基于CDIO的數據庫課程教學探索

薛開慶 張濤

摘要：數據庫是計算機相關專業的核心課程之一。本文依據普通高校本科數據庫課程的教學要求，融合CDIO工程教育理念，考慮普通本科學生的特點，通過項目《學生選課系統》貫穿整個教學過程，將數據庫基礎知識、數據庫設計及編程應用有機地聯系起來，對如何培養實用型人才進行了有益的探索。

關鍵詞：CDIO；數據庫；工程教育

Abstract：Database course is one of the core courses in computer and software engineering. According to the requirements of database course，combined with CDIO，considering the characteristics of engineering education，through the project teaching，the basic knowledge，database design and application are organically combined to make a useful exploration on how to cultivate practical talents.

Key words：CDIO；database；engineering education

引言

CDIO（Conceive Design Implement Operate，即構思、設計、實現和運作）是近年來由瑞典查爾姆斯技術學院和美國麻省理工學院等四所大學跨國創立的一種國際工程教育模式，同時成立了以CDIO命名的國際合作組織。CDIO推崇從“做中學”和“基于項目的教育和學習”，簡單講就是“實踐出真知”[1]。CDIO培養大綱強調工科學生的四種能力：基礎知識、個人能力、團隊協作能力和工程系統能力。CDIO模式誕生后，很快得到世界很多工程教育專家的認同，在世界各地工科大學中得到推廣，在這些大學CDIO工程教育實踐也達到了預期的目的，按CDIO模式培養的學生普遍得到企業的歡迎和社會的認可?，F在中國很多工科大學也加入到CDIO大家庭中來，截止2018年3月，中國共有140多所高校加入“CDIO工程教育聯盟”[2]。

根據國務院《關于加快發展現代職業教育的決定》，到2020年，中國要建成具有世界水平的現代職業教育體系，高等職業教育規模將占高等教育一半以上，引導一批普通高校向應用技術類型高校轉型[3]。如何培養具有團隊協作精神、動手能力強、能快速適應企業要求的新型人才？這對于那些對以教學為主、畢業生主要面向就業的普通本科院校來說，是機遇，也是挑戰。因此改革創新現有的教學模式和方法就是其中重要的課題之一。

1 將CDIO引入數據庫教學的必要性

大學數據庫課程一般包括數據庫基本原理、數據設計和系統應用三大部分。原理是基礎，設計關鍵，應用是目的，它們相輔相成，構成一個完整的體系。然而高校數據庫課程教學實際現狀不容樂觀，具體表現如下：

1）教師重理論教學、輕實驗實踐

目前數據庫教材大多以知識體系為序編排，教師著重原理的講解以及具體知識點的介紹，由于課時限制等各種原因，對具體數據庫工具軟件及應用只進行簡單的介紹或者安排學生自學。學生學完整門課程后可能僅僅抓住了一些孤立的知識點，缺乏整體邏輯，不能深入靈活地掌握知識點間的聯系，無法獨立設計一個具體數據庫，即使設計好了一個數據庫，也很難獨立進行編程實現，更不用說對數據庫性能做出評價和部署。

2）學生學習興趣不高、創新能力不強

普通院校很多學生對基本理論的興致不高，對具體應用即使感興趣，因為沒有老師適當指導，掌握得也不牢固。傳統的上述教學過程沒能確立學生是教學活動的主體原則，未能調動學生學習積極性，從課后作業、上機實踐到課程設計，幾乎都是學生個人行為，是被動地完成任務，缺乏思考，缺乏合作，遇到新問題就無從下手。

3）與企業的要求脫節

普通院校畢業生主要面向就業，必須關注相關企業對實用人才的具體需求?，F在企業需求的數據庫人員主要有三類：數據庫管理員、數據庫開發員和數據庫商業智能開發員[4]。數據庫管理員主要實現數據庫的創建、存儲和修改，并保證數據訪問性能和安全性，能備份、恢復、分發、復制、監視、升級數據庫，簡單說就是維護企業數據庫的正常運行。數據庫開發員主要是分析、設計和編程實現數據庫相關的應用系統開發。數據庫商業智能開發員要求掌握數據庫中數據分析、報表、集成等功能，能夠對數據進行挖掘，發現企業關鍵的業務信息和發展趨勢等。數據庫相關領域發展很快，數據挖掘、大數據等領域的研究成果日新月異，對這類人才要求也越來越多。

綜上分析，傳統數據庫教學與企業要求相差甚遠，當然我們不是苛求僅僅通過一兩門課程就讓學生掌握企業需求的所有技術，但企業真實的技術需求對教學來說，特別是對普通院校的教學來說，還是具有實際指導意義的。因此教師應該樹立面向企業需求的教學理念，加強基礎知識、基本原理與應用實例之間的結合。由此可見，CDIO工程教育的理念就可以在數據庫課程的教學中發揮重要的作用。

計算機相關專業培養方案中，數據庫是其中的一門核心課程，與操作系統、數據結構、程序設計、軟件工程等課程關系密切，既有較強的理論性，又具備很強的實踐性。如何針對普通院校自身規律，根據學生特點，使數據庫原理教學更有成效，張元、王雅君等老師做出了有特色的探索和研究[5，6]。本研究以西華大學計算機與軟件工程學院為依托，對普通本科數據庫課程教進行了CDIO理念的改革和實踐。參加教改實驗的有西華大學2014～2015級相關專業的300多名學生，歷經2年。

2 基于CDIO的數據庫教學實踐

2.1 教材選取和知識點的取舍

我們選用的教材是《數據庫系統概論》[7]，它是一本經典教程，其理論性和系統性都較強，但是對普通本科院校的學生來說，內容偏深，偏多，我們基于CDIO的理念，在內容的選擇上做了適當的調整，具體內容和知識點參考表1。

2.2 基于CDIO教學內容和方法

教材內容劃可分成基礎理論、數據庫設計和數據庫應用三大部分。在具體教學活動中，我們通過案例《學生選課系統》將三個部分有機地結合起來。之所以選擇此案例，因為這是學生最熟悉的活動，了解其中的業務流程，容易引導學生思考，可以調動學生積極性，讓其充分參與到整個教學活動中來。

（1）基礎理論部分。重點講授數據庫基本概念和基本原理，如數據、數據庫、數據庫管理系統、數據庫系統等等。數據模型方面著重介紹關系模型，層次模型和網狀模型因為在實際數據庫應用中較少采用，只了解基本概念，而不深入展開。對于學生難以掌握并在實際工作中運用較少的內容，例如關系演算等，也略去不講。在具體講解過程中，融合《學生選課系統》進行分析和舉例。

（2）數據庫設計部分。之所以把這部分相對提前，是基于以下考慮，第一，掌握了基本概念后，學生就能夠理解數據庫設計中的方法；第二，只有理解掌握為什么設計這個數據庫，以及具體數據庫系統中涉及到哪些實體和實體之間的聯系，才能最終通過具體數據庫工具軟件更好地實現這個系統?？梢?，數據庫設計是數據庫基本原理和具體應用之間的橋梁和紐帶。在這一部分，我們讓學生從熟悉的教學活動開始分析，引導學生思考如何逐步來設計數據庫，比如參加教學活動的人有哪些？涉及到哪些事物？這些事物有何特性？ 然后和學生們一起找出其中關鍵的事物（實體），寫出主要的屬性。經過引導，大部分同學都能找出教師、學生和課程等主要的實體。然后進一步分析可以找出系、班級等實體。最后引導學生畫出《學生選課系統》的分E-R圖，如圖1所示。

然后引導學生分析這些實體之間存在什么聯系？具體是1對1，1對多，還是多對多的聯系？提醒學生其中多對多的關系還可能有自己的屬性，就可以畫出《學生選課系統》的總E-R圖，如圖2所示。

最后根據上述E-R圖，引導學生如何把實體轉換成表。具體是實體名轉成表名，屬性轉換成字段，另外特別強調如果是多對多的聯系須要新建一張表來描述這種聯系。通過這種聯系表的建立，可以加深學生對主鍵和外鍵等概念的理解。在這個過程中可以引入范式理論和規范化方法，一般系統中，要求滿足到3NF。

（3）數據庫應用部分。我們選用了企業中使用廣泛的微軟關系型數據庫軟件SQL Server 2012，引導學生建立數據庫，根據圖2中的E-R圖創建學生表、教師表，課程表、選課表、授課表、班級表和院系表等，然后在表中添加適量的數據，然后引導學生學習SQL 中的Select、Insert、Delete和Update等操作，以及索引，數據完整性，數據庫安全性等，因為有了設計部分的基礎，所以學生理解相應的問題就會更加容易和準確，也能在課堂上積極地思考，融入到討論中去。最后讓學生掌握數據庫編程方法（ODBC、JDBC、ADO.NET 等），編寫應用程序實現和數據庫交互數據。

最后，考慮企業對數據庫人員的一些要求，我們增加了數據庫安全相關內容，增加了數據的備份和還原，分離和附加，導入和導出等操作性和實用性很強的內容，以期更加符合企業的需求。具體實驗安排如表2所示。

數據庫課程考核分筆試和實驗項目兩部分，各占50分。為了比較客觀的考查教學效果，我們利用問道網做了數據庫教學的調查問卷[8]，參加調查問卷的共有315人，調查問卷中的一些數據用來與筆試成績和實驗項目成績分別做了相關性分析。問卷中的主要問題、結果/結論如表3所示（為了消除學生顧慮，得到比較客觀的結果，在設計問卷時有意回避了姓名）。與傳統方式相比，我們堅持學生是教學活動的主體這一基本理念，利用CDIO教學模式，充分調動學生積極性和主動性，學習效果較傳統方式更理想，通過課堂觀察，課后了解，網上調查，以及實驗動手能力考察，這種教學方法更適應學生實際，大多數同學都贊同這種教學方法。

3 結語

本文根據普通本科數據庫教學的具體要求，考慮學生特點，融合CDIO教學理念，對數據庫教學方法進行大膽的嘗試，用一個具體項目《學生選課系統》貫穿整個教學活動，把基礎知識、數據庫設計及其應用有機地結合起來，從做中學，充分調動了學生的學習積極性，取得了較為良好的效果，對如何培養數據庫實用型人才進行了有益的探索。

參考文獻：

[1] 查建中.論“做中學”戰略下的CDIO 模式[J].高等工程教育研究，2008（3）：1-6.

[2] 中國CDIO工程教育聯盟網站：http：//www.chinacdio.stu.edu.cn/Detail.aspx？id=105&type=channel.

[3] 教育部. 2020年我國職業教育規模達1.24萬億. http：//gaokao.eol.cn/news/201510/t20151027_1331110. shtml

[4] 微軟公司. SQL Server 2008 數據庫應用開發基礎[M]. 北京：人民郵電出版社，2010.

[5] 王雅君，李勇等.（2018）基于項目驅動的數據庫一體化課程多層遞進式教學實踐研究[J]. 電腦知識與技術，14：122-125.

[6] 張元，韓燮.（2011）基于CDIO的數據庫課程體系改革與實踐[J]. 計算機教育：52-55.

[7] 王珊，薩師煊. 《數據庫系統概論》（第5版）[M]. 北京：高等教育出版社，2014

[8] 薛開慶. 問道網《大學數據庫教學調查》. http：// www.askform.cn/ 103288-161226.aspx

作者簡介：

薛開慶，男，1974年生，四川廣元人，副教授，博士，研究方向為數據庫和復雜網絡研究；張濤，男，1986年生，河南光山人，講師，博士，研究方向是磁共振成像。