W習(xí)記憶有了第一階段的圖式為基礎(chǔ)，整體任務(wù)會被同化，從而將整個課程的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷降低。

2.3　外在認(rèn)知負(fù)荷在課程設(shè)計中的應(yīng)用

課程學(xué)習(xí)材料的組織與呈現(xiàn)是引起外在認(rèn)知負(fù)荷的主要因素，通過優(yōu)化教學(xué)設(shè)計是降低外在認(rèn)知負(fù)荷的有效途徑?；诖?，我們一直在努力完善課程教學(xué)網(wǎng)站設(shè)計，以達到課程輔助教學(xué)的目的，同時起到降低外在認(rèn)知負(fù)荷的作用。具體采取了如下措施。

1.根據(jù)通道效應(yīng)，均衡視覺和聽覺通道。不僅僅在教授的多媒體課件上注重教學(xué)內(nèi)容材料的文字和動畫形式，同時增添小知識單元的微課錄像，讓學(xué)生多角度感受知識的獲取。

2. 結(jié)合自由目標(biāo)效應(yīng)和注重分類效應(yīng)，根據(jù)學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷狀態(tài)，設(shè)計符合學(xué)生心理的知識導(dǎo)航系統(tǒng)，防止學(xué)生迷失于各種鏈接和信息的跳轉(zhuǎn)。

3. 結(jié)合解答樣例效應(yīng)和完成問題效應(yīng)，設(shè)置相關(guān)習(xí)題訓(xùn)練和模擬考試系統(tǒng)，增添真實的課程設(shè)計或?qū)嵺`材料以及各類數(shù)據(jù)庫相關(guān)應(yīng)用的考試、面試等內(nèi)容，通過適度的真實學(xué)習(xí)情境和材料的呈現(xiàn)，有利于學(xué)生將知識和技能向真實世界遷移，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2.4　關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷在課程設(shè)計中的應(yīng)用

關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷對學(xué)習(xí)有促進作用。在不超過認(rèn)知負(fù)荷總量的前提下，教學(xué)設(shè)計應(yīng)盡量提高學(xué)生的關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。因此，利用自由目標(biāo)效應(yīng)，注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。 自由目標(biāo)效應(yīng)認(rèn)為教學(xué)中不設(shè)置明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)或設(shè)置多個學(xué)習(xí)目標(biāo)反而有更好的學(xué)習(xí)效果。數(shù)據(jù)庫是IT的核心，面向不同專業(yè)的學(xué)生及不同的學(xué)生背景，我們倡導(dǎo)學(xué)生將數(shù)據(jù)庫知識和自己的專業(yè)及興趣結(jié)合起來，如在數(shù)據(jù)庫設(shè)計的課程實踐環(huán)節(jié)可充分展現(xiàn)出來。另外，強調(diào)學(xué)生適時歸納學(xué)習(xí)內(nèi)容，并為學(xué)生提供交互平臺，如在教學(xué)網(wǎng)站上增添教學(xué)討論區(qū)，提供設(shè)置教學(xué)專用QQ群及飛信、微信等多種交流方式的應(yīng)用，極大增強了教學(xué)互動的效果。

3結(jié)語

本文從認(rèn)知負(fù)荷理論研究出發(fā)，將其具體應(yīng)用在《數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用》課程教學(xué)中，從近年來的學(xué)生對該課程的評優(yōu)結(jié)果不斷提升的效果來看，在一定程度上提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，也增強了教師教學(xué)的自信。認(rèn)知負(fù)荷理論是一個不斷發(fā)展和豐富的理論，在今后的實際教學(xué)中還需要做進一步的研究和探討。

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[責(zé)任編輯：D]

On the Application of CLT in the Teaching of Database Principles and Applications

GAO Feng, XIONG Jing, LI Qing-sheng

(School of Computer and Information Engineering, Anyang Normal University, Anyang 455000,China)

Abstract:According to the teaching situation of database principle and application course for different majors of normal universities, the cognitive load theory is integrated into the course system from the point of students' cognitive structure. Apply the cognitive load theory to change the teaching design strategy based on the cognitive load status of the students. To realine the adaptine teaching. The practice results show that, the cognitive load theory is very effective for the teaching application and it can also contribute to the teaching reform of database related courses.

Key words:Cognitive Load Theory; database principle and applications; adaptive instruction; curriculum reform

[中圖分類號]G642

[文獻標(biāo)識碼]A

[文章編號]1671-5330(2015)02-0130-03

[作者簡介]高峰(1977-)，男，陜西戶縣人，講師，主要從事數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用研究。

[基金項目]安陽師范學(xué)院軟件工程專業(yè)創(chuàng)新教學(xué)團隊教學(xué)研究項目。

[收稿日期]2015-02-26