“数据库原理与应用”课程中的PBL教学初探

摘要：理工科非计算机专业的“数据库原理与应用”的教学中，存在基本原理枯燥难懂、实际应用目标不明两大问题。为解决这些问题，本文引入了PBL基于问题的教学法，通过引导学生对相关问题的探索和研究，变学生的被动学习为主动学习，在教学实践中获得了良好的教学效果。

关键词：数据库；PBL；基于问题

中图分类号：G642 文献标识码：B

文章编号：1672-5913 (2007) 24-0046-03

1引言

对于计算机科学与技术专业的本科生，不仅需要深入了解数据库系统的基本理论和核心技术，还必须能够设计和实现大型的数据库应用系统，因此有必要开设一系列的相关课程。例如，清华大学计算机科学与技术系开设的数据库系列课程就覆盖了：数据库设计与应用、数据库系统中的数据存储、数据库系统的核心技术、数据库系统的实现、并行与分布式数据库系统、数据库系统的扩展和前沿研究等多个内容[1]。

而对于其他理工科非计算机专业的学生，我们的要求相对降低：学生不必了解数据库管理系统的底层存储和核心技术，但是需要了解数据库系统的基本原理；同时他们不需要具体了解并行、分布式等数据库系统的扩展和前沿技术，但是对于主流的大型/商用数据库系统，他们需要掌握基本的应用和开发过程。由于教学要求的不同和教学时数的限制，大部分高校为理工科非计算机专业的学生开设了“数据库原理与应用”为必修课程，部分学校还设置了配套的课程设计环节，或者增加了“Access/SQL Server数据库系统应用”为选修课程。

2教学现状与问题

2.1基本要求

“数据库原理与应用”是一门重要的理工专业基础课程，该课程概念性和实践性都很强，注重培养学生应用理论知识解决实际问题的能力，要求学生在掌握基本的数据库原理的同时，能够了解数据库系统的设计开发过程，并学会使用相应的软件工具。

2.2主要内容

该课程的主要教学内容包括基本原理和实际应用两部分。基本原理部分包括：基本概念、系统结构、数据模型、关系数据库、SQL语言、数据建模、数据库设计等内容。虽然教师授课时会根据学生专业、所选教材等不同的情况做一些适当的调整，但是大体内容基本相同。

实际应用部分主要包括数据库建模与设计软件的应用，SQL语言的应用，关系型数据库系统的基本管理和简单数据库应用系统的开发等。但是各学校和专业对相关软件和教材的选择则各有千秋，对系统开发和实现的要求也大不相同。

2.3存在的问题

1) 基本原理部分枯燥难懂

国内经典数据库教材对数据库系统结构、关系模型、规范化理论等基本原理作了准确、深入、详尽的阐述，而这些正是大部分学生感觉最枯燥难懂的一部分，学习兴趣受到了很大的影响。部分教师在授课时会适当减少相关的内容和难度，但是并不能完全解决问题，因为作为数据库基本理论的重要组成，其中任何一部分都不能完全放弃不讲，而蜻蜓点水式的讲授又很难起到作用。

2) 实际应用部分目标不明

国内大部分教材都没有给出数据库应用系统建模、设计和实现的实际应用背景，而且也很少涉及相关软件的基本应用，因此教师的授课缺乏目的性，学生的学习也比较盲目，最后取得的教学效果非常有限。部分教师自行编写了一些相关的课程讲义和实验指导，但是其系统性、通用性等还有待进一步的观察和检验。怎样结合实际，提高学生在数据库系统应用和开发上的实践水平仍然是一个亟待解决的问题。

3PBL教学法的应用

为探索解决“数据库原理与应用”教学中存在的两大问题，我们引入了PBL(Problem Based Learning)教学法。PBL即以问题为导向的学习方法，1969年由美国的神经病学教授Barrows在加拿大的McMaster大学首创。70年代以后，PBL在北美获得了很大的发展，而我国于80年代后期在上海、西安等地的医学院校也引进了PBL教学法。目前，PBL已成为全世界医学院校公认的一种方法，得到了世界医学教育联合会、WHO等国际组织的高度评价。PBL在医学课程教学上的成功经验，使得越来越多的专业领域开始尝试采用这种有效的教学方法。

3.1PBL基本思想与方法

与传统的以学科为基础的教学法有很大不同，PBL 强调以学生的主动学习为主，而不是传统教学中的以教师讲授为主，因此称为学习(Learning)，而不是教学(Teaching)。PBL 将学习与更大的任务或问题挂钩，使学习者投入于问题中；它设计真实性任务，强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中，通过学习者的自主探究和合作来解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力。

典型的PBL教学过程包括问题的定义、解决和迁移三个步骤。首先针对某个教学要点教师给出基本要求，并引导学生将任务领域转化为问题空间，实现对问题的表征和理解；然后指导学生应用随机试误、斜坡攀爬、手段与目的分析等方法探索解决问题的某一条路径；最后学生通过总结和提高，将获得的经验迁移到解决其他更复杂的问题当中[2]。

3.2PBL在理论教学中的应用

针对数据库基本原理部分枯燥难懂的问题，我们对不同的知识点设计了相应的背景问题，并要求学生给出解决的方法，然后通过对各种方法的总结，得出适当的结论，加深了对相关理论的理解，获得了很好的教学效果。

例如，在讲授数据模型和关系模型时，一般的教学思路都是首先阐述数据模型的概念，然后按时间线索列举出层次、网状、关系等常用的数据模型，并分别进行介绍和分析，最后对当前发展最成熟、应用最广泛的关系模型进行更详细的解释。在这整个教学过程中，学生的大脑被大量的概念、复杂的结构所充斥，感觉非常枯燥无味，因而课堂气氛很差，教师的情绪也受到影响，教学效果很不理想。

我们改用PBL教学法，首先给出一个应用背景，如某高校的教学管理部门需要对学生、教师和课程的信息进行管理，然后逐步引导学生对问题进行定义、解决和迁移，具体做法如下：

第一步，问题的定义，引导学生列出需要管理的所有信息，如学生基本情况表，教师基本情况表、课程信息表等，可以利用Excel表格进行处理，并输入少量模拟数据。

第二步，问题的解决，要求学生找出所有信息表之间的关联，并绘制出图形。这一步非常关键，通过教师的引导(例如，如果已经学过计算机网络，可以提醒学生参考局域网的拓扑结构)，从不同的侧重点出发，学生可以给出线性、分层、网络等各类模型。在实际的授课过程中，这个步骤极大的引起了学生的学习兴趣，而教师需要注意的是，不论学生给出怎样匪夷所思、荒诞不经的解决方法，都不能进行否定、嘲笑等负面的评价，要给以正面的肯定，不断提高学生的参与积极性。

第三步，问题的迁移，教师提出对数据的插入、更新和删除等要求，引导学生发现非关系数据模型存在的问题，从而引出了关系模型的概念，并证明了其重要性。在此基础上，教师还可以深入探讨关系模型的优缺点，给出面向对象、分布式等更先进的数据模型，并要求学生课后查询收集相关资料，对数据模型的概念和发展有一个更清晰、全面的认识。

对于数据库系统结构、规范化等理论教学难点，我们都可以改变“提出概念-分析描述-理论总结”的传统教学思路，应用PBL“提出问题-给出解决-总结提高”的教学方法，更好的改善理论教学的效果。

3.3PBL在实践教学中的应用

针对数据库实际应用部分目标不明的问题，我们首先建立了小组学习的模式，这也是PBL的一个重要方法和手段。然后从学生自行选择应用项目入手，要求各小组根据教师的理论授课内容，主动学习相关软件的应用，并进行数据库系统分析、建模、设计和开发的活动。最后各小组将进行公开的汇报和答辩，答辩成绩将计入最终的项目总评成绩。整个过程都是以学生的自主学习为核心，这正是PBL的精髓所在。

我们在开课伊始就提出了问题：各小组都要开发出一个数据库应用系统模型，请开动脑筋、发挥想象，并利用各种渠道，寻找有应用价值或开发兴趣的题目。经过各小组的调研和讨论，给出的题目涉及到社会生产的很多领域，例如：卡拉OK厅的电子点歌系统，园艺公司的进销存系统，大学图书馆的管理系统，珠宝行的客户联络系统等，极大的引起了学生的学习兴趣。

各小组确定项目后，我们开辟了一个网络论坛，要求各小组定期上交项目进展的各类文档和工作会议记录，以便于各小组的相互交流和学习，这其实就是一个很长的问题解决的过程。在整个项目开发的过程中，学生始终处于主动分析、主动思考、主动探索的主体地位，但是教师的引导和督促作用也非常重要，不能将责任全部推给各小组的项目组长。例如，数据库系统的开发涉及到很多软件的选择和应用，包括：数据库设计软件，数据库管理系统软件，高级程序设计语言开发软件等。而除了一、两门程序设计语言之外，大部分学生都没有学习过其他的相关软件，如PowerDesigner、Visio、Access、SQL Server等。由于学生课内学习这些软件的时间非常有限，因此需要利用大量的课外时间进行自学。为了配合系统开发的进展，教师必须指导各小组进行自学时间和开发人员的合理分配，以期在规定的时间内开发出一个较为实用的小型数据库应用系统。

项目截至日期到达后，不论各小组的项目是否开发完毕，都要进行一次公开的汇报答辩，所有学生全部参加，这是问题的迁移。学生对这次答辩的关注度非常大，不仅仅是因为答辩成绩将影响到小组每个人的项目成绩，更重要的是这代表了他们第一次模拟在社会上进行团队工作的成绩。通过对各小组的项目开发结果的比较，以及小组内部人员分工合作成果的总结，每个学生都感觉收获的不仅仅是对课内知识的掌握，还有对团队合作精神的认识和了解，这对他们未来走入社会进行工作是非常有意义的。

4结束语

PBL教学法是一种在国内外大学教育中方兴未艾的建构主义教学模式，各专业领域的教学人员都在积极的进行相关探索，并逐步将其延伸发展成为更多样更典型的应用形式。我们在“数据库原理与应用”的理论教学中，针对学生难以理解的关键知识点虚拟了相应的背景问题，由于每一个背景问题都是一个真实的事例，因此该方法又称为“案例”教学法。而在“数据库原理与应用”的实践教学中，我们针对学生的兴趣点引导学生自主选择和设计、开发数据库应用系统项目，由于在整个过程中，都是以完成待开发项目为最终目的，因此该方法又称为“项目驱动”教学法。不论是案例教学法，还是项目驱动教学法，都是PBL基于问题的教学模式的典型应用。

在探索PBL教学的过程中，我们逐渐意识到，问题的选取和设置是教学的关键。凡是学生在学习过程中，可能遇到的一个或多个知识要点或难点，都可以选取有代表性的问题进行设置，并引导其对问题的试探解决和深入研究。现代心理学认为，一切思维都是从问题开始的。教学应当考虑教学生“如何清楚地思考”，当学生解决了一个代表真实事件的问题时，他们从事的就是一种思维行为。教学要促进学生思维就应当培养学生的问题意识。能够使学生产生问题意识并自主解决问题的教学才是成功的教学[3]。

同时，我们认为对P(Problem，问题)的认识也不能过于狭隘，1988年国际数学教育大会上指出，“问题”是对人具有智力挑战性质的、没有现成的直接方法、程序或算法的待解问题情境[3]，因此问题有多种，而只要能引发学生的求知和探索欲，发挥其主观能动性的疑问或要求，我们都可以称之为“问题”。怎样在教学实践中不断地发现问题、提出问题、解决问题，正是我们各专业领域的教师必须认真面对和思考的一个重要问题。

参考文献

[1] 冯建文. “数据库专题训练”课程简介[J]. 计算机教育，2005，(11)：50-51.

[2] 叶进，张向利，吴Z莉. 基于问题的学习及其教学策略的设计[J]. 计算机教育，2007，(13)：28-30.

[3] 全，龙登丽. 课堂改革：能否基于问题开处方？[J]. 中国教育报，2004年2月28日第3版.

作者简介

曹蕾(1974-)，女，湖南人，博士，讲师，从事计算机专业的教学和科研工作。

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