藍雯飛 李子茂

摘? 要： “數(shù)據(jù)庫”是計算機相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程。針對“數(shù)據(jù)庫”課程的教學現(xiàn)狀，以計算思維為切入點，給出了“數(shù)據(jù)庫”教學改革思路。在教學體系的構(gòu)建、教學模式的運用、教學實例的選用等方面，做了較為詳細的討論，提出了實施方案，特別強調(diào)了計算思維能力培養(yǎng)的重要性。實踐結(jié)果表明，教學改革提高了教學效果。

關(guān)鍵詞： 計算思維; 數(shù)據(jù)庫; 教學體系; 教學模式

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2020）11-110-03

Abstract： Database is a basic course of computer related specialties. In view of the current teaching situation of database course， taking computational？thinking as the starting point， this paper gives the teaching reform ideas for database course， makes a detailed discussion on the construction of teaching system， the application of teaching model， the selection of teaching examples， etc.， and puts forward its own implementation plan， in which the importance of computational thinking ability training is especially emphasized. The practice shows that the teaching reform improves the teaching effect.

Key words： computational thinking; database; teaching system; teaching mode

0 引言

“數(shù)據(jù)庫”課程傳統(tǒng)課堂教學模式以層次遞進式講授理論知識、SQL語法細節(jié)，然后通過課后習題和驗證型的實驗進行鞏固。實踐證明：教學效果不夠理想，很多學生在學完了該課后，僅停留在通過期末考試對基礎(chǔ)理論知識的掌握上，學生掌握知識情況有如蜻蜓點水，普遍缺乏對知識的運用能力和創(chuàng)新能力;再有，對數(shù)據(jù)庫設(shè)計有著濃厚興趣的學生而言，不利于激發(fā)他們的學習熱情，不能做到因材施教，不利于培養(yǎng)創(chuàng)新型計算機人才。改革傳統(tǒng)課堂教學模式任重而道遠。

計算思維是指運用計算機科學的基本概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為，并用最有效的辦法實現(xiàn)問題求解[1]。計算思維并不是要人像計算機一樣思維，而是要像計算機專家那樣去思維[2]。計算思維教育不僅可以激勵未來一代人進入計算機科學領(lǐng)域，而且可以讓所有領(lǐng)域的人受益[3]。

本文面向“數(shù)據(jù)庫”課程，就實施計算思維的教學過程、教學內(nèi)容和教學模式做一個較為詳細的討論，希望能與同仁共同探討和交流。

1 教學實施的過程和內(nèi)容

⑴ 分析社會需求，明確課程定位，提出課程改革的目的

“數(shù)據(jù)庫”課程教學普遍注重理論知識的傳授和設(shè)計技能的培養(yǎng)，學生學到的是有關(guān)計算機的一些概念及通用計算手段的應用，但是當今社會處于急需各種創(chuàng)新人才的高科技時代，學生僅僅具備這些能力是不夠的。高速發(fā)展的信息社會要求計算機專業(yè)學生未來應具備的計算能力是掌握可以支持各學科研究創(chuàng)新的新型計算手段并應用計算手段進行各學科的研究與創(chuàng)新。因此，“數(shù)據(jù)庫”課程應定位于以計算思維為核心，以基礎(chǔ)知識為背景，使學生理解典型的計算思維，掌握基于計算技術(shù)的計算機問題求解思路與方法，提高學生的數(shù)據(jù)庫應用能力，培養(yǎng)學生應用計算思維和計算工具去分析與處理專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H問題的能力，為今后的創(chuàng)新活動奠定良好基礎(chǔ)。

⑵ 將計算思維靈活地融入數(shù)據(jù)庫課程的新知識體系

以計算思維能力培養(yǎng)為核心的“數(shù)據(jù)庫”課程教學改革并不意味著一定要將現(xiàn)有的課程教學內(nèi)容“推倒重來”，而是在原有教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上，以計算思維為主線，重新組織教學內(nèi)容，適當增加新的能體現(xiàn)計算思維的知識點，刪除一些陳舊的知識或技術(shù)細節(jié)，適當調(diào)整課程內(nèi)容的結(jié)構(gòu)，最終構(gòu)建一個與計算思維相融合的新的課程知識體系[3]。

① 選擇合適的教材

選擇合適的教材是保證有效教學的重要手段之一。合適的數(shù)據(jù)庫教材應具有較好的知識覆蓋面且難度適中。我們面向的是軟件工程實驗班學生，學生本科畢業(yè)將升到美國威斯康星州立大學繼續(xù)深造攻讀碩士學位，因此我們選擇英文教材，諸如《DATABASE Principles， Programming， and Performance（Second Edition）》、《Database System Concepts （Seventh Edition）》、 《Database System Implementation》等經(jīng)典書籍都適合作為教材。選擇國外經(jīng)典教材，盡可能地保證教學內(nèi)容與國際先進理念接軌，學生在閱讀英文原版教材的同時，參考對應的中譯本來閱讀，以進一步加強學生對所學知識的理解[4]。

② 選取典型的概念，構(gòu)建新的課程知識體系。

在明確課程定位后，我們需確定在課程知識體系中涉及計算思維的哪些概念，然后將知識體系分解為教學單元，研究這些教學單元如何與計算思維的典型特征有機融合。

以“計算思維”為主線，我們將“數(shù)據(jù)庫”課程分為八個教學單元，如表1所示。我們要求在每個教學單元的教學內(nèi)容中，要理清理論知識背后蘊含的計算思維是什么。受篇幅限制，表2僅給出第二單元（關(guān)系代數(shù)——抽象思維）的知識點及其蘊含的計算思維。

我們在2018-2019第一學期，對“數(shù)據(jù)庫”課程進行了教學探索，初步構(gòu)建了基于計算思維的課程知識體系，在實施過程取得了一定的教學效果。接下來，我們將會對該課程繼續(xù)實施教學改革。

⑶ 改革教學方法，促進學生計算思維能力的養(yǎng)成

恰當?shù)慕虒W方法才能展現(xiàn)計算思維的魅力和基本思想方法。過去以講授知識點為主線的教學方法改變?yōu)橐灾v授認識和應用計算機的思維過程為主線，使知識隨著思維的展開而介紹，思維隨著知識的貫通而形成，能力隨著思維的理解而提高，這樣循序漸進地促進學生計算思維能力的養(yǎng)成。

一方面，在課堂教學中采取基于計算思維的探究教學方法。在課堂教學中，我們提出基于計算思維的探究性問題，引導學生運用計算思維的一系列方法，探索、發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)，通過簡化、轉(zhuǎn)換、遞歸、抽象、分解、建模等計算思維的基本方法，將一個復雜問題轉(zhuǎn)換成許多簡單的子問題并構(gòu)建求解模型，進而充分利用計算機的運算能力實現(xiàn)問題求解。當學生掌握這種思維方法以后，我們再啟發(fā)學生運用所學方法自主探究并解決更深層次的問題，從而達到知識鞏固、遷移和內(nèi)化為能力的目的。

另一方面，實驗教學中采取任務驅(qū)動的實驗教學方法。我們只給出實驗任務，要求學生自主完成一個系統(tǒng)或一個解決方案從設(shè)計到實現(xiàn)的全過程。讓學生主動思考，自主梳理知識，構(gòu)建學習模式，規(guī)劃解決方案，運用計算思維的方法自主設(shè)計和獨立完成實驗任務。基于計算思維的任務驅(qū)動實驗教學方法將有利于培養(yǎng)學生自我建構(gòu)知識、計算思維和創(chuàng)新的能力。

⑷ 設(shè)計能夠體現(xiàn)計算思維顯著特征的教學案例

教學案例是教學內(nèi)容的重要載體，如果采用抽象枯燥的理論講解方式，學生將難以理解計算思維的抽象概念，更談不上通過學習培養(yǎng)計算思維能力，因此需要設(shè)計既能體現(xiàn)計算思維特征而且是比較簡潔的教學案例。

比如，在講授第二單元和第三單元時，為了簡化計算思維的概念，又能讓學生較快掌握計算思維，設(shè)計了既易理解又能較好展示計算思維的CAP數(shù)據(jù)庫作為貫穿兩個單元的例子，如圖1所示。

教學實踐表明，正是因為在不同的單元引用了相同的CAP數(shù)據(jù)庫，使得在講授本課程的重點和難點知識時，能夠在較短的時間內(nèi)讓學生掌握其蘊含的計算思維。

⑸ 打破課程間的邊界，“突出計算思維”主線

通過分析和研究，我們不難發(fā)現(xiàn)：相似但不同的課程蘊含著一些相同的計算思維。因此在教學設(shè)計上可以適當復用教學思維和教學案例，達到簡化計算思維教學的目的。

例如，“離散數(shù)學”和“數(shù)據(jù)庫”這二門課程間有部分知識是相關(guān)聯(lián)的，在講解笛卡爾乘積及其計算思維時，就可以都使用CAP數(shù)據(jù)庫作為教學案例。該教學案例既簡單又能很好體現(xiàn)集合思維和運算思維的觀點。

計算機不同的課程中蘊含了許多計算思維，有相同的，也有不同的。我們在研究課程教學過程中，要善于思考和總結(jié)，才能將計算思維理解透徹，真正將課堂教學融入計算思維。

2 教學模式

計算思維僅僅是范疇廣泛的概念[5]，在計算機課程教學中實施基于計算思維的改革，需要我們老師深入理解并應用好計算思維。下面以第二單元和第三單元應用計算思維作為例子，闡述教學實施的基本過程。

我們認為基于計算思維的教學，其主要內(nèi)容就是對問題給出計算機解決方法、步驟或規(guī)范標準，重點告訴學生對同類問題要采用相同的思維過程。

第2單元和第3單元的知識連貫性較大，因此，在教學中要把重點放在第2單元。當學生掌握了第2單元的關(guān)系運算后，以此為基礎(chǔ)，對于第3單元SQL查詢語言的學習，我們將給出不同關(guān)系運算對應的查詢語句如下。

受篇幅限制，其他關(guān)系運算對應的SQL查詢語句略。

當有了上述的對應關(guān)系，不論是哪類查詢問題，要告訴學生先編寫關(guān)系代數(shù)表達式，然后依據(jù)上面的對應規(guī)則，再轉(zhuǎn)換成對應的查詢語句，這個轉(zhuǎn)換是一套“有章可依、有據(jù)可循”的規(guī)范，是最簡單的基于計算思維的步驟和方法，它能讓學生快速理解并掌握第二和第三單元的重要知識。因此對于多么復雜的查詢問題，依據(jù)上面的步驟和方法，也能迎刃而解了。

第二、第三單元是期中考試的重點，表3列出實施教改前和教改后，第二、第三單元測試，及期中考試及格率對比表。

從表3可看出，實施教學改革后學生運用知識去解決問題的能力提高了，對重要知識的掌握情況更好了。

3 結(jié)束語

本文比較詳細地討論了我們在“數(shù)據(jù)庫”課程中實施計算思維教學的一些做法和經(jīng)驗，在一定程度上提高了教學效果，對“數(shù)據(jù)庫”課程教學改革有一定的推動和借鑒意義，希望能與同仁分享與交流。接下來我們將會把計算思維引入到后續(xù)課程的改革中去。

由于是第一次嘗試教學改革，在推行計算思維教學改革過程中，還存在著對部分相關(guān)概念的描述比較抽象，學生一時不能理解透徹等問題，后面我們將會設(shè)計更多的實例，通過實例化教學闡明抽象概念，增強概念的易理解性。

參考文獻（References）：

[1] Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J].Communi-cations of the ACM，2006.49（3）：33-35

[2] 戰(zhàn)德臣，張麗杰.大學計算機——計算思維與信息素養(yǎng)（第3版）[M].電子工業(yè)出版社，2019.

[3] 強小利，藍雯飛.面向計算思維的Java程序設(shè)計課程教學探討[J].計算機時代，2015.11：87-89，92

[4] 藍雯飛，鄭波盡.高級語言程序設(shè)計課程建設(shè)思路[J].計算機教育，2012.6：30-32

[5] 李廉.計算思維——概念與挑戰(zhàn)[J].中國大學教學，2012.1：7-12

[6] Patrick O'Neil， Elizabeth O'Neil. DATABASE Principles，Programming， and Performance[M].2nd Edition.高等教育出版社，2001.