劉愛紅　萬常選　吳京慧　廖國瓊　劉喜平

摘要：提出“創(chuàng)設(shè)情境、設(shè)疑激趣，提出問題、分析需求，設(shè)計模型、分析論證，反思評價、表達(dá)交流”的探究式教學(xué)方法；根據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計各個階段的主要任務(wù)，闡述并實踐不同階段相適應(yīng)的探究式教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：探究式教學(xué)模式；數(shù)據(jù)庫設(shè)計；反饋檢查；探究創(chuàng)新

0 引言

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，是企業(yè)、機(jī)構(gòu)、互聯(lián)網(wǎng)乃至整個信息社會賴以運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫理論與技術(shù)教育已成為現(xiàn)代計算機(jī)科學(xué)和相關(guān)學(xué)科教育的核心部分。因此，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理課程是高校計算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的必修課程。該課程要求培養(yǎng)學(xué)生具有較強的數(shù)據(jù)抽象和數(shù)據(jù)建模能力，即具有較強的數(shù)據(jù)庫設(shè)計和應(yīng)用開發(fā)能力。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計的核心是在不同的抽象級別上通過不同的數(shù)據(jù)模型對現(xiàn)實世界中應(yīng)用功能的數(shù)據(jù)需求進(jìn)行建模，分析應(yīng)用功能的數(shù)據(jù)需求，表達(dá)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)之間聯(lián)系語義、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)完整性約束，實現(xiàn)從現(xiàn)實世界到信息世界、信息世界到邏輯機(jī)器世界、邏輯機(jī)器世界到物理機(jī)器世界的逐步轉(zhuǎn)換。這就要求在教學(xué)過程中師生積極交流互動，共同探索、共同發(fā)展，使學(xué)生能夠通過自己的知識儲備，結(jié)合教師的引導(dǎo)，探究和解決學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的一系列問題，從而充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用。

1 探究式教學(xué)模式

靳玉樂在《探究教學(xué)的學(xué)習(xí)與輔導(dǎo)》一書中將探究式教學(xué)模式定義為：在探究教學(xué)理論的指導(dǎo)下，在探究教學(xué)實驗經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，為發(fā)展學(xué)生的探究能力，培養(yǎng)其科學(xué)態(tài)度及精神，按卡模式分析等方法建構(gòu)起來的一種教學(xué)活動結(jié)構(gòu)和策略體系。因此，我們可以認(rèn)為探究式教學(xué)在實質(zhì)上是一種科學(xué)模擬性的研究活動。它主要包含兩個方面：一是教師作為探究式教學(xué)的主導(dǎo)，要為學(xué)生設(shè)置探究學(xué)習(xí)的情境，營造探究的氛圍，給學(xué)生提供必要的幫助和指導(dǎo)，使學(xué)生在探究中明確方向；二是學(xué)生作為探究式教學(xué)的主體，要有真正獨立探究的機(jī)會和愿望，能明確教師提出的探究目標(biāo)，掌握探究的正確方法，開拓探究的思路，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力，學(xué)會科學(xué)學(xué)習(xí)，為終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

為此，教師可以有意識、有步驟、有指導(dǎo)地促進(jìn)學(xué)生獨立自主地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生知識的掌握、能力的發(fā)揮、探索與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。探究式學(xué)習(xí)過程前需要進(jìn)行有理論指導(dǎo)的假設(shè)，在學(xué)習(xí)實踐過程中要進(jìn)行有邏輯和批判性的思考，促進(jìn)多元化教育教學(xué)目標(biāo)的最終實現(xiàn)。

2 探究式教學(xué)在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中的實施方案

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是根據(jù)各種應(yīng)用處理的要求、硬件環(huán)境及操作系統(tǒng)的特性等，將現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理組織，并利用已有的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的過程。具體地說，是對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造出最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫邏輯模式和物理模式，并以此來建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲和管理數(shù)據(jù)，滿足用戶的信息要求和處理要求。

在數(shù)據(jù)庫設(shè)計教學(xué)過程中，我們主要通過“創(chuàng)設(shè)情境、設(shè)疑激趣，提出問題、分析需求，設(shè)計模型、分析論證，反思評價、表達(dá)交流”4個環(huán)節(jié)進(jìn)行探究式教學(xué)方法的探索與實踐，并以網(wǎng)上書店系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計為例，探討探究式的教學(xué)手段和教學(xué)方法。

2.1 創(chuàng)設(shè)情境、設(shè)疑激趣

數(shù)據(jù)庫設(shè)計的第1個階段是需求分析，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)與數(shù)據(jù)庫設(shè)計選題相關(guān)的業(yè)務(wù)情境、問題情境等，把要探究的問題蘊含在各種情境之中。因此，這一階段采用創(chuàng)設(shè)情境、設(shè)疑激趣的探究方法，其教學(xué)目的是：結(jié)合實際業(yè)務(wù)背景，了解并分析系統(tǒng)功能和業(yè)務(wù)流程。

這個階段的教學(xué)手段和教學(xué)方法具體如下：

（1）利用現(xiàn)實的網(wǎng)絡(luò)資源導(dǎo)入案例，創(chuàng)設(shè)相近的業(yè)務(wù)情境。將學(xué)生分為若干小組，利用課前空余時間分別登錄卓越亞馬遜網(wǎng)、當(dāng)當(dāng)圖書、京東商城圖書、99網(wǎng)上書城、中國圖書網(wǎng)等網(wǎng)站，每個小組實際完成一個網(wǎng)上購書的業(yè)務(wù)流程。

（2）在實際網(wǎng)上購書的業(yè)務(wù)情境中，啟發(fā)各組學(xué)生在執(zhí)行購物的過程中認(rèn)真分析該系統(tǒng)的主要功能及業(yè)務(wù)流程。

（3）各小組學(xué)生對購書平臺的功能進(jìn)行信息收集、整理和分析，并討論不同購書平臺在系統(tǒng)功能、業(yè)務(wù)流程等方面的差異。

（4）分析并總結(jié)一個網(wǎng)上購書系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)流程和功能需求。

為了進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對數(shù)據(jù)庫設(shè)計的興趣，教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合系統(tǒng)功能啟發(fā)學(xué)生學(xué)會巧思設(shè)疑。例如，網(wǎng)上購書系統(tǒng)中的書（商品）從哪里來的？如何存放？客戶下單后如何完成配送工作？如何跟蹤訂單狀態(tài)？訂單狀態(tài)如何變化？

上述探究方法能夠為學(xué)生設(shè)置探究學(xué)習(xí)的情境，營造探究氛圍，充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生帶著疑問去分析網(wǎng)上書店的主要業(yè)務(wù)流程并歸納出所開發(fā)系統(tǒng)的具體功能需求。

2.2 提出問題、分析需求

數(shù)據(jù)庫設(shè)計第2個階段的探究方法是通過提出問題，進(jìn)而分析系統(tǒng)需求。因此，該階段的教學(xué)目的是提出問題并引導(dǎo)學(xué)生思考：①業(yè)務(wù)流程和系統(tǒng)功能的實現(xiàn)要依靠數(shù)據(jù)需求和業(yè)務(wù)規(guī)則來支持；②不同的業(yè)務(wù)流程和系統(tǒng)功能，它們的數(shù)據(jù)需求、業(yè)務(wù)規(guī)則和性能需求也是不一樣的。

這個階段的教學(xué)手段和教學(xué)方法具體如下：

（1）依托江西財經(jīng)大學(xué)畢博網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺（http：∥bb1.jxufe.cn/webapps/login/），在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理課程的教學(xué)網(wǎng)站中開設(shè)討論版，教師或?qū)W生均可以自由地提出問題或就某個問題進(jìn)行探討。

（2）教師可以拋磚引玉，提出學(xué)生沒有關(guān)注或不能發(fā)現(xiàn)的問題，以此激發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的探究意識，如配送單的圖書從何而來，配送后如何跟蹤訂單狀態(tài)。

（3）引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合業(yè)務(wù)情境并聯(lián)系實際需求，探討更為科學(xué)合理的數(shù)據(jù)需求、業(yè)務(wù)規(guī)則和性能需求。

（4）以訂單生成與訂單受理業(yè)務(wù)為例，分析其主要數(shù)據(jù)需求和業(yè)務(wù)規(guī)則。

（5）當(dāng)系統(tǒng)功能或業(yè)務(wù)流程發(fā)生變化時，數(shù)據(jù)需求、業(yè)務(wù)規(guī)則或性能需求等如何修改才能滿足這些變化的要求。endprint

上述方法可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)功能需求和業(yè)務(wù)流程，分析數(shù)據(jù)管理的業(yè)務(wù)規(guī)則和約束條件，提升學(xué)生獨立思考、互相研究的能力，幫助學(xué)生在認(rèn)知、討論、理解問題的過程中學(xué)習(xí)并形成自己的知識。

2.3 設(shè)計模型、分析論證

數(shù)據(jù)庫設(shè)計第3個階段的探究方法是設(shè)計模型、分析論證，教學(xué)目的是在分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求、業(yè)務(wù)規(guī)則和約束條件的基礎(chǔ)上，學(xué)生根據(jù)自己對問題的理解和已掌握的知識，提出解決問題的方案，設(shè)計概念模型、邏輯模型和物理模型，并通過團(tuán)隊討論、理論分析、實驗驗證等方法進(jìn)行分析論證，提高學(xué)生的分析探究能力和模型設(shè)計能力。

這個階段的教學(xué)手段和教學(xué)方法具體如下：

（1）根據(jù)需求分析設(shè)計合理的概念模型，主要完成如下任務(wù)：

①定義實體集及屬性、實體集的主碼，用E-R圖及數(shù)據(jù)字典描述被建模的實體集。

②定義聯(lián)系集及屬性、聯(lián)系集的主碼、聯(lián)系的映射基數(shù)及參與約束、實體的角色，用E-R圖描述被建模的聯(lián)系集。

③分析初步E-R圖中是否存在依賴約束、多值聯(lián)系。

④利用擴(kuò)展E-R特征對對象進(jìn)行分類及聚合。

（2）設(shè)計訂單生成業(yè)務(wù)的概念模型，如圖l所示。

該E-R模型存在如下問題：

①當(dāng)一個會員訂購?fù)粓D書多次時，會員與圖書之間是多值聯(lián)系，導(dǎo)致主碼值不能唯一，這違背了E-R模型關(guān)于聯(lián)系集主碼的確定原則。

②可能導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)冗余，如訂購業(yè)務(wù)中由于一次可以購買多種商品，導(dǎo)致訂購日期、訂單總金額等數(shù)據(jù)出現(xiàn)冗余。

為了解決這些問題，可以將上述多對多的多值依賴聯(lián)系抽象為派生實體訂單，并建立訂單與圖書之間、訂單與會員之間的聯(lián)系。為此，我們重新分析概念模型的設(shè)計方案，如圖2所示。

（3）通過團(tuán)隊討論、理論分析等不同方法，對概念模型進(jìn)行進(jìn)一步的分析論證。

①對照需求分析規(guī)格說明書，檢查E-R模型，看其是否包含了所有數(shù)據(jù)、能否滿足所有功能需求等。

②分析所建概念模型是否合理？如是否表達(dá)了正確的業(yè)務(wù)處理信息，是否需要一單多送，是否需要圖書出庫管理。

（4）邏輯模型設(shè)計。E-R模型是對現(xiàn)實世界的抽象，若要被關(guān)系數(shù)據(jù)庫所接受，必須將E-R模型轉(zhuǎn)化為關(guān)系數(shù)據(jù)庫所支持的邏輯模式。

（5）物理模型設(shè)計?？紤]數(shù)據(jù)庫要支持的負(fù)載和應(yīng)用需求，為邏輯數(shù)據(jù)庫選取一個最適合現(xiàn)實應(yīng)用的物理結(jié)構(gòu)，主要包括數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)存取路徑等。

上述探究方法可以幫助學(xué)生重點掌握數(shù)據(jù)庫各種模型設(shè)計的一般方法，指出數(shù)據(jù)庫模型設(shè)計的優(yōu)點和不足，并給出改進(jìn)的方法和措施，從正反兩方面幫助學(xué)生加深對數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論的理解和認(rèn)識，提高數(shù)據(jù)庫分析和設(shè)計的能力。

2.4 反思評價、表達(dá)交流

數(shù)據(jù)庫設(shè)計探究式教學(xué)的第4個階段是反思評價、表達(dá)交流，其教學(xué)目的是教師安排每個小組對已經(jīng)設(shè)計好的概念模型、邏輯模型、物理模型等進(jìn)行反思評價。

這個階段的教學(xué)手段和教學(xué)方法具體如下：

（1）每一個階段結(jié)束后，組織學(xué)生對設(shè)計的模型進(jìn)行自評和互評。即使各階段設(shè)計的模型能夠基本包含網(wǎng)上購書系統(tǒng)的功能需求及數(shù)據(jù)需求、業(yè)務(wù)規(guī)則、數(shù)據(jù)約束等要求，但經(jīng)過小組自評和互評，仍然可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)考慮不夠深入、脫離現(xiàn)實需求等問題。這就需要將相關(guān)功能進(jìn)行擴(kuò)充或修改，以滿足現(xiàn)實業(yè)務(wù)要求。

（2）在自評和互評過程中，教師或?qū)W生對設(shè)計的模型質(zhì)疑，設(shè)計人員解答，然后進(jìn)一步探討。如當(dāng)數(shù)據(jù)約束條件不能在E-R模型中完整地表達(dá)時，可以考慮用觸發(fā)器來幫助實現(xiàn)關(guān)系的完整性定義。

（3）教師需要對每個小組的設(shè)計過程、設(shè)計結(jié)果、答辯等各個教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行客觀公正的評價，及時指出學(xué)生在數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題，并對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況作出一個概括性的評價。

上述探究式教學(xué)方法可以引導(dǎo)學(xué)生對自己的模型設(shè)計、理解程度、思維過程等方面自我認(rèn)識、自我評價以及對自己學(xué)習(xí)進(jìn)度自我監(jiān)控，達(dá)到提高學(xué)生的表達(dá)交流能力，促使學(xué)生養(yǎng)成批判性思維的教學(xué)效果。

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的反饋檢查

由于數(shù)據(jù)庫設(shè)計不是一蹴而就的，還需要對數(shù)據(jù)庫設(shè)計的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行反饋檢查：一方面，對照前一階段的要求檢查在后一階段的設(shè)計中是否全部實現(xiàn)了；另一方面，通過后一階段的設(shè)計也能發(fā)現(xiàn)前一階段設(shè)計工作的不足。因此，數(shù)據(jù)庫設(shè)計是一個反復(fù)的過程，結(jié)合探究式教學(xué)實施的4個階段和數(shù)據(jù)庫設(shè)計的反饋檢查工作，構(gòu)造基于探究式教學(xué)模式的整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計教學(xué)實施流程，如圖3所示。

圖3中，實線部分表示探究式教學(xué)實施的各個階段及每個階段數(shù)據(jù)庫設(shè)計的主要任務(wù)；虛線部分表示各個階段可能出現(xiàn)的反饋檢查任務(wù)。主要反饋檢查任務(wù)包括：當(dāng)系統(tǒng)功能或業(yè)務(wù)流程發(fā)生變化時，數(shù)據(jù)需求、業(yè)務(wù)需求和性能需求都可能發(fā)生變化；若數(shù)據(jù)需求和業(yè)務(wù)規(guī)則發(fā)生變化，則概念模型、邏輯模型、物理模型也應(yīng)作相應(yīng)修改；當(dāng)然，概念設(shè)計的不同也同樣會導(dǎo)致邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的變化。總之，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計的各個階段及其各項設(shè)計步驟中都可能根據(jù)實際應(yīng)用功能和需求的變化經(jīng)過不斷的反思評價和反饋檢查得到進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。

3.1 系統(tǒng)功能、業(yè)務(wù)流程的改變

網(wǎng)上書店系統(tǒng)的系統(tǒng)功能因?qū)嶋H應(yīng)用需求的變化，可能導(dǎo)致業(yè)務(wù)流程也必須相應(yīng)改變，從而使數(shù)據(jù)需求、業(yè)務(wù)規(guī)則和性能需求也要相應(yīng)改變。

例如，業(yè)務(wù)處理中關(guān)于訂單配送的流程變?yōu)椋簳T可以根據(jù)需要將一個訂單進(jìn)行拆分配送，或根據(jù)所訂購圖書的庫存情況而選擇自動拆分配送，即一個訂單可以有多個配送單來完成圖書配送業(yè)務(wù)。那么，主要業(yè)務(wù)流程應(yīng)增加配送設(shè)置與圖書配送業(yè)務(wù)，系統(tǒng)功能部分可以增加配送管理功能和配送公司管理功能。因此，數(shù)據(jù)需求和業(yè)務(wù)規(guī)則也應(yīng)相應(yīng)改變?yōu)椋?/p>

①會員在生成訂單后需要進(jìn)一步進(jìn)行配送設(shè)置，包括填寫配送信息，定義配送明細(xì)，同時還需要選擇如果一個配送單中的所有圖書不是同時有貨，是否需要自動拆送。endprint

②每張配送單要求記錄下列信息：配送單號、配送日期、是否拆送、發(fā)票編號、配送狀態(tài)、配送信息（收貨人、送貨地址、郵政編碼、聯(lián)系電話等）和配送明細(xì)（ISBN、書名、配送數(shù)量等）。

③配送狀態(tài)用于記錄該配送單的當(dāng)前配送狀態(tài)：未發(fā)貨、已發(fā)貨、已送到等。訂單中的訂單狀態(tài)記錄了該訂單的當(dāng)前處理情況：未審核、退回、已審核、已部分配送、已全部配送、已處理結(jié)束等。

④訂單明細(xì)的配送狀態(tài)記錄了該圖書的當(dāng)前配送情況：未配送、已部分配送、已全部配送等。

⑤當(dāng)訂單中的某種圖書全部送到后，要更新該圖書的配送狀態(tài)為“已全部送到”。當(dāng)訂單內(nèi)全部圖書的配送狀態(tài)為“已全部送到”時，則更新該訂單的訂單狀態(tài)為“已處理結(jié)束”。

⑥一個配送單只能由一個配送公司進(jìn)行配送（不同配送單可以由不同配送公司配送）；一個配送公司可以承接多次配送業(yè)務(wù)。

3.2 數(shù)據(jù)需求、業(yè)務(wù)規(guī)則的改變

南于支持系統(tǒng)功能和業(yè)務(wù)流程的數(shù)據(jù)需求、業(yè)務(wù)規(guī)則發(fā)生變化，其對應(yīng)的概念模型也可能改變，從而邏輯模型、物理模型會相應(yīng)變化：

①伴隨著配送設(shè)置會生成配送單和配送明細(xì)。

②配送單是依附于訂單的，可將配送單建模為訂單的弱實體集，屬性有配送單號、收貨人、送貨地址、郵政編碼、聯(lián)系電話、發(fā)票編號、是否拆送等，配送單號為部分碼，是否拆送為新增屬性。

③訂單實體集與配送單弱實體集之間存在一對多的包含標(biāo)識聯(lián)系集。

④配送單弱實體集與圖書實體集之間存在多對多的圖書配送（即配送明細(xì)）聯(lián)系集，聯(lián)系屬性有配送數(shù)量。

⑤在配送單弱實體集與職員實體集之間存在多對一的分派聯(lián)系集；在配送單弱實體集與配送公司實體集之間存在多對一的配送聯(lián)系集，聯(lián)系屬性有配送日期、配送狀態(tài)。

實踐表明，采用探究式教學(xué)模式的教學(xué)效果較以前有很大的改進(jìn)。學(xué)生通過基于探究式教學(xué)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計學(xué)習(xí)，獲得了極大的成就感和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)的信心。在反思評價及反饋檢查過程中，很多學(xué)生感覺學(xué)習(xí)印象深刻、收獲很大，尤其是教師對不同概念模型的設(shè)計與分析論證方法，讓學(xué)生從不同角度深刻理解了數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本原則和方法，從而加深了學(xué)生對抽象理論的理解和認(rèn)識，提高了數(shù)據(jù)庫分析和設(shè)計的能力。

4 結(jié)語

在實際教學(xué)過程中，教師應(yīng)利用現(xiàn)代信息技術(shù)設(shè)置各種情景，精心設(shè)計有助于學(xué)生開拓思維能力的導(dǎo)學(xué)問題，采用啟發(fā)式、討論式、參與式等多種教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)和探究，在設(shè)疑、啟發(fā)、討論和反思過程中逐步培養(yǎng)學(xué)生探究創(chuàng)新的意識和能力。

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（見習(xí)編輯：劉麗麗；編輯：郭田珍）endprint