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基于计算思维的《数据库原理及应用》课程教学改革与实践

0 引言

现代社会是数据的社会，管理数据及利用数据是组织和个人必须具备的能力[1]。数据库技术是信息时代数据处理的核心技术，非计算机专业的公共基础课《数据库原理及应用》就是在此背景下开设的。《数据库原理及应用》课程要求学生掌握数据库的基本概念和原理，以及数据库应用系统的设计、开发与维护。按传统方式讲授该课程，学生仅仅熟知数据库的知识点和ACCESS具体操作，不利于培养探索新技术、新方法的能力和创新精神。计算思维的提出，为该课程指明了教学改革的方向。 计算思维的概念是美国卡内基?梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授于2006年提出的，她认为“计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为，涵盖了计算机科学的一系列思维活动”[2]，如同所有人都具备“读、写、算”能力一样，计算思维是每个人必须具备的思维能力。纵观计算机诞生以来各学科取得的成就，人们逐渐意识到，计算与计算科学对于科技进步和人们的工作、生活均具有非凡意义，掌握计算思维的核心概念、方法和技术，已经成为新时代最具竞争力人才必备的知识和才能。在我国教育界，已正式提出将计算思维作为未来教学改革的方向。因此，《数据

库原理及应用》的教学应以培养学生的数据库设计能力和计算思维能力为目标，通过在课程中引入计算思维的理念，探索以培养计算思维能力为核心的教学模式。通过《数据库原理及应用》课程学习，不仅使学生掌握数据库设计知识，还要培养学生具备较强的计算思维能力，未来能够自觉地运用计算思维解决实际问题。

1 计算思维引入教学

作为非计算机专业公共基础课，《数据库原理及应用》课程主要让学生了解数据库和程序设计技术在社会各领域的作用，掌握数据库的设计方法，掌握一种常用数据库管理系统的应用，掌握数据库应用系统的设计、开发和维护等知识和技能。该课程主要内容包括：数据库的基本原理和概念、关系数据模型概念、ACCESS关系数据库的基本设计方法、使用ACCESS的表、查询、窗体、报表等对象创建数据库应用程序方法。

为了在数据库课程中融入计算思维教学，我们从计算思维层面重新对数据库课程内容进行了梳理，分析了每部分内容所蕴含的计算思维方法。下面主要从抽象、自动化、分解、关注点分离、约简、聚类、折中、冗余、预防、保护、容错、纠错和模块化等方面探讨数据库课程中蕴含的计算思维。 1.1 抽象

抽象是一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模并使其易于处理的思维方法。这样做可使问题的

复杂度降低，得到论域中较简单的概念，人们能够控制其过程或从综观的角度了解许多特定事态。

数据库设计中，就包含着多个层次的抽象。在需求分析阶段，经过收集用户的需求信息，画出描述业务流程的数据流图，构造描述系统中全部数据的数据词典，这些描述结果都是对现实世界的抽象；在概念模型设计阶段，要在需求分析的结果上对数据进行“聚集”和“概括”等抽象处理，并用实体关系（E-R）图描述数据库的概念模型；在逻辑设计阶段，用关系模式表示一个实体或关系，用关系模型刻画数据库的数据模型，这个抽象层次逐渐向易于计算机处理的方向靠近。在定义表时，也包含抽象的思想。表的每个字段的数据类型是对表中实际数据的抽象，字段的有效性规则是对真实世界数据约束的抽象。

抽象层次是计算思维中的一个重要概念，人们可以根据不同的抽象层次，有选择地忽视某些细节，并最终控制系统的复杂性[3]。

教学过程中，不仅要讲述数据库相关知识和数据描述工具，还要引导、启发学生领悟计算思维中的抽象思想和方法，体会抽象方法为数据库设计和表结构设计带来的好处。 1.2 自动化

计算思维的本质是抽象和自动化[4]。现实世界中的问题经过抽象处理后，得到一个可以在计算机上运行的以抽象符号表示的系统，自动化就是选择合适的计算机去解释抽象，并且在执行