面向计算思维培养的数据库课程实践教学体系研究

TP311.13-4

一、什么是计算思维

2006年3月，美国卡内基・梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美国计算机权威期刊《Communicationse ACM》杂志上发表并定义了计算思维（Computational Thinking）[1]。计算思维（Computational Thinking）是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为[2]。

计算思维的核心是计算思维方法。但最终，计算思维的根本目的是解决问题，即问题求解系统设计以及人类行为理解。从计算机应用的角度来说，解决问题就是计算机的应用问题，这也就是我们经常所说的计算思维能力。例如，设计一个数据库应用系统、创建一个电子商务网站、制造一个机器人等都是计算机应用问题，是计算思维的目的所在。

要牢固地掌握一种思维方法，紧靠课堂教学很容易使学生陷入似懂非懂、纸上谈兵的境地。而针对数据库课程的特点，加强和提高学生的数据库应用能力则显得尤其重要。所以，在实践教学中应该逐步以培养计算思维为导向，锻炼学生对计算思维方法的运用、探索解决实际问题的过程。这不仅是对课堂教学的补充，也是提高实践能力、积累经验、培养计算思维的必需之策。

二、面向计算思维培养的数据库课程实践教学体系

1.构建多层次的课程实验体系

传统的数据库实验，大多是验证型实验。而当实验手册中的步骤或者命令使用错误的时候，学生往往无所适从，无法解决问题。因为学生已习惯了接受，缺乏基本设计能力和解决问题的能力，这和计算思维培养的导向是相背离的。

在面向计算思维培养的上机实验的设计中，采取循序渐进、由浅入深的思路，通过优化实验内容，构建验证性、设计性、开放性和综合性等多层次的实验体系。

开放性实验，要求学生遵循计算思维规律，自由探索，建立并优化数据模型，引导学生利用 SQL 语言进行数据库编程进行验证，并在计算机上验证正确结果。

验证型实验要求学生模拟教师解决问题的方法完成实验内容，是计算思维方法的模仿；

设计型实验综合运用多种计算思维方法分析问题和解决问题，是计算思维方法的综合运用。

2.基于任务驱动的数据库课程设计

在课程设计环节中，由学生自组小组分工合作。不仅锻炼了学生综合运用所学知识的能力和团队协作精神，更进一步地培养学生发现问题的能力和探索、创新精神，是计算思维方法的拓展和升华。

教师和学生围绕案例和任务开展教学活动。教师的主要工作包括设计任务、呈现问题、辅助任务实施和总结评价，学生通过明确任务，分析问题、共享交流和反思内化等教学活动训练计算思维，培养分析解决问题和实践创新的能力。

计算思维是一种问题求解的思维，问题求解过程分为五个步骤： 呈现问题、分析问题、联系、行为选择和反思检验[3]。而在具体的课程设计环节中，这个问题求解过程可以体现为以下几个阶段。

（1）设计任务，展现问题

教师根据数据库课程特点，运用计算思维的一系列方法设计任务，呈现问题。要求学生在学习数据库设计的同时，以分组协作的方式完成从系统的需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计等设计开发过程，最终实现一个较为完整的反映应用需求的管理信息系统。这种分而治之的策略，将数据库设计分解为若干个简单的问题，再以设计成果的形式要求学生完成课程任务，是计算思维中的关注点分离（ SOC）思维方法[4]的体现。

学生以每组4-6人的形式自由组合，成立协作学习的项目小组，每组选出项目负责人.教师通过展示往届学生的数据库设计作品，向学生提供部分⒖肌N蘼垩生选择什么样的项目，最终的设计目的， 都是通过设计一个相应的数据库应用系统，突出应用系统级的问题求解方式的训练。

（2）明确任务，分析问题

学生在教师的实时指导下，明确任务目标，运用计算思维方法分析问题，通过参考书、网络、实地调研等各种途径进行自主检索、探究，思考解决问题的途径。

（3）任务实施

根据所选项目，各组同学分工协作，定期交流各自完成的情况。对于设计过程中遇到的问题，可以通过组间讨论，或向老师请教，以保证按时完成项目.各组成员在项目负责人的领导下，结合计算思维的系列方法，利用管理信息系统的标准规范进行系统的需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计，同时撰写数据库设计各阶段的技术文档。

在这整个的数据库的各个设计阶段中，体现了各种计算思维方法的综合运用，如抽象方法、折衷方法、保护、冗余、容错、纠错和恢复等方法[5]。学生从课程设计中获得了极大的成就感，有效地将所学的各专业模块的理论知识综合运用到实际中，对已有知识结构进行了拓展性的创新。

（4）总结评价

在课程设计的最后阶段，学生以分组演讲的形式展示本组的项目成果，以答辩的形式接受全班学生及教师所提出的问题，从而对自己的设计进行反思和总结。这种方式可以极大的刺激大多数同学积极思考。并让书本知识在头脑中形成深刻的印象，实现知识的迁移、升华，从而进一步强化所学的知识。

教师应对答辩情况进行点评和打分。通过答辩的方式，培养学生的表达能力和综合素质，也使学生深刻理解计算思维及设计方法。

三、结语

计算思维作为问题求解、系统设计和人类行为理解的一种思维方式已经受到了广泛的关注。通过改革传统的教学模式培养学生具有计算思维能力，已成为现阶段计算机学科核心课程新的教学目标。

参考文献：

[1]陈国良. 计算思维与大学计算机基础教育[R]. 济南： 第六届大学计算机课程报告论坛，2010.

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

[3]陈国良，董荣胜. 计算思维与大学计算机基础教育[J]. 中国大学教学，2011（ 1） ：7 -11.

[4]毛嘉莉，李明东，董文，岳淼. 数据库课程教学中强化计算思维训练的实践探索[J].西华师范大学学报（自然科学版） ，2012（12）：408――411

[5]程春玲，张少娴，陈蕾.基于计算思维能力培养的数据库课程教学研究[J].中国电力教育，2012（8）：81――82，87