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數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)課程計(jì)算思維能力培養(yǎng)

2013-12-31 00:00:00奎曉燕杜華坤王小玲
計(jì)算機(jī)教育 2013年18期

摘要:從中南大學(xué)需要學(xué)生秒殺才能選中的一門課程“名偵探柯南與化學(xué)探秘”入手,引出計(jì)算思維在當(dāng)今高校教學(xué)方法改革中的重要作用;以數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)課程為例,闡述在具體教學(xué)活動中如何引入計(jì)算思維的理念,如何在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)過程實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的教學(xué)方法,如何根據(jù)講授的具體知識點(diǎn)用連續(xù)的關(guān)聯(lián)性提問來吸引學(xué)生等。

關(guān)鍵詞:計(jì)算思維;教學(xué)方法;教學(xué)模式;創(chuàng)新能力

文章編號:1672-5913(2013)18-0024-03

中圖分類號:G642

1 背景

中南大學(xué)的一門選修課“名偵探柯南與化學(xué)探秘”引起眾多“柯粉”大學(xué)生直呼:“頭一回知道,選課也要秒殺?!遍_設(shè)這門課的徐老師是一名資深“柯粉”、副教授、“海歸”。徐老師按照柯南動漫劇情來安排教學(xué)內(nèi)容,通過集合動漫中出現(xiàn)的化學(xué)元素,如毒素、花粉等來講解其中的化學(xué)原理。在名偵探柯南中,有很多關(guān)于毒藥殺人或傷人的情節(jié)。毒藥的“巧妙”利用甚至能成為殺人兇手不在場的有力證據(jù)。兇手們使用的毒藥也是五花八門,其中,氰化物最常見。什么是氰化鉀的化學(xué)成分?在常溫中氰化鉀是什么樣子?氰化鉀毒性究竟有多強(qiáng)?動漫中利用氰化鉀殺人即可致死的情況是否合理?這些動漫內(nèi)容在課程教學(xué)中都會進(jìn)行探討。如此引人入勝的教學(xué)內(nèi)容和形式,對單一而傳統(tǒng)的教學(xué)模式產(chǎn)生巨大的改革推動力。徐老師把化學(xué)知識與柯南融為一體進(jìn)行講授正是將計(jì)算思維引入教學(xué)過程的新型教學(xué)方法。

2 建立以計(jì)算思維為核心的教學(xué)模式

數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)是高等學(xué)校非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的一門核心基礎(chǔ)課程,如何讓學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí),了解數(shù)據(jù)庫技術(shù)在社會各領(lǐng)域中的作用,掌握基本的數(shù)據(jù)庫知識,學(xué)會分析和使用各種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),掌握數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和維護(hù)等方面的技能,對一名非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說尤為重要。本文以數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)課程為例,闡述計(jì)算思維在當(dāng)今高校教學(xué)方法改革中的重要作用。在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)節(jié)中,一方面應(yīng)教會學(xué)生數(shù)據(jù)庫知識,使學(xué)生能夠正確理解和掌握數(shù)據(jù)庫的基本原理,熟練掌握數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用技能;另一方面,應(yīng)激發(fā)學(xué)生對數(shù)據(jù)庫相關(guān)知識的興趣,培養(yǎng)獨(dú)立探求新方法、新技術(shù)的技能,使學(xué)生成為適應(yīng)能力強(qiáng)、富有創(chuàng)新精神和創(chuàng)造才能的專門人才。

2.1 計(jì)算思維引入教學(xué)過程的意義

美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真教授指出,計(jì)算思維涵蓋了反映計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣泛性的一系列思維活動,是與讀寫能力一樣的人類的基本思維方式。目前,國內(nèi)外計(jì)算機(jī)界、哲學(xué)界、社會學(xué)界的廣大學(xué)者對計(jì)算思維開展了大量的研究與探討,并取得了很多可喜的研究成果。

在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)課程的教學(xué)中引入計(jì)算思維理念,使計(jì)算思維的本質(zhì)貫穿整個教學(xué)過程,并根據(jù)講授的具體知識點(diǎn)適時引入計(jì)算思維思想,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和計(jì)算思維能力,久而久之,教師形成新的教學(xué)思路和行之有效的教學(xué)方法。具體來說,計(jì)算的想法是把復(fù)雜問題分解,把問題簡單化;計(jì)算的方法是選擇一個合適的模型來反映這個問題的相關(guān)方面;計(jì)算的思維是考慮當(dāng)出現(xiàn)問題時如何處理和恢復(fù)等??偟膩碚f,計(jì)算思維是采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄈソ鉀Q問題,并理解人類行為,這是計(jì)算機(jī)科學(xué)中非常重要的一些想法。

2.2 計(jì)算思維引入數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)課程的實(shí)現(xiàn)

在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)課程中引入計(jì)算思維,需要結(jié)合課堂教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)兩個方面。在整個課堂教學(xué)過程中,應(yīng)當(dāng)始終貫穿計(jì)算思維的本質(zhì),即抽象與自動化的思想,并根據(jù)講授的具體知識點(diǎn)適時引入計(jì)算思維中涉及的關(guān)注點(diǎn)、嵌入、保護(hù)、轉(zhuǎn)化、糾錯和恢復(fù)、啟發(fā)式等基本概念和思維方法,引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)會計(jì)算思維的新方法。在實(shí)踐環(huán)節(jié),教師提出問題、給出實(shí)驗(yàn)任務(wù),學(xué)生通過獨(dú)立完成或者小組協(xié)作的方式運(yùn)用計(jì)算思維的系列方法去解決實(shí)際問題,從中探索解決問題的新方法,發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì),達(dá)到更好吸收和鞏固知識,學(xué)會運(yùn)用計(jì)算思維方法的目的。

具體實(shí)現(xiàn)方法包括以下幾個要點(diǎn):

1)知識點(diǎn)穿成線。

在課堂教學(xué)中,教師引入計(jì)算思維時可以把知識點(diǎn)穿成線,結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中很多經(jīng)典的實(shí)例加以分析,促進(jìn)學(xué)生對數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識的理解。例如,以當(dāng)今點(diǎn)擊率頗高的淘寶網(wǎng)、當(dāng)當(dāng)網(wǎng)、京東網(wǎng)、卓越網(wǎng)等多個購物平臺為切入點(diǎn),引入數(shù)據(jù)庫的概念、發(fā)展、特點(diǎn)、重要性、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)抽象、數(shù)據(jù)組織等相關(guān)知識;通過在購物平臺上進(jìn)行關(guān)鍵字搜索來查找購物者需要的信息,適時引入關(guān)系、數(shù)據(jù)表、基本查詢、嵌套查詢、連接查詢、查詢及優(yōu)化、索引、視圖、存儲過程、觸發(fā)器等相關(guān)知識點(diǎn)及其應(yīng)用:通過購物者選中心儀的物品,點(diǎn)擊支付平臺進(jìn)行網(wǎng)上提交訂單和在線付費(fèi)購買的過程,引入數(shù)據(jù)庫的安全機(jī)制、身份驗(yàn)證、登錄管理、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)備份等方面的知識。

2)有條理連續(xù)性的關(guān)聯(lián)性提問。

在實(shí)例介紹中不斷提問學(xué)生:為什么要學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫?數(shù)據(jù)庫可以應(yīng)用在哪些方面?數(shù)據(jù)庫有哪些特點(diǎn)?數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)怎么存儲?數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以什么形式體現(xiàn)給用戶?……通過有條理連續(xù)性的關(guān)聯(lián)性提問,通過對學(xué)生日常接觸使用到的經(jīng)典數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)例的分析幫助學(xué)生從更簡易、更直觀、更生動、更清晰、更透徹的角度學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫知識。學(xué)生通過這種形象直觀的教學(xué)模式能擺脫傳統(tǒng)教學(xué)方法中存在的枯燥性和單一性,更高效快捷地掌握知識本身,同時激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)習(xí)效果。這個過程一方面鍛煉了學(xué)生的思維,另一方面激活了學(xué)生的創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)能力。久而久之,學(xué)生也能從教師采用計(jì)算思維的教學(xué)方法中受到啟發(fā),掌握用計(jì)算思維來思考和解決問題的本領(lǐng)。

例如,在給醫(yī)學(xué)類學(xué)生講授數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)課程時,應(yīng)當(dāng)結(jié)合醫(yī)學(xué)類學(xué)生的特點(diǎn),教師可以在教學(xué)過程中引入貼切生動的例子來向?qū)W生導(dǎo)人計(jì)算思維的觀點(diǎn)。以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時的程序設(shè)計(jì)方法為例,在介紹順序、選擇、循環(huán)等基本控制結(jié)構(gòu)的知識點(diǎn)時,可以結(jié)合醫(yī)學(xué)類學(xué)生的特點(diǎn)告知學(xué)生:病人的個體之間存在很大差異,如何根據(jù)病人的癥狀來對癥下藥,需要醫(yī)生根據(jù)醫(yī)學(xué)知識和臨床經(jīng)驗(yàn)來分析,可以通過計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)方法上IF…THEN,ELSE…等基本控制結(jié)構(gòu)畫出流程圖,通過抽血、拍X片、核磁共振等多種醫(yī)學(xué)輔助手段來確定病人的病情,最后采用最經(jīng)濟(jì)有效的方法來進(jìn)行治療。

3)強(qiáng)化實(shí)踐。

在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)的實(shí)踐環(huán)節(jié)中,重點(diǎn)鍛煉學(xué)生對計(jì)算思維方法的運(yùn)用,引導(dǎo)學(xué)生去探索解決實(shí)際問題的方法。這個過程一方面是對課堂教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充,另一方面能促進(jìn)計(jì)算思維方法更好地得到鞏固和吸收。實(shí)踐環(huán)節(jié)可以采用課堂練習(xí)、小組探討和上機(jī)實(shí)驗(yàn)等多種形式,使學(xué)生參與其中。在課堂講授了相關(guān)知識點(diǎn)和計(jì)算思維方法后,利用事先設(shè)計(jì)好的由淺入深的練習(xí)題讓學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用計(jì)算思維方法去完成;對于復(fù)雜的問題,學(xué)生可劃分小組進(jìn)行探討,闡述自己對問題的認(rèn)識和對知識點(diǎn)的理解,提出解決思路與方法;學(xué)生帶著疑問上機(jī)練習(xí),讓計(jì)算機(jī)給出正確答案;最后,教師再加以分析和總結(jié),進(jìn)一步深化學(xué)生對計(jì)算思維的認(rèn)識和理解。

例如,針對臨床醫(yī)生這個行業(yè)的特殊性,在實(shí)踐教學(xué)中,要用和醫(yī)學(xué)相關(guān)的案例來向?qū)W生介紹各種醫(yī)學(xué)管理系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù),讓學(xué)生從與自身密切相關(guān)、感興趣的平臺上學(xué)會系統(tǒng)開發(fā)的思想和要點(diǎn)。我們采用“醫(yī)學(xué)信息管理系統(tǒng)”“中醫(yī)中藥多媒體應(yīng)用系統(tǒng)”等平臺向?qū)W生介紹數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)知識,這樣能夠充分體現(xiàn)臨床和中醫(yī)藥等的鮮明特色,利用數(shù)字多媒體手段,實(shí)現(xiàn)對醫(yī)學(xué)、中藥、經(jīng)絡(luò)、針灸模型等醫(yī)藥文化符號的形象化表述,從而激發(fā)學(xué)生對醫(yī)藥信息化美好前景的信心和興趣。

4)改革教學(xué)方法。

在具體教學(xué)過程中,由于教學(xué)內(nèi)容較多,教師若不區(qū)分重點(diǎn)而面面俱到地講解,學(xué)生將很難把握課程中的重點(diǎn)。教師可以在課堂教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)中把內(nèi)容歸類,并選取部分內(nèi)容以提出問題作為切入點(diǎn),用討論的形式與學(xué)生同步思考,這樣一來可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,使每位學(xué)生都參與到課堂討論中,形成學(xué)生與教師合作來共同解決實(shí)際問題的良好氛圍。此外,該方法對教師也提出了新的要求,在專業(yè)知識的廣度和深度方面、對教學(xué)的控制以及教學(xué)現(xiàn)場的隨機(jī)應(yīng)變等方面都有較高的要求。

3 結(jié)語

計(jì)算思維正在改變大學(xué)計(jì)算機(jī)教育的傳統(tǒng)教學(xué)模式,成為大學(xué)計(jì)算機(jī)教育的一個新課題。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)課程是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程,這門課程中的許多知識點(diǎn)都為計(jì)算思維提供了很好的詮釋。筆者探討了如何在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)課程教學(xué)中引入計(jì)算思維的理念,并針對醫(yī)學(xué)類學(xué)生的特點(diǎn),重點(diǎn)闡述了如何從課堂教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)兩個方面來培養(yǎng)計(jì)算思維能力,促進(jìn)高校教學(xué)方法改革。

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(編輯:郭田珍)

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