廖湘琳，余曉晗，張所娟，綦秀利，解文彬

（中國人民解放軍陸軍工程大學(xué) 指揮控制工程學(xué)院，江蘇 南京 210007）

1 背 景

隨著信息化建設(shè)步伐的不斷加快，社會對計算機專業(yè)人才的需求與日俱增，其與國家信息化的目標、信息化的進程密切相關(guān)。因而，作為計算機專業(yè)的學(xué)生，僅僅掌握基礎(chǔ)理論知識是遠遠不夠的，更要具備綜合運用能力和創(chuàng)新能力。這些能力的培養(yǎng)，與實驗教學(xué)是密不可分的。近些年來，高校在實驗教學(xué)方面進行了一系列的改革措施，無論是觀念還是各個環(huán)節(jié)，都取得了不少成就，但總的來說，還存在著重理論輕實踐（最終考核仍以理論成績?yōu)橹?，實踐動手能力所占比例偏低）、實驗內(nèi)容單一（驗證性實驗多而探究性實驗少）、課程間無聯(lián)系（各課程改革各自為戰(zhàn)，學(xué)科之間聯(lián)系性不強，沒能充分利用教學(xué)資源）等問題。如何充分利用各種資源，更加注重扎實的工程基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識的培養(yǎng)，突出培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，是急需解決的問題。

2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，重點研究如何對數(shù)據(jù)進行存儲、使用和管理。這門課程教學(xué)內(nèi)容較多，一般先進行理論教學(xué)，再進行實踐教學(xué)。目前實踐教學(xué)內(nèi)容主要圍繞“關(guān)系數(shù)據(jù)庫查詢語言SQL”展開，采用“出題—練習(xí)—講解”的形式，提高語言的學(xué)習(xí)效率。

從目前學(xué)習(xí)效果來看，主要存在以下問題：

（1）課程理論性強，特別是在學(xué)習(xí)規(guī)范化設(shè)計、數(shù)據(jù)組織與存儲、事務(wù)并發(fā)控制、數(shù)據(jù)恢復(fù)等內(nèi)容時，學(xué)生普遍感覺枯燥無味，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣低落。

（2）實驗內(nèi)容單一，大多針對建表、查詢、更新等SQL語言的驗證性實驗，且由于實驗學(xué)時少，導(dǎo)致訓(xùn)練強度不夠，不能很好地完成任務(wù)。

（3）學(xué)到的東西與實際應(yīng)用脫節(jié)，無論是理論課還是實驗課，都局限于數(shù)據(jù)庫本身技術(shù)的學(xué)習(xí)應(yīng)用，學(xué)生不能深刻體會它的真正用處，不能學(xué)以致用，沒有成就感。

（4）在教師出題、學(xué)生解題的模式下，學(xué)生一直處于被動狀態(tài)，沒有充分激發(fā)其積極性、主動性。

（5）考核采取理論考核（卷面成績）和實踐考核（SQL語言掌握情況）的方式，并不能全面考查學(xué)生對課程知識的掌握能力，沒有體現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求。

3 CDIO教學(xué)理念

CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate，構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作）工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果[1-6]，它包括3個核心文件：1個愿景、1個大綱和12條標準。愿景是為學(xué)生提供一個真實的背景環(huán)境，在此環(huán)境中，學(xué)生通過構(gòu)想、設(shè)計、制作、運行的全過程，實現(xiàn)一個真實產(chǎn)品。大綱對學(xué)生提出4個層面的能力要求：在技術(shù)上要求學(xué)生具備復(fù)雜的工程基礎(chǔ)知識；在個人能力上要有成熟的思維；在團隊交流方面要有團隊協(xié)作能力；在CDIO層面要具備從構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)到運作的全過程能力。CDIO的12條標準（以CDIO為基本環(huán)境、學(xué)習(xí)目標、一體化教學(xué)計劃等）是實踐CDIO教學(xué)理念的判定標準，對學(xué)生和教師都具有重要的指導(dǎo)意義。

4 基于CDIO的數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用課程實驗教學(xué)改革

4.1 一體化課程體系構(gòu)建

CDIO的一體化教學(xué)計劃，要求以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為目標，包括專業(yè)能力、分析解決問題的能力、自我學(xué)習(xí)的能力、團隊合作的能力、表達能力等。這些能力的培養(yǎng)，不應(yīng)是獨立分割的，而應(yīng)作為一個整體共同提高。

現(xiàn)有的學(xué)科課程之所以不能全面實現(xiàn)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，主要原因在于缺乏整體化的、綜合性的工作任務(wù)和工作過程，即缺乏“愿景”。各個課程局限于本課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，實驗環(huán)節(jié)更是相互分割、獨立的。比如學(xué)習(xí)大學(xué)計算機基礎(chǔ)，只是讓學(xué)生對計算機有個基本了解；學(xué)習(xí)程序設(shè)計，主要學(xué)習(xí)C語言，實驗課只是基于控制臺的驗證性實驗，例如排序算法的實現(xiàn)；學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用，實踐環(huán)節(jié)重點是練習(xí)SQL語言。學(xué)生學(xué)習(xí)完這些課程，并沒有一個整體的概念，也不確定這些知識具體能應(yīng)用到哪里、解決什么實際問題。為了解決這些問題，必須實施一體化課程體系的構(gòu)建，將孤立的各門課程有機整合，特別是在實驗教學(xué)中加強課程之間的聯(lián)系，在內(nèi)容上尋找課程之間的交叉點，充分利用教學(xué)資源，幫助學(xué)生構(gòu)筑全面知識、提高應(yīng)用能力、增強團隊協(xié)作意識等[7]。以上述3門課程為例，它們看似分離，其實本身具有連貫性，環(huán)環(huán)相扣，一脈相承，因此可設(shè)置統(tǒng)一的目標，以總體培養(yǎng)目標作為引導(dǎo)，以實現(xiàn)一個小型信息系統(tǒng)為牽引，圍繞該系統(tǒng)的實現(xiàn)，合理設(shè)置各門課程的內(nèi)容。具體實踐環(huán)節(jié)中，可在學(xué)完數(shù)據(jù)庫技術(shù)后增設(shè)工程實踐課程，或在數(shù)據(jù)庫課程實踐課中增設(shè)小型信息系統(tǒng)的實現(xiàn)。隨著該系統(tǒng)的實現(xiàn)，3門基礎(chǔ)課程所學(xué)內(nèi)容都得到了應(yīng)用，加深了學(xué)生對理論知識的理解，更重要的是提高了學(xué)生的能力。

4.2 根據(jù)專業(yè)特性，確定課程培養(yǎng)目標

對于數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用這門課程，一般的課程標準要求學(xué)生掌握數(shù)據(jù)庫的基本概念、基本理論和技術(shù)，掌握數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的設(shè)計?？蓪Υ四繕颂岢龈呒壞繕恕ㄟ^該課程的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，能進行簡單數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，具備構(gòu)建小型信息系統(tǒng)的能力。

4.3 實踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

目前大多實驗教學(xué)還停留在驗證性實驗，即學(xué)生依葫蘆畫瓢，通過實驗驗證已學(xué)過的理論知識，即“照方抓藥”模式。這種模式，無法起到培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決問題的能力，因此需要改革實驗教學(xué)內(nèi)容，注重知識培養(yǎng)，更要重視能力的提高。

在實踐內(nèi)容環(huán)節(jié)上，除了基礎(chǔ)性、驗證性實驗外，需要多安排設(shè)計性、綜合性實驗。作為基礎(chǔ)性、驗證性實驗的延深，設(shè)計性和綜合性實驗更關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，可以通過不同層次的實驗體系，實現(xiàn)CDIO大綱中對學(xué)生4個能力培養(yǎng)的要求。

在數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用課程中，可以將實驗內(nèi)容分為多個層次，即在基礎(chǔ)性、驗證性實驗結(jié)束后，鼓勵學(xué)生自選項目、自主設(shè)計、自己動手、自己實現(xiàn)。通過設(shè)計性實驗和綜合性實驗相結(jié)合的方式，達到培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計能力及團體協(xié)調(diào)能力的目的，見表1。另外，還可將實驗內(nèi)容劃分為必做實驗和選做實驗，見表2。這種方式，一方面便于實踐成績的考核，另一方面也可促進學(xué)生達到更高要求。以綜合性實驗——實現(xiàn)“圖書管理系統(tǒng)”為例，可設(shè)置如表2的具體實驗內(nèi)容。

4.4 基于項目的教學(xué)方法

在具體教學(xué)實施過程中，可采取基于項目的教學(xué)方法，即“教、學(xué)、做”一體化。以實現(xiàn)一個真實項目為目標，學(xué)生在這個任務(wù)的驅(qū)動下，充當(dāng)調(diào)查研究者、設(shè)計者、開發(fā)者、應(yīng)用者等多重身份，最終完成項目的制作。在整個項目制作的各個環(huán)節(jié)，不斷提高完善知識和技能以及團隊協(xié)作能力。這種基于項目的教學(xué)方法改變了一直以來學(xué)生被動接受的學(xué)習(xí)方式，在項目的驅(qū)動下，學(xué)生通過獨立主動學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、項目匯報等方式，構(gòu)建自己的知識結(jié)構(gòu)[8-12]。

表1 多層次實驗內(nèi)容

表2 實驗內(nèi)容

通過分析數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用課程的教學(xué)目標，確定以圖書管理系統(tǒng)作為項目目標，可以將數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)的組織與存儲、數(shù)據(jù)安全與數(shù)據(jù)恢復(fù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫標準查詢語言SQL、數(shù)據(jù)訪問技術(shù)等主要章節(jié)知識點內(nèi)容，合理巧妙地穿插在這個綜合項目之中，具體實施步驟見圖1。

圖 1 基于項目的教學(xué)方法

整個實驗以圖書管理系統(tǒng)的實現(xiàn)為引導(dǎo)，其中1、3、4、7為教師參與部分，2、5、6為學(xué)生獨立完成部分。

在實驗課前，教師應(yīng)合理切分圖書管理系統(tǒng)這個綜合項目，切分為一個個子項目，如系統(tǒng)功能設(shè)計、數(shù)據(jù)需求分析設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、界面設(shè)計、數(shù)據(jù)組織與存儲設(shè)計等，同時，應(yīng)對學(xué)生進行合理的分組。單憑一個學(xué)生從頭至尾實現(xiàn)整個案例系統(tǒng)，其難度是很大的，而且獨立工作也無法體現(xiàn)團隊協(xié)作精神。小組協(xié)同工作，可以使小組學(xué)生之間相輔相成、同心并力、共同進步。劃分小組時，可根據(jù)邏輯思維能力、編程能力、口頭表達能力等合理劃分，最好使各小組實力大致均等，從而保證項目順利完成。小組內(nèi)人員的分工，可由小組內(nèi)部自行根據(jù)任務(wù)要求劃分。

教師按案例系統(tǒng)的實現(xiàn)過程，布置子項目要求，如通知各小組設(shè)計圖書管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)物理存儲方式及如何提高數(shù)據(jù)存取的效率。學(xué)生在課前預(yù)習(xí)階段，各小組結(jié)合前期分析的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，自行預(yù)習(xí)理論知識數(shù)據(jù)的組織與存儲等相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合上網(wǎng)查資料、交流等形式，找到解決問題的方法，記錄下解決問題過程中遇到的難點問題。

接下來的課堂上，各小組匯報本組解決問題的方案。在這個過程中，其他小組可提出意見和建議，碰撞出更多的火花。匯報結(jié)束后，教師進一步引導(dǎo)學(xué)生通過對比，探討究竟如何組織數(shù)據(jù)才能有效地提高存取效率，從而引出第四個環(huán)節(jié)——精講引導(dǎo)：數(shù)據(jù)如何進行組織與存儲。

在精講引導(dǎo)環(huán)節(jié)，教師主要歸納總結(jié)理論知識，對學(xué)生掌握的內(nèi)容一帶而過，對重難點問題和學(xué)生在解決問題過程中遇到的疑惑進行精講、細講。

通過討論策略和精講引導(dǎo)環(huán)節(jié)后，各小組進入制作環(huán)節(jié)，即實踐本小組修改后的策略，完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織存儲。該步驟完成后，再次進入下一個子項目的分析、討論、精講、制作，即重復(fù)1—5環(huán)節(jié)。當(dāng)所有子項目完成后，則進入最終的系統(tǒng)演示匯報。各小組展示最終成果——圖書管理系統(tǒng)。當(dāng)然，除了演示系統(tǒng)之外，還要匯報系統(tǒng)總體設(shè)計、詳細設(shè)計、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、遇到的問題、不足等。匯報完畢后，小組對自己的研究過程與成果進行自評、總結(jié)、反思；小組間進行互評；教師進行總結(jié)講評。這些自評、互評、總評的結(jié)果也可以作為實踐成績考核的部分依據(jù)。

4.5 多元考核方式

課程考核方式應(yīng)采用多因子加權(quán)綜合測評法，除了理論考核，還要加大實踐部分的分值。對于實踐成績，不僅要考慮實現(xiàn)結(jié)果，也要注重實現(xiàn)過程。實踐的成績，可以從多方面進行考量。

（1）從完成質(zhì)量上，根據(jù)完成情況、創(chuàng)新性、團隊協(xié)作情況考量。

（2）從完成內(nèi)容上，將項目完成內(nèi)容分為必做和選做，學(xué)生如果只完成必做內(nèi)容只可得到基礎(chǔ)分，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生完成選做部分的情況進行加分。這種方式，也對學(xué)生起到了極大的促進作用。

（3）從項目評價上，可根據(jù)小組自評和小組互評以及教師評價3個方面考量。

同時，若學(xué)生積極參與各類創(chuàng)新競賽，可以在實踐成績適當(dāng)加分，以鼓勵學(xué)生創(chuàng)新。

4.6 多渠道提高學(xué)生實踐能力

僅僅靠有限的課程實驗環(huán)節(jié)還不夠，還需鼓勵學(xué)生參加各類競賽。這些競賽提供了一個平臺，可以使學(xué)生更加深入地關(guān)注社會需求，與社會接軌。同時，通過競賽，可鍛煉學(xué)生各方面的能力，還能培養(yǎng)團隊協(xié)作精神、與人溝通能力。

實踐表明，學(xué)生的實踐項目如果能和實際相結(jié)合，就更能調(diào)動其主動學(xué)習(xí)的積極性。教師可以組織、指導(dǎo)學(xué)生參與真實項目的開發(fā)，這種“實訓(xùn)”教學(xué)，可增加真實感，激發(fā)學(xué)生的斗志，也為學(xué)生今后走向工作崗位做好準備。

學(xué)生之間的幫帶也很重要，除了同年級之間的幫帶，也可嘗試高低年級的互幫作用。比如在完成一個項目過程中，項目小組可以由不同年級的學(xué)生組成，在一體化課程體系的指導(dǎo)下是可行的，每個學(xué)生根據(jù)自己目前所學(xué)知識完成項目中相應(yīng)的部分內(nèi)容，對于知識的掌握、協(xié)同的能力的發(fā)展及共同進步都有益處。

5 結(jié) 語

通過一體化課程體系構(gòu)建、基于項目的教學(xué)方法、實踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計、多元考核方式等多種渠道，筆者進行了基于CDIO的計算機專業(yè)實驗教學(xué)改革，并在實際應(yīng)用中取得了一定的成效。學(xué)生在項目的牽引下，在完成項目的過程中，不僅加深了對基礎(chǔ)知識、基本理論的理解，而且提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新能力，小組之間也互相競爭，爭先恐后，你追我趕，形成了良好的競爭機制，極大地促進了共同進步?；贑DIO的計算機專業(yè)實驗教學(xué)改革，以調(diào)動學(xué)生積極性為核心，以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新精神為目標，關(guān)注提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。當(dāng)然，這種模式，需要學(xué)生在課前和課后花大量時間，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)，另一方面，也對教師的教學(xué)能力提出了更高的要求，需結(jié)合課程和學(xué)生的具體特點，不斷探討實踐。

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