数据库原理课程教育模式与CDIO模式分析对比研究

张健沛　徐悦竹　刘杰　杨悦

摘要：对数据库原理课程教育模式中采用项目驱动方式与CDIO模式倡导的基于项目的教育和学习进行对比，通过对比结果指出该课程教育模式为CDIO模式的一个具体实现，说明该课程教育模式可以培养学生的多种能力，完全符合培养学生达到CDIO模式所需要求。

关键词：教育模式；CDIO；数据库设计

0、引言

随着社会信息化程度的发展，数据库技术成为计算机科学技术中发展最快的领域之一，也是应用最广的技术之一。数据库原理作为计算机专业与软件工程专业的专业基础课程，已成为计算机信息系统与应用系统的核心技术和重要基础。

高等院校培养目标是致力于培养学生的综合能力，这就要求在教育过程中关注的不仅仅讲授理论知识，重要的是将一种工作能力传授给学生，使其具有独立或协作完成具体工程项目的技术和能力。因此，从教育工作者的角度来看，高等院校教育目的是非常明确的，就是如何架构这样一种体系，在该体系下能够培养出具有综合能力尤其是工程能力的学生。这个培养目标与当前流行的CDIO模式目标基本相同。在阐述数据库原理课程教学模式基础上，将以数据库设计工作流程为核心的教学模式与CDIO模式进行比较并给出结果。

1、数据库原理教育模式

数据库原理课程主要讲解数据库设计过程中所接触到的各个知识点，课程主要培养目标就是通过该课程的学习，让学生掌握如何从需求分析开始设计合理、完整的数据库系统。包括6个步骤：需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理设计、数据库实施和数据库运行及维护。涉及多方面的内容：数据库的安全性、完整性、并发控制、数据库恢复、数据库规范理论等。文章所讨论的数据库原理课程参照王珊编著数据库系统概论，主要讲解关系数据库设计过程，半结构化数据库和无结构化数据库不是本门课程讨论范围。

数据库设计模型是按照一定执行顺序来完成的数据库设计模型，从而获得与需求分析保持一致的数据库系统。这些步骤涵盖的内容，如需求分析，了解并掌握业务需求，提取所用数据的种类、范围、数量以及它们在业务活动中交流的情况，从而确定用户对数据库系统的使用要求和各种约束条件等，形成用户需求规约。在数据库设计环节中，该步骤是最困难和耗时的。通过对用户需求进行综合归纳，形成独立于具体DBMS的概念模型，将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型，并对其进行优化。在物理设计阶段为逻辑数据模型选取最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）。运用DBMS提供的数据语言、工具及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果，建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。在数据库系统运行过程中需要不断地对其进行评价、调整与修改。

在数据库设计各个阶段要时刻保持与需求分析内容相一致，如果对于本阶段设计结果不满意或者不符合用户的需求，可以重新设计本阶段或回退到上一阶段，乃至最初需求分析阶段。数据库设计是一个迭代过程，不是一蹴而就，而是“反复探寻，逐步求精”的过程。具体设计阶段描述如图1所示。

2、CDIO模式

CDIO创新倡议提供一个教育模式，该模式提供可以培养高度熟悉工程的毕业生以满足用工单位需求的教育框架。这里的字母CDIO代表构思（Conceive）一设计（Design）一实施（Implement）一运行（Operate），将对应所提到的4个阶段。该举措旨在强调根据一个产品的生命周期，为学生提供工程基础教育。CDIO模式适用于构建本科生的工程类课程的体系结构。让学生学会遵循同样的阶段，即构思、设计、实施和运行解决实际问题和完成项目要求。为了提高理工科学生的教学质量，CDIO尤其提倡在4个方面进行重点关注：（1）增加主动性和动手实践机会；（2）重点问题的规划和解决方案的确定；（3）深入探讨工程技术的基本概念；（4）创新方式的反馈收集。

CDIO模式目标是导向式，即教育学生在开始任何项目之前都要首先明确基于项目的学习目标和期望的学习成果。CDIO模式还促进课程改革，包括设计和建造项目，来协调和联系其他学科的跨学科的工程课程。它致力于营造具有挑战性的经历，让学生设计、建造和经营产品体系。此外，由于创新的教学风格，主动性教学替代了传统教学评估，在CDIO模式中已经包括了评估环节，可以针对个别学生的学习或者教师的教学质量以及CDIO拟需改进方面进行评估。CDIO模式是开放的体系结构，提供适合任何高等院校工程类教育的工程计划。

3、数据库原理教育模式与CDIO模式比较

上文给出数据库设计的基本阶段和工作流程，针对数据库设计来说，可以看出作为一个具有整体特征的项目设计，这与CDIO模式的要求相符合。在数据库设计几个步骤中，我们选取典型4个环节，来分析数据库原理教育模式和CDIO模式的培养目标，详见表1。

由于数据库原理课程涉及整个数据库设计的各个环节，因此课程自成体系，在课程讲授过程中，可以采用项目驱动式教学方式所得效果与CDIO教育模式培养学生能力的目标相符合。同时，也可以说明数据库原理教育模式是CDIO模式在课程教学过程中的具体实现，该教育模式能够将CDIO模式核心特征进行展现，并完成学生多种能力的培养目标。

4、案例说明

本案例是基于本科生数据库原理课程实际教学模式进行的，该课程是计算机学院计算机科学与技术专业的专业基础课，课程学时为48学时，其中32学时为理论环节，16学时为实践环节。在课程中将项目作为驱动，即以实现一个图书管理信息系统的数据库设计为目标，让学生根据所学知识点逐一完成其设计内容。例如，在图书管理信息系统中要求具有管理员权限的管理人员才可以对于数据库中的图书信息进行更新操作，而普通用户仅仅能够进行查询操作。这就需要利用教材中第4章数据库安全性的知识点，可以通过设定用户表或数据库的操作权限来完成，同时将这样的操作权限授权给相应的用户。新注册的学生用户初始默认权限为普通用户，可以进行查询图书信息操作。

在实践环节，将学生进行分组，分组目的是在培养学生个人能力的同时培养学生的团队协作能力。学生分组与分工结构如图2所示。这里需要说明，每个学生至少担当一项具体操作任务。通过这样的实践环节培养，可以训练学生的知识运用能力、人际交流能力以及对大项目的掌握、运行和调控能力。这种教学模式完全符合CDIO模式要求，具体表现在以下4个方面。

4.1 构思

根据项目目标，将学生按每组5～6人进行分组，采取学生组长负责制，组内进行分工。根据图书管理信息系统所需的数据信息内容和业务功能需求，进行需求分析，数据整理，构思出图书管理系统中的数据字典。

4.2 设计

对已知需求分析结果进行进一步分析，完成数据库概念结构设计和逻辑结构设计，包括设计全局ER图，以及由ER图向关系模型进行转换，对逻辑结构利用规范化理论进行逻辑优化。项目在这个过程中，要求学生完成由多个局部ER图合并为全局ER图时，做到不同设计人员之间的顺利沟通，培养学生团队能力和沟通能力。

4.3 实施

对已进行逻辑结构优化后的数据库结构进行物理结构设计，进行数据库实施，以保证数据库结构合理。项目在这个过程中，要求学生轮流作为数据库实施人员完成本环节工作任务，以更好地培养其动手实践能力。

4.4 运行

评估各组设计结果，从考核上要求每个学生都积极参与各部分工作，提倡团队合作精神，培养学生个人能力、创造能力和工程能力，采取学生组长负责制，将本组设计方案进行描述，并展现与课程知识点的紧密结合程度，进一步巩固所学知识点的掌握。从而达到CDIO模式中对于学生掌握厚重专业技能的要求。

5、结语

数据库原理课程教育模式在教学过程中培养并提高了学生主动性和创造能力，以及学生的自学能力、思考能力、实践能力和团队协作能力。同时，数据库原理课程的教学效果为后续专业课程，如操作系统、面向对象程序设计等课程奠定了深厚的理论和实践基础。课程教育效果表明可以培养学生具备CDIO所要求的多种能力，实现计算机专业学生与社会和用工单位的无缝对接。endprint