唐琳 肖大薇 李彤

摘要：計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的一種思維方式，涵蓋了計算機科學的一系列思維活動。任務(wù)驅(qū)動是提供體驗實踐的情境和感悟問題的情境，圍繞任務(wù)展開學習的教學模式。在數(shù)據(jù)庫實踐課程的教學過程中采用基于計算思維和任務(wù)驅(qū)動的混合方法的教學模式。通過具體實踐，討論了混合教學模式開展教學活動的實施過程，并對最終的教學效果進行總結(jié)驗證。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫實踐;計算思維;任務(wù)驅(qū)動;混合式教學模式

中圖分類號：G647 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）32-0133-02

計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的一種思維方式，涵蓋了計算機科學的一系列思維活動。任務(wù)驅(qū)動時提供體驗實踐的情境和感悟問題的情境，圍繞任務(wù)展開學習的教學模式。在數(shù)據(jù)庫實踐課程的教學過程中，采用基于計算思維和任務(wù)驅(qū)動的混合學習方法的教學模式。通過具體實踐，討論了混合教學模式開展教學活動的實施過程，并對最終的教學效果進行總結(jié)驗證。

在實際教學過程中，開發(fā)實踐類課程強烈地依賴底層語言基礎(chǔ)，又有不為大家熟悉的思維方式，常常讓老師覺得難教，學生覺得難學。在實踐類課程的學習過程中，學生往往注重語言本身，并不是利用編程語言來解決實際問題，形成了一個教學誤區(qū)。最終并沒有提升學生的創(chuàng)造性思維能力和解決實際問題的動手能力。數(shù)據(jù)庫實踐課程作為數(shù)據(jù)庫原理課程的后繼開發(fā)實踐課程，旨在提升學生對數(shù)據(jù)庫理論知識的理解并提升解決實際問題的思維、能力以及創(chuàng)造性。

當今的社會發(fā)展速度驚人，尤其是物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，計算機行業(yè)的工作方法和工作內(nèi)容發(fā)生了重大的變革。對于軟件專業(yè)的學生來說，在學習過程中單純掌握幾門編程技術(shù)，已遠遠不能適應(yīng)當今社會的需求。因此，教育教學模式亟待改變和創(chuàng)新，計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。任務(wù)驅(qū)動教學，則是培養(yǎng)學生動手實踐能力和創(chuàng)新能力的教學方式。

一、混合教學模式概述

1.計算思維

美國卡內(nèi)基.梅隆大學周以真（Jeannette M.Wing）教授認為，計算思維（Computational Thinking）是人類運用計算機科學的基礎(chǔ)概念求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解行為思維活動，隱含了計算機科學所有范疇。[1]

計算思維的概念主要包括了四個范疇：遞歸思維;抽象和分解任務(wù)或設(shè)計;按照預(yù)防、保護及統(tǒng)御容錯，糾錯的方式;采用啟發(fā)式推理來尋求解答。

2.任務(wù)驅(qū)動

任務(wù)驅(qū)動教學模式是一種有效的、能夠極大拓展學生知識面、能夠?qū)⑺鶎W知識和實踐結(jié)合起來，并且有助于學科教學與信息技術(shù)整合的教學模式。[2]1996年Jane Willis，在《A Framework for Task-Based Learning》中指出基于任務(wù)驅(qū)動的教學模式必須要包括三個階段的任務(wù)：介紹任務(wù)和主題的前任務(wù)階段;執(zhí)行任務(wù)，準備報告，進行報告的實施任務(wù)階段;分析和再練習的后任務(wù)階段。

3.混合教學模式

本文中所指的混合教學模式是基于計算思維和任務(wù)驅(qū)動的教學模式。[3]計算思維是對學生思維的方式和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在課程設(shè)計過程中旨在通過任務(wù)驅(qū)動的方式來進一步培養(yǎng)計算思維意識、培養(yǎng)學生的計算思維能力。任務(wù)驅(qū)動既能夠有效地培養(yǎng)學生實際動手的能力，又能培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。故結(jié)合兩種教學方法，通過在實際的教學過程中實施和實踐，使計算思維成為學生的基本技能，同時提升學生的創(chuàng)新能力。

二、混合教學模式在數(shù)據(jù)庫實踐課程中的實踐

1.混合教學模式下的數(shù)據(jù)庫實踐課程設(shè)計

基于計算思維的課程設(shè)計應(yīng)該培養(yǎng)學生具備認知能力、學習能力和決策能力。在培養(yǎng)計算思維的同時兼顧能力的培養(yǎng)。任務(wù)教學能夠提升學生的學習熱情，并提高學生解決實際問題的動手能力。因此課程的設(shè)計采用計算思維中的抽象和任務(wù)分解的方式，將大項目抽象劃分為若干小項目，基于小項目的任務(wù)驅(qū)動方式設(shè)計開發(fā)，再將每個小項目的成果合并形成最終的應(yīng)用系統(tǒng)。基于計算思維的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程教學采用課堂講授、實踐和討論的形式進行，同時課下輔以課程論壇的方式進行總結(jié)。以足球聯(lián)賽管理系統(tǒng)后臺為例，計算思維在數(shù)據(jù)庫實踐課程中的設(shè)計見圖1：

基于項目的任務(wù)驅(qū)動設(shè)計，在數(shù)據(jù)庫實踐課程上選擇使用了“足球聯(lián)賽管理系統(tǒng)”，并將該系統(tǒng)劃分為后臺和前臺兩個子系統(tǒng)。劃分4-5個同學為一組，來共同協(xié)作完成一個完整的項目。課上的時間來完成后臺管理系統(tǒng)，課后的時間由小組同學合作共同完成前臺系統(tǒng)。每一次課程都包括任務(wù)驅(qū)動教學方法的完整3部分內(nèi)容即任務(wù)介紹、任務(wù)執(zhí)行和任務(wù)總結(jié)。

2.混合教學模式下的數(shù)據(jù)庫實踐課程的實踐

我校的數(shù)據(jù)庫實踐課程共64課時，內(nèi)容劃分為3個部分，即數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)庫開發(fā)、數(shù)據(jù)庫開發(fā)優(yōu)化三部分內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫設(shè)計和構(gòu)建部分，任務(wù)為足球聯(lián)賽管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計和構(gòu)建;數(shù)據(jù)庫開發(fā)部分，任務(wù)為足球聯(lián)賽管理系統(tǒng)開發(fā)實現(xiàn);數(shù)據(jù)庫開發(fā)優(yōu)化部分，任務(wù)為從數(shù)據(jù)庫設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)兩個方面優(yōu)化現(xiàn)有的系統(tǒng)。課程內(nèi)容通過16個專題（每個專題4學時）完成。具體內(nèi)容如表1所示：

表1 數(shù)據(jù)庫實踐課程安排

1.數(shù)據(jù)庫設(shè)計和構(gòu)建 專題一：系統(tǒng)開發(fā)流程及需求分析;

專題二：系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計及ER-模型;

專題三：系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計優(yōu)化即范式化及數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建;

專題四：系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計優(yōu)化即數(shù)據(jù)表約束及視圖;

專題五：數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建評審。

2.數(shù)據(jù)庫開發(fā) 專題六：系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)計SQL語句編寫;

專題七：使用基礎(chǔ)JDBC開發(fā)系統(tǒng)DAO層;

專題八：使用高級JDBC優(yōu)化DAO層;

專題九：用戶登錄模塊完整開發(fā);

專題十：查詢功能模塊完整開發(fā);

專題十一：插入功能模塊完整開發(fā);

專題十二：修改、刪除功能模塊完整開發(fā);

專題十三：系統(tǒng)集成小組模塊及評審。

3.數(shù)據(jù)庫優(yōu)化 專題十四：優(yōu)化系統(tǒng)提升性能即存儲過程的使用;

專題十五：優(yōu)化系統(tǒng)以減少用戶操作即觸發(fā)器和游標的使用。

總結(jié)和答辯 專題十六：進行項目答辯與總結(jié)。

基于混合教學模式的數(shù)據(jù)庫實踐課程，在第一次專題中明確課程的總體目標，即每個小組需要在課程內(nèi)完成足球聯(lián)賽管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計、開發(fā)和優(yōu)化。具體每一個專題中，劃分為4個階段。第一階段：任務(wù)介紹，明確本次專題需要解決的問題;第二階段：小組同學基于該問題討論如何分解任務(wù)，進行任務(wù)分解;并進行實際設(shè)計和開發(fā)實踐活動。第三階段：老師總結(jié)和講解在第二階段比較共性的問題，針對每一小組的問題分別指導(dǎo);第四階段：學生根據(jù)老師的總結(jié)和講解改進本次實踐活動。課程結(jié)束前10分鐘大家進行最終的任務(wù)總結(jié)。完成課下任務(wù)時重復(fù)這一過程，這樣一來可以有意識地通過計算思維更好的去解決預(yù)留任務(wù)。

計算思維的思想和任務(wù)驅(qū)動的教學模式，也通過具體的實踐教學活動展開：

計算思維中的任務(wù)分解是解決復(fù)雜問題十分有效的一種思維方式。例如，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計及ER-模型這一專題中難度較大，學生常會無從下手。這時老師可以借助需求分析中所涉及的多種角色，按角色進行任務(wù)分解，可以啟發(fā)學生將系統(tǒng)參與者劃分為瀏覽人員、工作人員和管理員三種角色，從每一個角色的角度出發(fā)，來分解設(shè)計任務(wù)。然后再合并設(shè)計，從而設(shè)計出完整的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

計算思維中的啟發(fā)式推理，可以通過數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中球員信息這一實例很好的給出。在沒有啟發(fā)式教學的前提下，往往同學會設(shè)計出一個代表球員信息的表格，其中球員所屬球隊則為表格中的一列，這種設(shè)計是一種常見的錯誤，因為學生沒有考慮到球隊進球的信息問題。常見錯誤的數(shù)據(jù)庫邏輯視圖見圖2：

老師可以通過一些日常生活的舉例，常常舉的例子有商品的價格問題，按照學生的一貫思路，會將商品信息設(shè)計為一個表，其中商品價格是表的一列，但實際銷售中促銷打折是比較常見的情況，而日后又恢復(fù)原價。如此一來以前曾經(jīng)銷售過的價格就找到不到了，如果發(fā)生退款、退貨、或者銷售額統(tǒng)計就沒有辦法實現(xiàn)了。通過這種具體實例能夠有效地啟發(fā)學生，構(gòu)建出較為完善合理的數(shù)據(jù)庫。正確的數(shù)據(jù)庫邏輯視圖，見圖3：

任務(wù)驅(qū)動在每次專題中，所有的教學過程都圍繞具體而明確的任務(wù)展開，這樣學生就知道每次專題的具體任務(wù)。例如，優(yōu)化系統(tǒng)以減少用戶操作。在觸發(fā)器和游標的使用這個專題中，學生完成的系統(tǒng)總是需要用戶錄入比賽的每一個進球的詳細信息，還需要錄入每個球隊在每場比賽的進球數(shù)。這樣一來用戶操作復(fù)雜，也容易造成數(shù)據(jù)的不一致性。我們的任務(wù)是要將這樣的用戶操作簡化，同時保證數(shù)據(jù)的一致性。所以在系統(tǒng)中明確提出，本次專題要求用戶僅錄入進球明細，進球總數(shù)不需要用戶操作，由數(shù)據(jù)庫利用觸發(fā)器替代用戶的操作。明確任務(wù)后，學生就會有方向去執(zhí)行任務(wù)。

3.混合教學模式下的數(shù)據(jù)庫實踐課程的教學效果分析

通過課堂教學實踐證明，混合教學模式下的數(shù)據(jù)庫實踐課程有效的將任務(wù)驅(qū)動和計算思維的培養(yǎng)相結(jié)合。其優(yōu)點是通過任務(wù)驅(qū)動將課程任務(wù)從理論概念上升為實際問題的解決，給學生更加具體的目標，激發(fā)學生的學習興趣。通過計算思維使學生在解決問題時，能夠在有意識的科學思維方式下完成，更有利于提升學生解決問題的能力和創(chuàng)新能力。所以采用基于混合式教學模式的教學方法，可以使學生有效地將專業(yè)知識、計算思維結(jié)合起來，切實有效地提高了學生動手解決實際問題的能力以及創(chuàng)新能力。

三、結(jié)束語

教學過程的實踐結(jié)果表明，通過混合式教學模式在數(shù)據(jù)庫實踐教學中的應(yīng)用，能夠促使學生以科學的思想去分析問題，通過切實準確的任務(wù)解決實際問題，進一步提升學生的創(chuàng)造性。計算思維和任務(wù)驅(qū)動的混合式教學模式對新一代的大學生培養(yǎng)提出了新的要求，但僅僅通過一門課程的教學活動，無法完全構(gòu)建計算思惟，我們需要在整個的專業(yè)課程教學體系中貫穿這一思想，從而真正地培養(yǎng)起學生的計算思維和解決實際問題的能力和創(chuàng)造性。

參考文獻：

[1]Jeannette M. Wing.Computational Thinking[J].Communications of ACM，2006，（49）：33-35.

[2]李代勤.任務(wù)驅(qū)動教學模式的探討[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學，2009.

[3]劉君亮.基于計算思維的混合式學習模型研究[D].北京：北京交通大學，2014.

[4]魏來.基于任務(wù)驅(qū)動的學習活動設(shè)計與教學實踐[D].武漢：華中師范大學，2012.

[5]徐迎曉，何文琦，王治珍，等.基于嚴肅優(yōu)秀的計算思維培養(yǎng)[J].計算機教育，2013，（18）：6-8.

（責任編輯：劉翠枝）