基于CDIO的数据库课程体系改革与实践

　　摘要：针对计算机相关专业毕业生缺乏工程设计能力、不能满足IT企业需求的情况，我院将CDIO工程教育模式的理念引入到数据库课程体系，文章讨论新体系的教学目标、教学内容、实施过程和评价指标。新体系解决了理论知识与工程设计相脱节的问题，调动了学生的学习积极性和主动性，培养了学生的工程设计能力。
　　关键词：CDIO；数据库；课程体系；工程教育模式
　　
　　CDIO代表构思((Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)与运行(Operate)，它是麻省理工学院和瑞典皇家下学院等4所大学在全球经济一体化的背景下，经过4年的研究而得出的成果。CDIO高等工程教育模式以构思、设计、实践及运作全过程为载体来培养学生的工程能力，不仅包括个人的学术能力，还包括学生的终身学习能力、团队能力和大系统掌控能力。CDIO工程教育模式(Initiative)为我们提供了一种新的教育方法，有助于解决工程教育普遍存在的问题，并可满足学生和社会的需求。
　　数据库课程与其他课程结合紧密，与操作系统、数据结构、编译技术、离散数学、程序设计、软件工程等课程都有密切关系，是集理论性、实用性、操作性、创新性于一体的综合性课程。数据库课程体系设置的合理与否，直接关系到本专业每个学生的数据库应用水平和计算机实际应用能力。
　　针对数据库相关专业毕业生缺乏工程设计能力、不能满足IT企业需求的情况，我们在数据库课程新体系中引入CDIO工程教育模式，以帮助学生建立理论知识与工程设计知识之间的联系，进一步提升教学效果。
　　
　　1　将CDIO引入数据库课程体系的必要性
　　
　　许多大的现代企业，他们对年轻工程师所需的品质要求有着惊人的相似之处。企业界要求工程师所需具备的知识、能力和态度，主要包括：了解工程基础、工程设计和工程制造过程；具有工程实践的背景；具有批判性思维和创造性思维、沟通能力与团队工作能力。
　　目前，我校数据库课程体系的直接相关课程有：数据库原理及应用、数据库程序、数据库大型实验周、软件工程、UML可视化建模。课程体系设置的不足之处主要表现在：培养方案设置的专业课程里单科性课程太多，理论分析学时过多，过分注重单学科课程的理论性和知识的系统性。相反，培养学生工程综合能力的课程少，训练学生的直观判断力和工程经验、工程意识的教学环节少，但都是以“知识点”的形式串接在各相关理论课程单元之间，学生很难把自己所学的理论知识与生产实际相结合。这种工程教育模式培养训练出来的学生与飞速发展的现代工业社会极不相适应。因此，高校工程教育陷入怪圈：一方面产业界缺乏有实践经验和动手能力强的大学毕业生；另一方面工科大学毕业生抱怨在学校没有实践机会，学习空洞理论，求职无门而面临巨大的就业压力。
　　将CDIO理念引入到数据库课程体系教学之中，旨在培养学生的工程设计能力，将理论课程与实践环节相互关联，环环相扣，围绕社会和企业的需求，将软件工程设计方法和软件开发技术融入教学内容之中，为学生铺垫更宽广的职业道路。
　　
　　2　构建基于CDIO的数据库课程新体系
　　
　　2.1　课程新体系目标
　　数据库课程体系主要目标是基于软件工程理论，让受教育者了解和掌握软件开发中的方法学和工程学知识，并应用于实践。学生通过学习实践掌握软件工程的设计方法，并能应用到数据库原理课程的学习过程中，且高效地开发软件并进行有效维护。培养学生数据抽象和数据建模能力、一定的系统分析与设计能力、较强的数据库设计和应用开发能力、使用和维护数据库的能力，并培养学生良好的自主学习、创新和团队协作精神。
　　
　　2.2　课程新体系的教学内容改革
　　2.2.1　教学大纲及教学内容的整合
　　我们将数据库原理与应用、数据库程序设计、UML可视化建模和软件工程作为集成课程，修订了教学大纲，将理论知识、软件工具应用和工程设计方法结合起来，形成理论——应用——工程设计方法的教学主线。
　　此外，数据库原理与应用中的基础篇、系统篇与设计篇与数据库程序设计课程相关内容进行关联；应用开发篇中数据库原理及应用中的数据库设计概论、需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理设计与数据库的实施和维护同工程设计方法的软件工程概论、软件需求、软件概要设计、详细设计、软件实现相对应；同时将软件工程中各个阶段的文档进行规范说明，并以UML为实例在各个阶段予以讲解，从而可以看出数据库实践开发过程中所贯穿的软件工程理念，且在数据库程序设计中具体实现。具体知识结构如图1所示。
　　
　　2.2.2　改革教学过程和教学方法，完善实训环节
　　在教学过程中，教师不仅讲授课堂理论知识，还在教学过程中，将大案例的工程设计问题以任务的形式布置给学生，学生以小组为单位，进行合作、讨论，按照软件工程的设计步骤，分析案例中的工程任务，找出解决问题的方法，分步骤完成任务，最后形成工程设计方案。教师及时指导、反馈学生设计中存在的问题，并在最后选择优秀设计向学生展示，与科研案例进行比较，点评设计中的不足之处。
　　通过课程设计实践环节，实战训练学生的工程设计能力。选择小型的数据库工程设计项目，将学生分组，每组设计一个小项目，教师为学生发放项目设计任务书，任务书包括项目需求和项目设计要求，并要求学生按照软件工程设计方法按步骤进行设计，设计过程中组长要组织组员进行方案论证和软件设计，要求撰写需求文档、设计文档、技术报告、软件使用报告。在实践过程中，教师要和学生不断交流，对于学生设计过程中存在的问题，要及时反馈。在整个实践过程结束后，教师要向学生展示成功科研项目，帮助学生寻找设计中存在的差距。
　　2.2.3　加强教学辅助环节
　　在整个教学过程中，充分利用现代教育技术，为了更好地指导和引导学生的自主学习，本项目组开发了网络化教学与学习平台，平台包括软件简介、教学大纲、教学电子教案、示范案例演示、优秀设计演示、设计小知识、小项目任务要求和互动天地等内容，为教师的课堂教学、课后指导和学生的在线学习提供了技术平台。其中示范案例演示了教师的真实科研案例，给学生提供一个数据库应用系统软件的总体设计思路，另外学生还可以参考真实科研案例中的实际文档内容，更加清晰地理解演示中的系统设计思路；在“工程设计”的“课程设计”中给出课程设计任务的任务书以及文档书写规范，“设计小知识”根据学生选择的开发语言把学生提出较多的软件实现问题以示例展现给学生，帮助学生解决设计过程中存在的问题；在“互动天地”中与学生进行交流，回答学生的问题，接受学生提出的建议，并在以后的课程设计教学工作中进行改进。
　　
　　3　建立基于CDIO的评价体系
　　
　　CDIO工程教育模式，从构思设计到实施，最终达到预期的培养目标，是从具象到抽象的学习过程。CDIO有12项标准，包括CDIO关联原则、CDIO的教学目标结果、集成课程设置、工程概论、设计一制作经验、CDIO的工作环境、集成化教学过程、主动学习、教师的CDIO能力、教师的教学能力、学生CDIO能力评价和CDIO项目评价。该标准系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面的实施指导及检验测评项目，为工程教育的系统化提供了基础。将CDIO的评价标准与数据库课程体系实际特点相结合，制定了着重从师资队伍、理论教学、实践教学、学生能力进行评价的体系结构，并将此评价过程作为CDIO项目的实施细则，应用于项目的全过程，如表1所示。
　　
　　
　　CDIO项目的实施，其宗旨在于群体或个人能力的培养，而不只是训练一套未来必然过时的技术。因此，本项目更注重激发学习群体的学习意愿，教师由理论知识的传授者转变为学习过程的指导者，学生的工程设计能力不再由考试分数单一体现。通过本项目，有效地培养了学生学习习惯，在CDIO过程中反复不断地强化了学生的团队价值观、个人学习观、个人学习态度以及以软件产品为导向的认知习惯。
　　
　　4　结论
　　
　　针对数据库课程体系教学中存在的问题，我们提出了引入CDIO工程教育模式到数据库课程体系教学过程中，依据CDIO工程教育模式的集成课程设置等标准完成数据库课程体系的教学大纲修订，建立了理论知识与工程设计方法之间的联系；将科研软件产品的大案例作为理论知识与工程设计联系的纽带，采用任务驱动教学、合作型教学和讨论式教学等教学方法，使学生能把抽象的理论知识与工程设计知识有机地联系起来。以小项目为课程设计任务，采用软件工程的设计方法，对学生进行了指导和实战训练；以教学和学习网站为辅助平台，辅助学生快速提高设计能力和编程能力，提出教师评价与多种形式的学生评价体系，并制定了CDIO评价与实施细则。
　　新体系很好地解决了理论知识与工程设计相脱节的问题，很好地调动了学生的学习积极性，培养了学生的工程设计能力。经过两次数据库教学的应用实践，证明了成果的可行性实践、有效性和可推广性。
　　
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　　(编辑：姚彦