胡文瑜 滕秀花 唐鄭熠 林 葵

摘要：分析數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理課程內(nèi)容的特點(diǎn)，提出采用創(chuàng)新的教學(xué)方法，有目的地在預(yù)設(shè)教學(xué)場(chǎng)景中對(duì)學(xué)生的思維活動(dòng)進(jìn)行有效引導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新思維；創(chuàng)新能力培養(yǎng)；數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理；教學(xué)創(chuàng)新

0 引言

創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的核心，大學(xué)教學(xué)應(yīng)培養(yǎng)符合知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代所需的具有創(chuàng)造性思維能力的創(chuàng)新人才，而課程是構(gòu)建創(chuàng)新教育的基石，這就需要教師在課程教學(xué)中注重和實(shí)施對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。培養(yǎng)創(chuàng)新人才要靠具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的教師運(yùn)用創(chuàng)新教育的方法和手段來(lái)實(shí)施。教師要以具體的課程為載體，依據(jù)每門課程教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，將創(chuàng)新教育融入到課程教學(xué)過(guò)程中，在具體教學(xué)內(nèi)容中創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的教學(xué)場(chǎng)景，并有意識(shí)、有目的地實(shí)施創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

教學(xué)實(shí)踐創(chuàng)新的關(guān)鍵在教師，教師教育得法，學(xué)生思維的潛力就能得到發(fā)展。教師應(yīng)采取有效的創(chuàng)新思維訓(xùn)練方法，激發(fā)學(xué)生的好奇心和創(chuàng)新思維潛能，擴(kuò)展學(xué)生的創(chuàng)新思維視角。在進(jìn)行創(chuàng)新思維培養(yǎng)的過(guò)程中，要注重培養(yǎng)學(xué)生以創(chuàng)造性的眼光看待問(wèn)題的能力，尤其注重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)辟蹊徑解決問(wèn)題的能力，要多運(yùn)用質(zhì)疑思維法和發(fā)散思維法。

1 在數(shù)據(jù)庫(kù)原理理論教學(xué)中培養(yǎng)創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理是計(jì)算機(jī)學(xué)科各專業(yè)的核心課程，在專業(yè)教學(xué)中占有重要地位。數(shù)據(jù)庫(kù)原理技術(shù)發(fā)展的過(guò)程本身就是創(chuàng)新思維發(fā)展過(guò)程的完美展現(xiàn)，體現(xiàn)了近現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展的漸進(jìn)性和系統(tǒng)性。數(shù)據(jù)庫(kù)原理有著堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，如集合論和離散數(shù)學(xué)，數(shù)據(jù)庫(kù)原理的學(xué)習(xí)能為學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)夯實(shí)基礎(chǔ)，在各章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)脈絡(luò)中有很多適于創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的案例，能很好地創(chuàng)設(shè)出創(chuàng)新思維培養(yǎng)的氛圍或場(chǎng)景，為學(xué)生具體實(shí)施創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)提供了合適的土壤。

案例教學(xué)1——在數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展這一章中，培養(yǎng)學(xué)生以創(chuàng)造性的眼光看待問(wèn)題的能力。

在數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展這一章中，邏輯數(shù)據(jù)模型是個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)。講授邏輯數(shù)據(jù)模型如何從最初的層次模型，逐漸演化與發(fā)展到關(guān)系模型的教學(xué)過(guò)程，可用于培養(yǎng)學(xué)生以創(chuàng)造性的眼光看待問(wèn)題的能力。層次模型是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型，用樹(shù)形結(jié)構(gòu)來(lái)表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界中許多實(shí)體之間的聯(lián)系本來(lái)就呈現(xiàn)出一種很自然的層次關(guān)系，如企事業(yè)單位的行政管理機(jī)構(gòu)、家族關(guān)系等。這種最初的歸類與概括的方法既自然又符合人類的直觀思維習(xí)慣，但層次數(shù)據(jù)模型只能直接表示實(shí)體之間的一對(duì)多的聯(lián)系?，F(xiàn)實(shí)世界中很多聯(lián)系是非層次性的，如結(jié)點(diǎn)之間具有多對(duì)多聯(lián)系，或者一個(gè)結(jié)點(diǎn)具有多個(gè)雙親等，層次模型只能通過(guò)引入冗余數(shù)據(jù)或創(chuàng)建非自然的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表示這類聯(lián)系。為解決這個(gè)問(wèn)題，引入了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型。基于圖結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀模型能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世界，但是其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于掌握和使用。數(shù)據(jù)庫(kù)之父E.F.Codd能以獨(dú)具匠心的視角看待并解決這個(gè)問(wèn)題，所提出的關(guān)系數(shù)據(jù)模型與既往的模型完全不同，它建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念基礎(chǔ)上，是數(shù)據(jù)庫(kù)理淪中一個(gè)里程碑式的創(chuàng)新突破。由于關(guān)系模型概念單一，無(wú)論實(shí)體還是實(shí)體之間的聯(lián)系都用關(guān)系來(lái)表示，對(duì)數(shù)據(jù)的檢索和更新也是關(guān)系，所以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，用戶易懂易用，數(shù)據(jù)獨(dú)立性更高，安全保密性更好，簡(jiǎn)化了程序員和數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)的工作。E.F.Codd能提出這個(gè)使數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)跨越式發(fā)展的模型，是僅憑對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的簡(jiǎn)單概括或自然思維所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，必須具備創(chuàng)造性的眼光，其創(chuàng)新過(guò)程是一個(gè)高度抽象、歸納、演繹的過(guò)程。

我們通過(guò)邏輯數(shù)據(jù)模型的發(fā)展這一學(xué)習(xí)情景的安排，鼓勵(lì)學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中自己去領(lǐng)會(huì)或發(fā)現(xiàn)事物間的聯(lián)系，有目的地去培養(yǎng)學(xué)生能以卓爾不群的、創(chuàng)造性的眼光看待問(wèn)題的能力。

案例教學(xué)2——在關(guān)系數(shù)據(jù)理論這一章中，培養(yǎng)學(xué)牛的發(fā)散性思維和獨(dú)辟蹊徑解決問(wèn)題的能力。

在關(guān)系數(shù)據(jù)理論這一章中，規(guī)范化理論為數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)提供了理論指南和工具，關(guān)系模式的規(guī)范化過(guò)程是通過(guò)關(guān)系模式的分解來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而有效完備的Armstrong公理系統(tǒng)又是模式分解的理論基礎(chǔ)。為了使讀者能理解后續(xù)內(nèi)容所指，先給出關(guān)系數(shù)據(jù)理論中的兩個(gè)定義和一個(gè)已獲證明的引理。

定義l在關(guān)系模式R中，為F所邏輯蘊(yùn)含的函數(shù)依賴的全體叫做F的閉包（closure），記為F+。

定義2設(shè)F為屬性集U上的一組函數(shù)依賴，，能由F根據(jù)Armstrong公理導(dǎo)出}，稱為屬性集X關(guān)于函數(shù)依賴集F的閉包。

引理1設(shè)F為屬性集U上的一組函數(shù)依賴，X，，X→y能由F根據(jù)Armstrong公理導(dǎo)出的充分必要條件是。

可以說(shuō)，要想證明Armstrong公理系統(tǒng)的完備性和進(jìn)行合理的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，必須計(jì)算閉包F+，但計(jì)算F+是一個(gè)NP完全問(wèn)題。比如，從出發(fā)，至少可以推導(dǎo)出2n個(gè)不同的函數(shù)依賴。教師此時(shí)可以告訴學(xué)生，解決這個(gè)問(wèn)題就像是要移除擋在愚公面前的大山，但又沒(méi)有時(shí)間允許愚公及其子孫慢慢地挖除，至此，關(guān)系數(shù)據(jù)理論的發(fā)展似乎遇到了一個(gè)不可逾越的障礙。但是，只要廣開(kāi)思路，尋求變異，從多方面探索解決問(wèn)題的方法，就會(huì)發(fā)現(xiàn)在引理1的基礎(chǔ)上完全可以解決這個(gè)NP完全問(wèn)題，即將判定X→y是否能由F根據(jù)Armstrong公理導(dǎo)出的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為求、判定Y是否為的子集的問(wèn)題。我們后續(xù)的課程內(nèi)容將會(huì)學(xué)到求XF+的算法很簡(jiǎn)單，有限次循環(huán)就會(huì)終止。

我們?cè)陉P(guān)系數(shù)據(jù)理論這一章的教學(xué)中，運(yùn)用了發(fā)散思維法的教學(xué)方法，所創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)情景適于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維習(xí)慣，引導(dǎo)學(xué)生用不尋常的視角去觀察問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生擴(kuò)展創(chuàng)新思維視角的能力，使他們懂得，遇到困難和障礙時(shí)不要輕言放棄，通過(guò)創(chuàng)造性思維，通常能獨(dú)辟蹊徑地找到解決問(wèn)題的方法。類似的教學(xué)案例還很多，可促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力的發(fā)展。

案例教學(xué)3——在并發(fā)控制這一章中，啟發(fā)并訓(xùn)練學(xué)生分析問(wèn)題和創(chuàng)意解決問(wèn)題的能力

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是允許多個(gè)用戶同時(shí)使用的多用戶系統(tǒng)，為了保證數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)事務(wù)的一致性和隔離性，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)必須提供并發(fā)控制機(jī)制，采用的并發(fā)控制技術(shù)是封鎖，但封鎖的方法可能引起死鎖，所以首先要幫助學(xué)生分析為什么會(huì)產(chǎn)生死鎖。教師不直接告知解決死鎖問(wèn)題的現(xiàn)成方法，而是鼓勵(lì)學(xué)生掩卷思考，組織學(xué)生展開(kāi)討淪，提示他們借鑒操作系統(tǒng)中解決死鎖問(wèn)題的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。學(xué)生提出了各種解決問(wèn)題的方法，有些很有見(jiàn)地，比如，有同學(xué)指出，可以借鑒操作系統(tǒng)的一次封鎖法來(lái)預(yù)防死鎖的產(chǎn)生，所謂一次封鎖法就是要求每個(gè)事務(wù)必須一次將所要使用的數(shù)據(jù)全部加鎖。這個(gè)解決方法雖然可以有效地防止死鎖，但會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)新問(wèn)題：其一，一次就將要用到的全部數(shù)據(jù)加鎖，會(huì)擴(kuò)大封鎖范圍，從而降低系統(tǒng)的并發(fā)度；其二，數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)是變化的，所以事實(shí)上很難事先確定所要封鎖的數(shù)據(jù)對(duì)象，如果將事務(wù)執(zhí)行過(guò)程中要封鎖的數(shù)據(jù)對(duì)象全部加鎖，會(huì)進(jìn)一步降低并發(fā)度。通過(guò)這樣的討論，學(xué)生會(huì)理解操作系統(tǒng)中廣為采用的預(yù)防死鎖策略并不適合數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。此時(shí)教師才將適合數(shù)據(jù)庫(kù)特點(diǎn)的解決死鎖的方法傳授給學(xué)生。當(dāng)然，教學(xué)過(guò)程中教師要充分鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)意思維，教學(xué)方式要幽默詼諧，實(shí)施快樂(lè)教學(xué)法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)熱情和內(nèi)在的學(xué)習(xí)欲望。

我們?cè)诓l(fā)控制這一章節(jié)的教學(xué)中，采用了創(chuàng)意解難的教學(xué)方法，啟發(fā)并訓(xùn)練學(xué)生分析問(wèn)題和創(chuàng)意解決問(wèn)題的能力，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)模仿學(xué)習(xí)，遵循“出現(xiàn)問(wèn)題一分析解決問(wèn)題一出現(xiàn)新問(wèn)題一創(chuàng)意解決新問(wèn)題”這個(gè)思維發(fā)展脈絡(luò)，來(lái)解決難度適中但帶有一定探索性質(zhì)的問(wèn)題，教學(xué)過(guò)程中教師啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)獨(dú)立地去發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題，從而達(dá)到對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維能力訓(xùn)練的教學(xué)目的。

2 在數(shù)據(jù)庫(kù)原理其他教學(xué)活動(dòng)中踐行創(chuàng)新能力培養(yǎng)

除了課堂上的理論教學(xué)，課程的其他教學(xué)活動(dòng)，比如分組討論、課堂提問(wèn)、習(xí)題課和隨堂小測(cè)等環(huán)節(jié)，也要注重營(yíng)造民主平等和開(kāi)放的活動(dòng)氛圍，為學(xué)生的創(chuàng)新活動(dòng)提供良好的心理環(huán)境。比如，在分組討論、課堂提問(wèn)和習(xí)題講評(píng)過(guò)程中，注重指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用系統(tǒng)方法去思考問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)事物之間的多重聯(lián)系，學(xué)會(huì)逆向思考，多路思考，善于聯(lián)想、比較，打破常規(guī)去思考。要積極回應(yīng)并充分鼓勵(lì)學(xué)生的解題思路，正確的要大加鼓勵(lì)和褒獎(jiǎng)，在讓學(xué)生享受到成功解題之快樂(lè)的同時(shí)，適當(dāng)加大問(wèn)題難度，或要求其嘗試更卓越的解題方法，而這一過(guò)程往往是教學(xué)相長(zhǎng)的過(guò)程；對(duì)待錯(cuò)誤的解題方法，要盡可能尋找學(xué)生解題步驟中出現(xiàn)過(guò)的好的思維萌芽并加以鼓勵(lì)，根據(jù)其現(xiàn)有水平，盡可能提示并幫助學(xué)生找到正確的解題路徑，小心呵護(hù)和充分激勵(lì)的效果往往是驚人的。隨堂測(cè)試是運(yùn)用質(zhì)疑思維法的合適場(chǎng)景，要引導(dǎo)學(xué)生正確判斷和合乎邏輯地推理，解題的過(guò)程通常伴隨著分析、歸類、比較、概括的方法；解難題的過(guò)程同樣伴隨著綜合、抽象、歸納、演繹和逆向思考等，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生以靈活多樣的、獨(dú)特的活動(dòng)方式進(jìn)行探索性解題。解題訓(xùn)練有助于培養(yǎng)學(xué)生包括創(chuàng)造力在內(nèi)的各種思維能力，培養(yǎng)他們敏捷、靈活、深刻、獨(dú)創(chuàng)的思維品質(zhì)。此外，在課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系中要適當(dāng)加大創(chuàng)新能力成績(jī)的占比，激勵(lì)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)造性思維與想象力。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，利用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理課程內(nèi)容本身的特點(diǎn)，利用知識(shí)點(diǎn)脈絡(luò)的發(fā)展來(lái)創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的學(xué)習(xí)氛圍，在預(yù)設(shè)的教學(xué)場(chǎng)景中對(duì)學(xué)生的思維活動(dòng)進(jìn)行有效的引導(dǎo)，并通過(guò)運(yùn)用多種有效的思維訓(xùn)練方法，充分激勵(lì)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的求知欲和質(zhì)疑問(wèn)難的熱情，充分刺激學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)并訓(xùn)練其具有透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，采用獨(dú)辟蹊徑的方法解決問(wèn)題的欲望和能力，教會(huì)學(xué)生從知識(shí)學(xué)習(xí)中“學(xué)會(huì)思想”，生成智慧。

總而言之，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)是一個(gè)浸潤(rùn)與養(yǎng)成的過(guò)程，是在知識(shí)傳授的過(guò)程中逐漸滲入到師生的教學(xué)互動(dòng)中而產(chǎn)生的。創(chuàng)新人才培養(yǎng)需要以具體的課程為載體，采用創(chuàng)新的教學(xué)方法和教學(xué)手段，具體落實(shí)到每一門課程、每一堂課、每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)和每一個(gè)教學(xué)活動(dòng)中。