奎晓燕1，杜华坤2，王小玲1
（1.中南大学 信息科学与工程学院，湖南 长沙410083；2.中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083）
摘要：计算思维能力是当前国内外大学课程建设和教学改革的重要内容和方向。文章以非计算机专业数据库系列课程为例，探讨如何在教学过程中培养计算思维能力，同时对改革的重要内容即数据库课程群建设进行分析，阐述如何在数据库系列课程教学过程和课程群建设中引入计算思维的思路和方法，为高等学校教育教学方法和课程改革提供思路。
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关键词 ：计算思维；教学方法；教学质量；课程群建设；课程改革
基金项目：湖南省普通高等学校教学改革研究项目（湘教通[2014]247号）；教育部高等学校文科大学计算机教学改革项目（教高文计函[2014]05号2014-A128）；全国高等院校计算机基础教育研究会2014年课题（201445）。
第一作者简介：奎晓燕，女，副教授，研究方向为计算机网络和数据库技术，xykui@csu.edu.cn。
0 引言
计算思维是由美国卡内基·梅隆大学周以真教授在Computational Thinking中提出来的。周教授认为计算思维是运用计算机科学的基础概念求解问题、设计系统和理解人类的行为，其根本内容是本质、抽象和自动化。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基本思维方式[1]。目前，国内外计算机界学者对计算思维这一课题进行了大量的研究。研究结果表明，计算思维不仅反映了计算机及计算机科学在当前社会中重要的新认识，也反映了计算机学科最本质的特征和最核心的方法，这在计算机技术飞速发展的今天尤为重要[2]。
1 计算思维在数据库系列课程改革中的作用
数据库技术是信息系统的核心技术。近年来，数据库技术和计算机网络技术相互渗透、相互促进，已成为当今计算机领域发展迅速、应用广泛的两大技术。在数据库系列课程中，教学方法革新和课程群建设是课程改革的两个重要方面。在数据库课程改革中引入计算思维有助于正确理解计算和计算机，可以更好地揭示表象背后的核心问题，揭示不同现象之间的共同本质，从而有效提高教学质量，培养出时代发展所需要的高素质人才。
在数据库系列课程的教学过程中引入计算思维的理念，应当使计算思维的本质始终贯穿整个数据库课程教学过程，根据讲授的具体知识点适时引入计算思维的思想，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恢复等。总的来说，计算思维是采取适当的方法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[3]。
在数据库系列课程的课程群建设中引入计算思维，必须先研究课程群各门课程的关联性，通过课程整合删除重复过时的内容，增加可增强学生应用和创新能力的新内容，一方面提高教学效率，使学生在有限的学时内能吸收更多的知识；另一方面，针对课程群理论与实践并重的特点，通过引入计算思维更好地训练学生的思维能力，提高学生的综合技能。
2 在数据库教学过程中引入计算思维的方法和步骤
在数据库系列课程的教学过程中，一方面是理论知识讲授，通过教学帮助学生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；另一方面是通过实践环节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，使之成为适应能力强、有创新精神和创造才能的专门人才。在数据库系列课程的教学过程中引入计算思维，需要结合课堂教学和实践环节这两个方面。教师应当始终将计算思维的本质贯穿在课堂教学中，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，最终培养学生的创新思维和计算思维，提高其独立思考、解决问题的技能[4]。具体实现方法主要包括以下几方面。
1） 整合并精炼教学内容。
由于课程教学内容较多，教师应在课堂教学和实践环节中将教学内容根据章节进行归类、重新整合，选取重点和难点知识中的典型问题以提问的方式入手，用讨论的形式加强互动，启发学生同步思考，调动学生的学习积极性和参与热情，形成师生积极互动的良好氛围，使学生从被动接受知识变为主动探讨问题，达到良好的教学效果。此外，教师应通过对整合性教学内容的分析，建立各相关知识点与计算思维核心概念之间的关系和联系，在教学中表述出各知识点对应的应强化和渗透的计算思维具体核心概念。通过教师整合、分析和精炼教学内容，学生在有限的学时内可以更高效、主动地掌握更多知识和技能，同时这也有效促进教师不断地自我学习和提高。
2） 采用生动具体的实例教学法。
在教学过程中，教师以当前点击率颇高的淘宝网、当当网、京东网等多个购物平台和银行数据库管理系统为切入点，引入数据库的相关概念以及数据存储、数据模型、数据组织等相关知识；通过在购物平台上进行教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 搜索查找特定信息的过程，引入关系、数据表、查询、索引、视图、存储过程、触发器等相关知识；通过购物者选中物品、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、登录和权限管理、数据备份等方面的知识，这样用学生熟悉的生活实例引出相关的数据库知识点，帮助学生从更简易、更直观、更清晰、更生动、更透彻的角度学习相关知识，始终将计算思维的思想贯穿其中，摆脱传统教学方法的单一性和枯燥性，激发学生的学习兴趣，提高学习效果，一方面锻炼学生的思维，另一方面激发学生的创造力和学习能力，让学生掌握用计算思维思考和解决问题的本领。
3） 将计算思维融入实践教学。
数据库课程实践环节重点锻炼学生对计算思维方法的运用能力，引导学生探索解决实际问题的方法，是对课堂教学内容的补充，促进学生更好地认识和巩固计算思维的方法。实践环节可以采用课堂练习、综合设计等多种形式；对于单一知识点练习题可以要求学生独立运用计算思维方法完成；对于综合设计题，学生可划分小组进行探讨，各自阐述对问题的认识和对知识点的理解，提出解决思路与方法，确定方案，然后上机实践，让计算机检验思路和方法的正确性。实践过程将知识作为载体，实现思想和方法的传授，通过有效使用工具，可以达到事半功倍的教学效果，使得学生不仅可以掌握数据库相关的软硬件工具、数据库系统及各类语言，而且通过抽象表示设计有效的算法，通过程序的实现高效地解决实际问题，真正掌握数据库的相关知识和技能。
3 在数据库课程群建设中引入计算思维的方法和步骤
数据库课程群建设中的系列课程均是高校非计算机专业必修或选修的与数据库相关的公共基础课程（数据库应用基础、数据库技术与应用、数据库系统原理、数据库应用系统开发等），这些课程涉及全校非计算机专业的所有学生。课程群建设是近年来课程建设改革的一个发展趋势，是针对某一受教育对象将相关的课程组合在一起，进行整合更新，使课程内容更贴近现实需求，提高学生应用和创新能力以及教学效率和质量。
数据库课程群的教学内容是根据教育部对计算机基础教学基本要求设计的，教学目标是通过课程学习帮助学生了解数据库应用领域，掌握基本的数据库技术，提高数据库管理系统分析、数据库应用程序设计和开发、数据库使用和维护的能力。课程群建设以教指委提出的“普及计算机文化、训练计算思维、培养信息应用能力”为总体目标，从培养学生信息素养、计算机应用能力等方面着手，以数据库技术为基础，以计算思维为切入点，以应用能力为目标，构造并设计数据库课程群知识体系及教学方案，旨在新形势下进一步提高高校计算机基础教育的质量[5]。具体实现方法主要包括以下几方面。
1） 以计算思维为切入点。
数据库课程群建设的实施可采用课程知识体系及教学内容重组与教学方法推动相结合的方式，在宏观上，以计算思维为切入点重组课程知识体系框架；微观上，参照教学指导委员会编制的《高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求》和《高等学校计算机基础核心课程教学实施方案》提出的课程基本知识体系和实验体系，融入最新数据库技术、通信技术、网络技术等相关概念、方法和应用，形成数据库课程群建设的方案。
一个高效的教学团队对于强化质量意识、深化教学改革、促进课程群建设、提高教学质量发挥着极其重要的作用。基于师资队伍的现状，教学团队建设应以教学研究为切入点，以提高队伍的教学水平和改善队伍职称结构为目的，最终形成稳定的、高水平的师资队伍。团队中的教师应该认真学习并掌握计算思维的精髓，能够在教学过程中引入计算思维，启发学生训练思维能力，用计算思维的方法思考和分析问题，提高学生对知识的综合运用能力。
2） 采用层次化教学方法。
教学方法的研究与实践在数据库课程群建设中占据相当重要的地位。教师要改革传统的以单纯的操作、技术为重点的教学方式，转变为以思维能力养成训练、问题求解能力培养、工作实践能力培养为目标的新型教学方式，采用层次化教学方法进行数据库课程群建设，针对不同层次的课程和不同专业的学生采用不同的教学方法（如图1所示）。第1层课程采用启发式教学方法，教师用多媒体课件等教具向学生形象、生动地演示课程重点和难点，通过灵活设计教学过程让学生积极参与教学活动，更好地掌握知识；第2层课程采用案例教学法、讲授教学法、实验教学法相结合的方式；第3层课程采用课题研究教学法、讨论教学法、指导自学法相结合的方式。除此之外，无论是哪一个层次的教学，都应该在整个教学过程中研究计算思维要素的概念、案例、课题的教授方法，研究如何将隐式计算思维要素与课程内容有机结合并呈现出来，使学生感受计算思维的科学性与普适性，从而提高学生的计算思维能力和科学素养。
3） 科学制订课程知识体系。
在数据库课程群建设中，建立科学的课程知识体系能大大提高课程群建设的质量和效果。具体来说，一方面要准确分析计算机公共课的培养目标及知识结构要求，在正确认识数据库技术系列课程知识体系特点的基础上科学提炼计算机学科内涵；另一方面要及时跟踪国内外计算机技术和数据库技术的发展和趋势，不断根据大数据[6]、透明计算、云计算、物联网[7]时代的技术发展特点修正、更新和调整教学内容，让课程知识体系能始终适应时代发展的需求。同时，要以培养计算机应用开发能力为目标，以计算思维为切入点，对教学内容进行科学组织和优化；在充分调研、认真分析的基础上，确定学生应具备的知识结构，明确改革目标，提出具体方案并投入课程改革实践，分析改革效果，进行总结和推广研究。这个过程可以反复交叉进行。改革是无止境的，改革的效果也是相对的，没有最好，只有更好。教师应在实践中不断调整和修正教学改革方案，建立科学的课程知识体系。
4 结语
数据库系列课程是高等学校非计算机专业中非常重要的公共基础课[8]，如何在计算机技术飞速发展的背景下更加深入地理解计算机学科的内涵和性质，根据不同专业、不同年级学生的特点开展有针对性的教学，在数据库系列课程教学和数据库课程群建设中引入计算思维以有效促进课程改革，是高校计算机基础课教师应重点关注和思考的问题。笔者阐释了计算思维在数据库系列课程改革中的作用，介绍了在数据库系列课程教学过程和在课程群建设中融入计算思维的方法和步骤，期望通过大胆的探索为培养和提高教师和学生的计算思维能力打下基础。
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参考文献：
[1] 周以真. 计算思维[J]. 中国计算机学会通讯， 2007(11): 11-14.
[2] 李廉. 计算思维: 概念与挑战[J]. 中国大学教学， 2012(1): 7-12.
[3] 龚沛森， 杨志强. 大学计算机基础教学中的计算思维培养[J]. 中国大学教学， 2012(5): 51-54.
[4] 李晓明， 蒋宗礼， 王志英， 等. 积极研究和推进计算思维能力的培养[J]. 计算机教育， 2012(5): 1.
[5] 教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会. 高等学校计算机基础核心课程教学实施方案[M].北京: 高等教育出版社， 2011: 4-5.
[6] 大数据时代来临[N]. 北京晚报， 2012-06-15(40).
[7] 严大虎， 陈明选. 物联网在智慧校园中的应用[J]. 现代教育技术， 2011， 21(6): 123-125．
[8] 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(18): 120-122.
（编辑：宋文婷）