基于CLT的“数据库原理及应用”课程教学应用研究

高　峰，熊　晶，栗青生

(安阳师范学院 计算机与信息工程学院，河南 安阳 455000)



基于CLT的“数据库原理及应用”课程教学应用研究

高峰，熊晶，栗青生

(安阳师范学院 计算机与信息工程学院，河南 安阳 455000)

[摘要]针对师范院校不同专业的《数据库原理及应用》课程的教学实际情况，从学生的认知结构出发，引入认知负荷理论进行课程整合。运用相关认知负荷效应理论，根据学生的认知负荷状态，改变教学设计策略，以实现适应性教学。教学实践效果表明,认知负荷理论在课程教学应用中的价值突出，同时也为数据库相关课程改革提供帮助。

[关键词]认知负荷理论；数据库原理及应用；适应性教学；课程改革

在高校计算机专业课程中，随着数据库技术的广泛应用，《数据库原理及应用》课程已成为一门重要的主干课程。学生通过这门课程的学习，要掌握数据库的基本概念、关系数据模型、关系数据理论、数据库设计等相关理论，还需从数据库设计者的角度出发，研究数据存储及优化、事务管理等知识[1,2]。在课程实践方面，学生还要掌握SQL Server或Oracle等大型数据库系统，能够结合C++、Java等前台高级开发语言，完成数据库应用系统开发[1,2]。目前，这样一门理论性强，对工程实践要求高的课程仍存在课程内容滞后于数据库技术的新思想、新概念和新技术的情况，存在课程教学对学生的培养和社会需求相对脱节的现象[3]。针对师范院校计算机专业的特点，尤其从我校不同层次的学生特点出发，从学生的认知基础分析入手，引入认知负荷理论(Cognitive Load Theory,CLT)，通过教学设计，基于降低学生的内部认知负荷、外部认知负荷、保持有效关联认知负荷及提高学生的认知效率的原则，讨论完善《数据库原理及应用》课程教学的思路与方法。

1CLT简介

CLT最早由Sweller等人提出，该理论将认知负荷分为内在负荷、外在负荷与关联负荷[4]。内在负荷是指所授问题内在的难度，由问题的属性所决定，与教师的指导方法无关。外在负荷是指所授问题的指导过程中所产生的难度，与信息的传授与指导方法有关。早期的认知负荷理论关注的重点是通过改善教学设计来降低学生的外在负荷。随后，Sweller 等又提出了关联负荷。关联负荷是与认知过程、结构构建与内化相关的负荷，关联负荷的提高有助于促进认知结构的构建。由于三种负荷的总和不能超过工作记忆容量(WMC)[4]，而内在负荷是固定的,所以一个可行的做法是通过减少外在负荷来增加关联负荷。良好的教学设计会适度增加学生的关联负荷，使其在图式建构中投入更多的努力，寻求更好的信息加工策略，从而提升学习质量[5]。

目前，认知负荷理所公认的认知负荷效应有自由目标效应、解答样例效应、完成问题效应、通道效应、注意分离效应、冗余效应、想象效应、元素关联效应、分离关联元素效应、专长逆转效应、指导渐减效应、变式效应等12种，它们都与改善学生的学习有关。合理有效地利用这些认知负荷效应就是认知负荷理论在教学应用中的关键。因此，从教学角度出发，认知负荷理论的教学涵义主要是如何把学习者的认知负荷调整到合适水平，以便学生合理地利用有限的认知资源，达到最佳学习效果[6]。

2CLT在课程教学设计中的应用

在数据库原理课程教学中，可通过降低外在负荷提高关联负荷设计的情况很多，但其使用也存在一定的限制，其主要限制来源于所授的知识结构本身。例如，数据库的基本概念以陈述性知识为主，内在负荷并不高，但难度更多来自于其巨大的信息量。这类情况不能只减少外在负荷地简单处理。另一类情况主要是数据库的实验、实践教学，在传递信息量相同的情况下，可有效地降低授课过程的外在负荷，并增加关联负荷，为教学设计提供新模式。

2.1　学生的认知负荷状态

安阳师范学院于2001年开始《数据库原理及应用》课程，目前课程所涉及的专业包括计算机科学与技术专业、信息管理与信息系统专业、软件工程专业、物联网专业等，面向的学生基本是大二的。通过与学生交流、课程考试和毕业设计，发现该课程教学方面在教学内容、教学方法和课程实践环节不能很好满足学生和社会需求。基于此，我们采用适应性教学，针对传统教学以教师为主导，而学生主体作用却被极大忽视的现象，首先从学生的认知规律开始，对不同学生个体的认知规律调查研究，了解学生的认知负荷状态，然后开展行之有效的教学方法。

2.2　内在认知负荷在课程设计中的应用

内在认知负荷与学习者专业水平和学习材料的复杂性之间的关联程度有关。

1.注重学生的个体差异。在目前我国高等教育体制中，师范院校计算机专业培养目标主要包括一要具有良好的教育理论素质和技能，二要具备扎实的学科专业知识及较强的实践能力和创新能力。但受传统教师教育培养模式的影响，师范院校计算机专业难免出现重理论教学，轻实践技能，重思维能力，轻动手能力的现象。学生个体差异最重要的体现在心理差异上，对于此类现象造成的心理影响将严重制约计算机专业课程的教学，如师范院校女生居多，不少女学生抱有“女生不适合学计算机”的片面观点，这样的心理状态也将极大制约《数据库原理及应用》这门实践性较强的课程教学。为此，我们针对不同专业的男生和女生，甚至文理不同背景都进行差异化教学内容和教学计划制定。如以数据库应用开发实践为例，表1列举了不同学生个体的差异化教学模式设计。

表1　不同学生个体的差异化教学模式设计

2.课程材料的整合。根据不同专业的学生情况，我们将课程材料分为两个阶段进行整合。首先把课程的知识框架进行高度整合，将整合后的内容分为数据库原理、数据库设计和数据库应用三大知识模块，同时将各模块的子模块的大致内容以图式的形式呈现给学生，让学生对课程知识框架有一个整体轮廓的认识。从冗余效应和指导渐减效应来讲，本阶段呈现的内容是由信息组块压缩而成，且以图式的形式出现，会使学生的内部认知负荷降低，同时也增加了模块间的关联认知负荷。第二阶段则按照课程的三大模块分别展开，使得课程知识的元素增多，但因学习记忆有了第一阶段的图式为基础，整体任务会被同化，从而将整个课程的内部认知负荷降低。

2.3　外在认知负荷在课程设计中的应用

课程学习材料的组织与呈现是引起外在认知负荷的主要因素，通过优化教学设计是降低外在认知负荷的有效途径。基于此，我们一直在努力完善课程教学网站设计，以达到课程辅助教学的目的，同时起到降低外在认知负荷的作用。具体采取了如下措施。

1.根据通道效应，均衡视觉和听觉通道。不仅仅在教授的多媒体课件上注重教学内容材料的文字和动画形式，同时增添小知识单元的微课录像，让学生多角度感受知识的获取。

2. 结合自由目标效应和注重分类效应，根据学生认知负荷状态，设计符合学生心理的知识导航系统，防止学生迷失于各种链接和信息的跳转。

3. 结合解答样例效应和完成问题效应，设置相关习题训练和模拟考试系统，增添真实的课程设计或实践材料以及各类数据库相关应用的考试、面试等内容，通过适度的真实学习情境和材料的呈现，有利于学生将知识和技能向真实世界迁移，提高学生的学习积极性。

2.4　关联认知负荷在课程设计中的应用

关联认知负荷对学习有促进作用。在不超过认知负荷总量的前提下，教学设计应尽量提高学生的关联认知负荷。因此，利用自由目标效应，注重激发学生的学习动机。 自由目标效应认为教学中不设置明确的学习目标或设置多个学习目标反而有更好的学习效果。数据库是IT的核心，面向不同专业的学生及不同的学生背景，我们倡导学生将数据库知识和自己的专业及兴趣结合起来，如在数据库设计的课程实践环节可充分展现出来。另外，强调学生适时归纳学习内容，并为学生提供交互平台，如在教学网站上增添教学讨论区，提供设置教学专用QQ群及飞信、微信等多种交流方式的应用，极大增强了教学互动的效果。

3结语

本文从认知负荷理论研究出发，将其具体应用在《数据库原理及应用》课程教学中，从近年来的学生对该课程的评优结果不断提升的效果来看，在一定程度上提高了学生的学习效率，也增强了教师教学的自信。认知负荷理论是一个不断发展和丰富的理论，在今后的实际教学中还需要做进一步的研究和探讨。

[参考文献]

[1]王珊，萨师煊.数据库系统概论(第4版)[M].北京：高等教育出版社，2006.5-10.

[2]施伯乐，丁宝康，汪卫.数据库系统教程(第3版)[M].北京：高等教育出版社,2008.10-12.

[3]董晨, 戴敏, 张桦. 基于 CDIO 模式的数据库系统课程教学改革[J]. 计算机教育, 2012 (6): 36-40.

[4]Sweller J, Chandler P. Why some material is difficult to learn[J]. Cognition and instruction, 1994, 12 (3): 185-233.

[5]Sweller J, Van Merrienboer J J G, Paas F G W C. Cognitive architecture and instructional design[J]. Educational psychology review, 1998, 10(3): 251-296.

[6]庞维国.认知负荷理论及其教学涵义[J].当代教育科学，2011(12)：23-28.

[责任编辑：D]

On the Application of CLT in the Teaching of Database Principles and Applications

GAO Feng, XIONG Jing, LI Qing-sheng

(School of Computer and Information Engineering, Anyang Normal University, Anyang 455000,China)

Abstract:According to the teaching situation of database principle and application course for different majors of normal universities, the cognitive load theory is integrated into the course system from the point of students' cognitive structure. Apply the cognitive load theory to change the teaching design strategy based on the cognitive load status of the students. To realine the adaptine teaching. The practice results show that, the cognitive load theory is very effective for the teaching application and it can also contribute to the teaching reform of database related courses.

Key words:Cognitive Load Theory; database principle and applications; adaptive instruction; curriculum reform

[中图分类号]G642

[文献标识码]A

[文章编号]1671-5330(2015)02-0130-03

[作者简介]高峰(1977-)，男，陕西户县人，讲师，主要从事数据库技术应用研究。

[基金项目]安阳师范学院软件工程专业创新教学团队教学研究项目。

[收稿日期]2015-02-26