数据库应用基础课程计算思维能力培养

摘要：从中南大学需要学生秒杀才能选中的一门课程“名侦探柯南与化学探秘”入手，引出计算思维在当今高校教学方法改革中的重要作用；以数据库应用基础课程为例，阐述在具体教学活动中如何引入计算思维的理念，如何在理论教学和实践教学过程实现计算思维的教学方法，如何根据讲授的具体知识点用连续的关联性提问来吸引学生等。

关键词：计算思维；教学方法；教学模式；创新能力

文章编号：1672-5913（2013）18-0024-03

中图分类号：G642

1 背景

中南大学的一门选修课“名侦探柯南与化学探秘”引起众多“柯粉”大学生直呼：“头一回知道，选课也要秒杀。”开设这门课的徐老师是一名资深“柯粉”、副教授、“海归”。徐老师按照柯南动漫剧情来安排教学内容，通过集合动漫中出现的化学元素，如毒素、花粉等来讲解其中的化学原理。在名侦探柯南中，有很多关于毒药杀人或伤人的情节。毒药的“巧妙”利用甚至能成为杀人凶手不在场的有力证据。凶手们使用的毒药也是五花八门，其中，氰化物最常见。什么是氰化钾的化学成分？在常温中氰化钾是什么样子？氰化钾毒性究竟有多强？动漫中利用氰化钾杀人即可致死的情况是否合理？这些动漫内容在课程教学中都会进行探讨。如此引人入胜的教学内容和形式，对单一而传统的教学模式产生巨大的改革推动力。徐老师把化学知识与柯南融为一体进行讲授正是将计算思维引入教学过程的新型教学方法。

2 建立以计算思维为核心的教学模式

数据库应用基础是高等学校非计算机专业学生的一门核心基础课程，如何让学生通过本课程的学习，了解数据库技术在社会各领域中的作用，掌握基本的数据库知识，学会分析和使用各种数据库管理系统，掌握数据库应用系统的设计、开发和维护等方面的技能，对一名非计算机专业的学生来说尤为重要。本文以数据库应用基础课程为例，阐述计算思维在当今高校教学方法改革中的重要作用。在数据库应用基础教学环节中，一方面应教会学生数据库知识，使学生能够正确理解和掌握数据库的基本原理，熟练掌握数据库的设计方法和应用技能；另一方面，应激发学生对数据库相关知识的兴趣，培养独立探求新方法、新技术的技能，使学生成为适应能力强、富有创新精神和创造才能的专门人才。

2.1 计算思维引入教学过程的意义

美国卡内基梅隆大学周以真教授指出，计算思维涵盖了反映计算机科学之广泛性的一系列思维活动，是与读写能力一样的人类的基本思维方式。目前，国内外计算机界、哲学界、社会学界的广大学者对计算思维开展了大量的研究与探讨，并取得了很多可喜的研究成果。

在数据库应用基础课程的教学中引入计算思维理念，使计算思维的本质贯穿整个教学过程，并根据讲授的具体知识点适时引入计算思维思想，培养学生的创新能力和计算思维能力，久而久之，教师形成新的教学思路和行之有效的教学方法。具体来说，计算的想法是把复杂问题分解，把问题简单化；计算的方法是选择一个合适的模型来反映这个问题的相关方面；计算的思维是考虑当出现问题时如何处理和恢复等。总的来说，计算思维是采取适当的方法去解决问题，并理解人类行为，这是计算机科学中非常重要的一些想法。

2.2 计算思维引入数据库应用基础课程的实现

在数据库应用基础课程中引入计算思维，需要结合课堂教学和实践环节两个方面。在整个课堂教学过程中，应当始终贯穿计算思维的本质，即抽象与自动化的思想，并根据讲授的具体知识点适时引入计算思维中涉及的关注点、嵌入、保护、转化、纠错和恢复、启发式等基本概念和思维方法，引导学生领会计算思维的新方法。在实践环节，教师提出问题、给出实验任务，学生通过独立完成或者小组协作的方式运用计算思维的系列方法去解决实际问题，从中探索解决问题的新方法，发现问题的本质，达到更好吸收和巩固知识，学会运用计算思维方法的目的。

具体实现方法包括以下几个要点：

1）知识点穿成线。

在课堂教学中，教师引入计算思维时可以把知识点穿成线，结合现实生活中很多经典的实例加以分析，促进学生对数据库基础知识的理解。例如，以当今点击率颇高的淘宝网、当当网、京东网、卓越网等多个购物平台为切入点，引入数据库的概念、发展、特点、重要性、数据存储、数据模型、数据抽象、数据组织等相关知识；通过在购物平台上进行关键字搜索来查找购物者需要的信息，适时引入关系、数据表、基本查询、嵌套查询、连接查询、查询及优化、索引、视图、存储过程、触发器等相关知识点及其应用：通过购物者选中心仪的物品，点击支付平台进行网上提交订单和在线付费购买的过程，引入数据库的安全机制、身份验证、登录管理、权限管理、数据备份等方面的知识。

2）有条理连续性的关联性提问。

在实例介绍中不断提问学生：为什么要学习数据库？数据库可以应用在哪些方面？数据库有哪些特点？数据库中的数据怎么存储？数据库中的数据以什么形式体现给用户？……通过有条理连续性的关联性提问，通过对学生日常接触使用到的经典数据库系统实例的分析帮助学生从更简易、更直观、更生动、更清晰、更透彻的角度学习数据库知识。学生通过这种形象直观的教学模式能摆脱传统教学方法中存在的枯燥性和单一性，更高效快捷地掌握知识本身，同时激发学习兴趣，提高学习效果。这个过程一方面锻炼了学生的思维，另一方面激活了学生的创造力和学习能力。久而久之，学生也能从教师采用计算思维的教学方法中受到启发，掌握用计算思维来思考和解决问题的本领。

例如，在给医学类学生讲授数据库应用基础课程时，应当结合医学类学生的特点，教师可以在教学过程中引入贴切生动的例子来向学生导人计算思维的观点。以设计数据库系统时的程序设计方法为例，在介绍顺序、选择、循环等基本控制结构的知识点时，可以结合医学类学生的特点告知学生：病人的个体之间存在很大差异，如何根据病人的症状来对症下药，需要医生根据医学知识和临床经验来分析，可以通过计算机程序设计方法上IF…THEN，ELSE…等基本控制结构画出流程图，通过抽血、拍X片、核磁共振等多种医学辅助手段来确定病人的病情，最后采用最经济有效的方法来进行治疗。

3）强化实践。

在数据库应用基础的实践环节中，重点锻炼学生对计算思维方法的运用，引导学生去探索解决实际问题的方法。这个过程一方面是对课堂教学内容的补充，另一方面能促进计算思维方法更好地得到巩固和吸收。实践环节可以采用课堂练习、小组探讨和上机实验等多种形式，使学生参与其中。在课堂讲授了相关知识点和计算思维方法后，利用事先设计好的由浅入深的练习题让学生独立运用计算思维方法去完成；对于复杂的问题，学生可划分小组进行探讨，阐述自己对问题的认识和对知识点的理解，提出解决思路与方法；学生带着疑问上机练习，让计算机给出正确答案；最后，教师再加以分析和总结，进一步深化学生对计算思维的认识和理解。

例如，针对临床医生这个行业的特殊性，在实践教学中，要用和医学相关的案例来向学生介绍各种医学管理系统的开发技术，让学生从与自身密切相关、感兴趣的平台上学会系统开发的思想和要点。我们采用“医学信息管理系统”“中医中药多媒体应用系统”等平台向学生介绍数据库系统开发的相关知识，这样能够充分体现临床和中医药等的鲜明特色，利用数字多媒体手段，实现对医学、中药、经络、针灸模型等医药文化符号的形象化表述，从而激发学生对医药信息化美好前景的信心和兴趣。

4）改革教学方法。

在具体教学过程中，由于教学内容较多，教师若不区分重点而面面俱到地讲解，学生将很难把握课程中的重点。教师可以在课堂教学和实践环节中把内容归类，并选取部分内容以提出问题作为切入点，用讨论的形式与学生同步思考，这样一来可以调动学生的学习积极性，使每位学生都参与到课堂讨论中，形成学生与教师合作来共同解决实际问题的良好氛围。此外，该方法对教师也提出了新的要求，在专业知识的广度和深度方面、对教学的控制以及教学现场的随机应变等方面都有较高的要求。

3 结语

计算思维正在改变大学计算机教育的传统教学模式，成为大学计算机教育的一个新课题。数据库应用基础课程是非计算机专业的核心基础课程，这门课程中的许多知识点都为计算思维提供了很好的诠释。笔者探讨了如何在数据库应用基础课程教学中引入计算思维的理念，并针对医学类学生的特点，重点阐述了如何从课堂教学和实践环节两个方面来培养计算思维能力，促进高校教学方法改革。

参考文献：

[1]丁杰敏，李伟波，“数据库系统原理”课程教学研究与改革[J]，中国电力教育，2009（9）：145

[2]周以真，计算思维[J]，中国计算机学会通讯，2007（11）：83-85

[3]牟琴，谭良，计算思维的研究及其进展[J]，计算机科学，2011（3）：10-15

[4]常亮，徐周波，古天龙，等，离散数学教学中的计算思维培养[J]，计算机教育，2011（14）：90-94

[5]陈国良，董荣胜，计算思维与大学计算机基础教育[J]，中国大学教学，2011（1）：7-11，32

[6]董荣胜，古天龙，计算思维与计算机方法论[J]，计算机科学，2009（1）：1-4，42

[7]张晓如，张再跃+再谈计算机思维[J]，计算机教育，2010（23）：70-72

（编辑：郭田珍）