韓芳+++吳西燕

TP311.13-4

一、什么是計算思維

2006年3月，美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國計算機權威期刊《Communicationse ACM》雜志上發(fā)表并定義了計算思維（Computational Thinking）[1]。計算思維（Computational Thinking）是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類的行為[2]。

計算思維的核心是計算思維方法。但最終，計算思維的根本目的是解決問題，即問題求解系統(tǒng)設計以及人類行為理解。從計算機應用的角度來說，解決問題就是計算機的應用問題，這也就是我們經(jīng)常所說的計算思維能力。例如，設計一個數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)、創(chuàng)建一個電子商務網(wǎng)站、制造一個機器人等都是計算機應用問題，是計算思維的目的所在。

要牢固地掌握一種思維方法，緊靠課堂教學很容易使學生陷入似懂非懂、紙上談兵的境地。而針對數(shù)據(jù)庫課程的特點，加強和提高學生的數(shù)據(jù)庫應用能力則顯得尤其重要。所以，在實踐教學中應該逐步以培養(yǎng)計算思維為導向，鍛煉學生對計算思維方法的運用、探索解決實際問題的過程。這不僅是對課堂教學的補充，也是提高實踐能力、積累經(jīng)驗、培養(yǎng)計算思維的必需之策。

二、面向計算思維培養(yǎng)的數(shù)據(jù)庫課程實踐教學體系

1.構建多層次的課程實驗體系

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫實驗，大多是驗證型實驗。而當實驗手冊中的步驟或者命令使用錯誤的時候，學生往往無所適從，無法解決問題。因為學生已習慣了接受，缺乏基本設計能力和解決問題的能力，這和計算思維培養(yǎng)的導向是相背離的。

在面向計算思維培養(yǎng)的上機實驗的設計中，采取循序漸進、由淺入深的思路，通過優(yōu)化實驗內容，構建驗證性、設計性、開放性和綜合性等多層次的實驗體系。

開放性實驗，要求學生遵循計算思維規(guī)律，自由探索，建立并優(yōu)化數(shù)據(jù)模型，引導學生利用 SQL 語言進行數(shù)據(jù)庫編程進行驗證，并在計算機上驗證正確結果。

驗證型實驗要求學生模擬教師解決問題的方法完成實驗內容，是計算思維方法的模仿；

設計型實驗綜合運用多種計算思維方法分析問題和解決問題，是計算思維方法的綜合運用。

2.基于任務驅動的數(shù)據(jù)庫課程設計

在課程設計環(huán)節(jié)中，由學生自組小組分工合作。不僅鍛煉了學生綜合運用所學知識的能力和團隊協(xié)作精神，更進一步地培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題的能力和探索、創(chuàng)新精神，是計算思維方法的拓展和升華。

教師和學生圍繞案例和任務開展教學活動。教師的主要工作包括設計任務、呈現(xiàn)問題、輔助任務實施和總結評價，學生通過明確任務，分析問題、共享交流和反思內化等教學活動訓練計算思維，培養(yǎng)分析解決問題和實踐創(chuàng)新的能力。

計算思維是一種問題求解的思維，問題求解過程分為五個步驟： 呈現(xiàn)問題、分析問題、聯(lián)系、行為選擇和反思檢驗[3]。而在具體的課程設計環(huán)節(jié)中，這個問題求解過程可以體現(xiàn)為以下幾個階段。

（1）設計任務，展現(xiàn)問題

教師根據(jù)數(shù)據(jù)庫課程特點，運用計算思維的一系列方法設計任務，呈現(xiàn)問題。要求學生在學習數(shù)據(jù)庫設計的同時，以分組協(xié)作的方式完成從系統(tǒng)的需求分析、概念設計、邏輯設計、物理設計等設計開發(fā)過程，最終實現(xiàn)一個較為完整的反映應用需求的管理信息系統(tǒng)。這種分而治之的策略，將數(shù)據(jù)庫設計分解為若干個簡單的問題，再以設計成果的形式要求學生完成課程任務，是計算思維中的關注點分離（ SOC）思維方法[4]的體現(xiàn)。

學生以每組4-6人的形式自由組合，成立協(xié)作學習的項目小組，每組選出項目負責人.教師通過展示往屆學生的數(shù)據(jù)庫設計作品，向學生提供部分參考。無論學生選擇什么樣的項目，最終的設計目的， 都是通過設計一個相應的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)，突出應用系統(tǒng)級的問題求解方式的訓練。

（2）明確任務，分析問題

學生在教師的實時指導下，明確任務目標，運用計算思維方法分析問題，通過參考書、網(wǎng)絡、實地調研等各種途徑進行自主檢索、探究，思考解決問題的途徑。

（3）任務實施

根據(jù)所選項目，各組同學分工協(xié)作，定期交流各自完成的情況。對于設計過程中遇到的問題，可以通過組間討論，或向老師請教，以保證按時完成項目.各組成員在項目負責人的領導下，結合計算思維的系列方法，利用管理信息系統(tǒng)的標準規(guī)范進行系統(tǒng)的需求分析、概念結構設計、邏輯結構設計、物理結構設計，同時撰寫數(shù)據(jù)庫設計各階段的技術文檔。

在這整個的數(shù)據(jù)庫的各個設計階段中，體現(xiàn)了各種計算思維方法的綜合運用，如抽象方法、折衷方法、保護、冗余、容錯、糾錯和恢復等方法[5]。學生從課程設計中獲得了極大的成就感，有效地將所學的各專業(yè)模塊的理論知識綜合運用到實際中，對已有知識結構進行了拓展性的創(chuàng)新。

（4）總結評價

在課程設計的最后階段，學生以分組演講的形式展示本組的項目成果，以答辯的形式接受全班學生及教師所提出的問題，從而對自己的設計進行反思和總結。這種方式可以極大的刺激大多數(shù)同學積極思考。并讓書本知識在頭腦中形成深刻的印象，實現(xiàn)知識的遷移、升華，從而進一步強化所學的知識。

教師應對答辯情況進行點評和打分。通過答辯的方式，培養(yǎng)學生的表達能力和綜合素質，也使學生深刻理解計算思維及設計方法。

三、結語

計算思維作為問題求解、系統(tǒng)設計和人類行為理解的一種思維方式已經(jīng)受到了廣泛的關注。通過改革傳統(tǒng)的教學模式培養(yǎng)學生具有計算思維能力，已成為現(xiàn)階段計算機學科核心課程新的教學目標。

參考文獻：

[1]陳國良. 計算思維與大學計算機基礎教育[R]. 濟南： 第六屆大學計算機課程報告論壇，2010.

[2] WING J M. Computational Thinking[J]. Communication of the ACM.2006，49（ 3） ：33 -35 .

[3]陳國良，董榮勝. 計算思維與大學計算機基礎教育[J]. 中國大學教學，2011（ 1） ：7 -11.

[4]毛嘉莉，李明東，董文，岳淼. 數(shù)據(jù)庫課程教學中強化計算思維訓練的實踐探索[J].西華師范大學學報（自然科學版） ，2012（12）：408——411

[5]程春玲，張少嫻，陳蕾.基于計算思維能力培養(yǎng)的數(shù)據(jù)庫課程教學研究[J].中國電力教育，2012（8）：81——82，87