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[摘 要]数据库分析与设计课程是数据库教学中的重难点内容，传统的教学方法难以加深学生对理论和实验的理解。面向项目（Project-Based Learning， PBL）的建构主义学习方法可以为学生提供一个教学理论与实验有效结合的学习方式，培养学生项目意识和团队精神，从而可以很好地提高教学的效率。
[关键词]建构主义 PBL 数据库分析与设计 框架 甘特图
[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）20-0057-03
一、引言
数据库的理论和技术是计算机科学技术的一个重要分支，是构成信息系统的重要基础。随着计算机应用的发展，数据库应用领域已从数据处理、信息管理、事务处理扩大到计算机辅助设计、人工智能、办公信息系统等新的应用领域。同时，数据库技术已广泛地应用到工农业生产、商业、行政管理、科学研究、国防建设、工程技术等各个社会领域。
数据库的理论和技术是一门涉及多学科的理论与实践相结合的课程，传统的以教师讲授为主的教学方法导致以下问题的产生：
（一）理论与实践脱节
有的学校因为教学学时的限制不安排或安排很少的实验课时，这样直接导致理论教学与实践学习完全脱节；有的学校即使安排了实验课时，教师布置的实验内容也主要是SQL语句的书写和商业数据库工具的学习，这样的实验内容显得过于简单；另外，对实验课的考核很多教师仅简单地以考勤作为衡量的标准，而没有以完成实验内容的优劣作为评价标准，从而调动不了学生实验的积极性。
（二）教学方法和手段单一
目前的数据库教学基本都是教师在课堂上讲授，学生通过作业或教师安排好的实验内容来加强对理论的学习。这种教学模式导致学生在一些重要概念上理解非常困难，如在讲授ER模型内容中，学生不能清晰地区分出弱实体集、不能正确地标识主码属性，经常会漏掉某些存在的联系等；在书写SQL语句时存在不能正确理解域值，不会运用group by子句，不能正确表达多表连接查询等问题。
（三）实验教学忽视软件工程思想
企业数据库开发采用的是工程化思想和团队合作开发来完成， 但现有的数据库实验教学都是针对具体实验内容让学生独自完成，学生在实验中难以领会软件工程的一整套方法，也缺乏创新思维。最近国外一项调查发现新毕业的IT学生普遍缺乏数据库设计能力，主要原因一方面是数据库分析和设计教学内容非常抽象，导致学生在学习过程中的理解困难；另一方面就是学生在平时的学习过程中缺乏团队和项目工作的经验。
建构主义理论倡导在教师的指导下，以学生为中心，强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识的主动建构。建构主义为数据库分析与设计课程的教学提供了全新的教学思维和方法。
二、建构主义及PBL（Project-Based Learning）的学习方法
现代建构主义认为，学习活动不是由教师单方面地向学生传递知识，而是学生根据外在信息，通过自己的背景知识建构知识学习的过程。建构主义理论倡导在教师的指导下，以学生为中心，强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识的主动建构。教学过程从以往被动的、以教师为中心向以学生为中心转变，强调学生的主动、独立学习和个性发展；注重教育与培养学生的兴趣和对学习过程的参与，从而有利于培养创新、开拓、实用型IT人才。
PBL 是建构主义教育理论中的基本观点，在整个教学过程中教师将成为学习的组织、指导、帮助和促进者，而学生则成为自主学习的实施者。实施PBL教学的基本过程主要包括设置情景，提出问题；自主学习，收集资料；分组讨论，分析归纳；总结评价，检测矫正。
与传统的教学法不同，PBL的最大特色在于强调以学生的主动学习为主，而不是传统教学中的以教师讲授为主；PBL将学习与更大的任务或问题挂钩，使学生投入于问题中；它设计真实性任务，强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中，通过学生的自主探究和合作来解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力和创新精神，突出了“课堂是灵魂，学生是主体，教师是关键”的教学理念。
三、基于建构主义的数据库分析与设计课程的教学方法
（一）数据库分析与设计课程教学面临的问题
数据库分析和设计包括系统定义、需求分析、数据库的概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计。学生在学习过程中容易对数据库分析与设计课程的学习存在错误理解，以为会使用Microsoft Access数据库就已经掌握了数据库技术，可以建立、处理结构复杂的数据库了。但是，一旦真正地开发出数据库系统来就会出现建立的数据库难用、难以满足系统需求、不能进行重设计等问题。
数据库分析与设计课程的教学目标是要帮助学生更有效地解决问题，在教学过程中要避免提供正确答案来中止学生进行进一步的思考，引导学生必须依靠自己去思考。在教学过程中不仅要求学生掌握数据库知识还需要其它相关综合能力，图1列出了学生所需掌握的数据库知识及各种相关技能。图1中各项知识和技能都不是孤立的，如ER概念模型的知识点是由标识实体、联系、属性及相关概念的描述等内容组成。
在数据库分析与设计课程中应用面向项目（Project-Based Learning）的学习方法，首先要根据本课程特色解决好一些具体的问题，主要有四个方面：
1.制定项目主题。项目要能涵盖课程中的所有概念，而且主题也不能过于分散或简单。如果主题过于分散，项目的复杂性、质量、大小及包含的概念存在很大差异可能导致实验评价非常困难。简单的主题可以降低评价的难度，但有可能因为太过简单导致学生相互之间直接进行结果的复制。
2.培养学生项目意识。有的学生可能从未做过类似的项目，在项目开始时需要特别的帮助；同时，如何有效地对项目成员、时间进行规划也是影响项目效率的一个重要因素。 3.可能会增加学生和教师的工作量。在同一学期，学生可能还需要完成其它课程的其它项目，会造成学生的负担过重；同时任课教师也会在项目的跟进、指导等方面花费较多的精力。
4.对项目结果的评测可能需要专门的知识和技能。
（二）基于PBL的教学设计
1.教学安排
数据库分析与设计课程一般安排在计算机专业的第三学年第一学期，课堂授课3个学分，包括了理论课和实验课，1个学分是10学时，实验课包括实验室上机和练习。教学目标是期望学生能对给定的用户需求来定义数据库，课程内容包含需求分析、数据分析、概念结构设计、逻辑结构设计、规范化和物理结构设计。另外还包含了其它相关内容，如XML、分布式数据库设计等。面向项目的学习方法集中于项目发展中数据库的设计与建立，同时包含了工程领域中项目管理技巧、工具及技术等。对数据库分析与设计课程的学习采用企业管理方法：时间期限、有限的资源、延误后的惩罚、文档编写及检查等。数据库设计阶段通常将大的任务划分为若干子任务，通过这种划分过程让学生去应用、理解课程涉及的所有概念。
2.教学规划
项目一开始直接向学生给出开发数据库项目的框架和项目开发时间的甘特图，如图2和图3所示。图2的项目框架主要让学生了解项目的各项子任务，采用树型结构来表示。根结点是整个项目任务，每个子结点被划分成新的子任务。图3项目时间的甘特图用来安排本学期的项目开发时间。甘特图明确标识每个任务的开始时间和结束时间，每个子任务所需的时间也明确地规定下来，完成每个子任务所需时间是按照单个人完成任务所需时间规定的。学生可以在团队中分发这些任务，对团队内部的管理由学生自己负责。给出项目框架图和时间甘特图目的是要减少项目复杂性和激励学生。因为对没有项目经验的学生来说制定长期计划是一件比较困难的事情，详细的时间规划可以帮他们避免一些困惑，减少项目开发中的不确定性。团队合作帮助学生扩展除编程以外的知识。项目开发的每个阶段都需要理解数据库设计中所涉及的概念，学生可以通过课本、网络或者听报告、实验等来加深理解。项目时间安排上考虑到任务的时间期限，让学生有足够的时间去参与并提交相应的结果。
在项目实施的过程中，学生不负责项目的整体计划，他们主要控制每个具体的任务，负责任务的实现和时间安排。因此学生更容易学会如何将一个项目分为多个子任务，合理安排时间，为以后的项目开发积累经验。而且由于全班共享计划，不同团队在完成相似的任务时，团队之间也可以通过交流来解决相似问题，不同团队之间的讨论也可扩展各项知识和技能。
3.项目选题
教师在项目选题时仅提供组织管理，并不为每个团队确定具体的选题内容。每个团队通过讨论交流后自定一个选题，要求每个团队的选题都不一样；团队对选题内容进行需求分析，形成报告，确定需要在数据库存贮的数据。
为控制项目的复杂性、质量和大小，教师可以对项目适当提出一些要求，如项目要用3个以上的强实体、包含1：1联系及存在导出属性等要求。
4.项目角色的分配
数据库的概念设计阶段由团队分担不同的角色来完成。在项目选题中书写需求分析的团队扮演数据库的最终用户，称为客户队，客户队仅提供需求不必给出设计上的要求；需求分析报告分派给另一个团队，称为开发者队，开发者队完成该选题的概念结构的设计。在开发者队和客户队之间由教师控制采用匿名交流方式。这个过程以开发者队设计出让客户队满意的概念结构为止，客户队为选题的后续开发结果负责。
经过角色分配阶段后，每个团队再重回到自己提出的选题担任开发者，考虑概念结构的设计并负责后续的开发过程。
5.评价机制
数据库分析与设计课程的学习评价包括知识和技能，教师精确衡量这种评价非常困难。我们的评价采用项目和考试的综合评价，每个团队的项目有一个评价分数，每个学生也会有一个考试分数，最终的个人成绩是由这两项分数按比例综合得到。在项目的评价过程中，项目的合理性、操作可用性、文档的可读性都是评价因素。教师在项目开发过程中会给出相应的评价和建议，学生在书写文档和开发过程中不断去修改前面完成的工作，并形成最终的结果，指导教师通过对最初的设计与最后提交的结果进行比较作为评价的参考。概念结构让团队互换角色，也可让学生从扮演者的角度对另一方给出评价。每个团队完成任务的进度也作为评价因素之一。
四、实践效果
PBL教学法真正做到了以学生为中心、教师为引导，充分发挥学生的主动性，强调学习能力的培养，促进学生运用知识的能力，培养学生的自主学习能力。项目团队成员经过资料收集、需求分析、角色互换、概念设计及课堂汇报等多个方面的锻炼，加深对概念的理解，同时也提高了学生独立思考和表达的能力。
通过对2008级、2009级两届约160名学生的调查问卷显示，在数据库分析与设计课程开展PBL教学方法获得了90%同学的赞同与肯定，并建议在以后的教学中沿用下去。在培养学生工程项目开发思想和团队合作理念的教学目标中受学生欢迎程度达到70%。通过工程项目的开发培养和团队合作精神，学生获得了更强的专业自信心。
当然，PBL教学法在应用中也还存在一些问题：
第一，学生之间的合作能力不强，有些团队最终仅靠少数能力强的学生完成任务，这对部分学生没有起到相应的效果；
第二，学生获取信息的能力较差，有些同学对查看英文文献有很强烈的畏难情绪，不愿意为此花更多的时间来学习而是采取草率的处理方式或放弃。
第三，需要打破学生的保守主义，不爱发言或害怕被别人提问题的学生比较多，需要给这些学生更多的鼓励和机会。
这需要我们更进一步地完善PBL的教学设计，提供更好的激励机制和评价机制。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 钟辉.数据库课程教学改革探索与实践[J].沈阳建筑大学学报（社会科学版），2011，12（3）.
[2] Thomas M Connolly， Carolyn E Begg. A constructivist-based approach to teaching database analysis and design[J]. Journal of information systems education，2006，17，（1）.
[3] 闵兢.建构主义视角下的“小组工作”课程教学设计[J].中国大学教学，2009，（11）.
[4] 王珊， 萨师煊.《数据库系统概论》（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2008.
[责任编辑：左 芸]
[关键词]建构主义 PBL 数据库分析与设计 框架 甘特图
[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）20-0057-03
一、引言
数据库的理论和技术是计算机科学技术的一个重要分支，是构成信息系统的重要基础。随着计算机应用的发展，数据库应用领域已从数据处理、信息管理、事务处理扩大到计算机辅助设计、人工智能、办公信息系统等新的应用领域。同时，数据库技术已广泛地应用到工农业生产、商业、行政管理、科学研究、国防建设、工程技术等各个社会领域。
数据库的理论和技术是一门涉及多学科的理论与实践相结合的课程，传统的以教师讲授为主的教学方法导致以下问题的产生：
（一）理论与实践脱节
有的学校因为教学学时的限制不安排或安排很少的实验课时，这样直接导致理论教学与实践学习完全脱节；有的学校即使安排了实验课时，教师布置的实验内容也主要是SQL语句的书写和商业数据库工具的学习，这样的实验内容显得过于简单；另外，对实验课的考核很多教师仅简单地以考勤作为衡量的标准，而没有以完成实验内容的优劣作为评价标准，从而调动不了学生实验的积极性。
（二）教学方法和手段单一
目前的数据库教学基本都是教师在课堂上讲授，学生通过作业或教师安排好的实验内容来加强对理论的学习。这种教学模式导致学生在一些重要概念上理解非常困难，如在讲授ER模型内容中，学生不能清晰地区分出弱实体集、不能正确地标识主码属性，经常会漏掉某些存在的联系等；在书写SQL语句时存在不能正确理解域值，不会运用group by子句，不能正确表达多表连接查询等问题。
（三）实验教学忽视软件工程思想
企业数据库开发采用的是工程化思想和团队合作开发来完成， 但现有的数据库实验教学都是针对具体实验内容让学生独自完成，学生在实验中难以领会软件工程的一整套方法，也缺乏创新思维。最近国外一项调查发现新毕业的IT学生普遍缺乏数据库设计能力，主要原因一方面是数据库分析和设计教学内容非常抽象，导致学生在学习过程中的理解困难；另一方面就是学生在平时的学习过程中缺乏团队和项目工作的经验。
建构主义理论倡导在教师的指导下，以学生为中心，强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识的主动建构。建构主义为数据库分析与设计课程的教学提供了全新的教学思维和方法。
二、建构主义及PBL（Project-Based Learning）的学习方法
现代建构主义认为，学习活动不是由教师单方面地向学生传递知识，而是学生根据外在信息，通过自己的背景知识建构知识学习的过程。建构主义理论倡导在教师的指导下，以学生为中心，强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识的主动建构。教学过程从以往被动的、以教师为中心向以学生为中心转变，强调学生的主动、独立学习和个性发展；注重教育与培养学生的兴趣和对学习过程的参与，从而有利于培养创新、开拓、实用型IT人才。
PBL 是建构主义教育理论中的基本观点，在整个教学过程中教师将成为学习的组织、指导、帮助和促进者，而学生则成为自主学习的实施者。实施PBL教学的基本过程主要包括设置情景，提出问题；自主学习，收集资料；分组讨论，分析归纳；总结评价，检测矫正。
与传统的教学法不同，PBL的最大特色在于强调以学生的主动学习为主，而不是传统教学中的以教师讲授为主；PBL将学习与更大的任务或问题挂钩，使学生投入于问题中；它设计真实性任务，强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中，通过学生的自主探究和合作来解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力和创新精神，突出了“课堂是灵魂，学生是主体，教师是关键”的教学理念。
三、基于建构主义的数据库分析与设计课程的教学方法
（一）数据库分析与设计课程教学面临的问题
数据库分析和设计包括系统定义、需求分析、数据库的概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计。学生在学习过程中容易对数据库分析与设计课程的学习存在错误理解，以为会使用Microsoft Access数据库就已经掌握了数据库技术，可以建立、处理结构复杂的数据库了。但是，一旦真正地开发出数据库系统来就会出现建立的数据库难用、难以满足系统需求、不能进行重设计等问题。
数据库分析与设计课程的教学目标是要帮助学生更有效地解决问题，在教学过程中要避免提供正确答案来中止学生进行进一步的思考，引导学生必须依靠自己去思考。在教学过程中不仅要求学生掌握数据库知识还需要其它相关综合能力，图1列出了学生所需掌握的数据库知识及各种相关技能。图1中各项知识和技能都不是孤立的，如ER概念模型的知识点是由标识实体、联系、属性及相关概念的描述等内容组成。
在数据库分析与设计课程中应用面向项目（Project-Based Learning）的学习方法，首先要根据本课程特色解决好一些具体的问题，主要有四个方面：
1.制定项目主题。项目要能涵盖课程中的所有概念，而且主题也不能过于分散或简单。如果主题过于分散，项目的复杂性、质量、大小及包含的概念存在很大差异可能导致实验评价非常困难。简单的主题可以降低评价的难度，但有可能因为太过简单导致学生相互之间直接进行结果的复制。
2.培养学生项目意识。有的学生可能从未做过类似的项目，在项目开始时需要特别的帮助；同时，如何有效地对项目成员、时间进行规划也是影响项目效率的一个重要因素。 3.可能会增加学生和教师的工作量。在同一学期，学生可能还需要完成其它课程的其它项目，会造成学生的负担过重；同时任课教师也会在项目的跟进、指导等方面花费较多的精力。
4.对项目结果的评测可能需要专门的知识和技能。
（二）基于PBL的教学设计
1.教学安排
数据库分析与设计课程一般安排在计算机专业的第三学年第一学期，课堂授课3个学分，包括了理论课和实验课，1个学分是10学时，实验课包括实验室上机和练习。教学目标是期望学生能对给定的用户需求来定义数据库，课程内容包含需求分析、数据分析、概念结构设计、逻辑结构设计、规范化和物理结构设计。另外还包含了其它相关内容，如XML、分布式数据库设计等。面向项目的学习方法集中于项目发展中数据库的设计与建立，同时包含了工程领域中项目管理技巧、工具及技术等。对数据库分析与设计课程的学习采用企业管理方法：时间期限、有限的资源、延误后的惩罚、文档编写及检查等。数据库设计阶段通常将大的任务划分为若干子任务，通过这种划分过程让学生去应用、理解课程涉及的所有概念。
2.教学规划
项目一开始直接向学生给出开发数据库项目的框架和项目开发时间的甘特图，如图2和图3所示。图2的项目框架主要让学生了解项目的各项子任务，采用树型结构来表示。根结点是整个项目任务，每个子结点被划分成新的子任务。图3项目时间的甘特图用来安排本学期的项目开发时间。甘特图明确标识每个任务的开始时间和结束时间，每个子任务所需的时间也明确地规定下来，完成每个子任务所需时间是按照单个人完成任务所需时间规定的。学生可以在团队中分发这些任务，对团队内部的管理由学生自己负责。给出项目框架图和时间甘特图目的是要减少项目复杂性和激励学生。因为对没有项目经验的学生来说制定长期计划是一件比较困难的事情，详细的时间规划可以帮他们避免一些困惑，减少项目开发中的不确定性。团队合作帮助学生扩展除编程以外的知识。项目开发的每个阶段都需要理解数据库设计中所涉及的概念，学生可以通过课本、网络或者听报告、实验等来加深理解。项目时间安排上考虑到任务的时间期限，让学生有足够的时间去参与并提交相应的结果。
在项目实施的过程中，学生不负责项目的整体计划，他们主要控制每个具体的任务，负责任务的实现和时间安排。因此学生更容易学会如何将一个项目分为多个子任务，合理安排时间，为以后的项目开发积累经验。而且由于全班共享计划，不同团队在完成相似的任务时，团队之间也可以通过交流来解决相似问题，不同团队之间的讨论也可扩展各项知识和技能。
3.项目选题
教师在项目选题时仅提供组织管理，并不为每个团队确定具体的选题内容。每个团队通过讨论交流后自定一个选题，要求每个团队的选题都不一样；团队对选题内容进行需求分析，形成报告，确定需要在数据库存贮的数据。
为控制项目的复杂性、质量和大小，教师可以对项目适当提出一些要求，如项目要用3个以上的强实体、包含1：1联系及存在导出属性等要求。
4.项目角色的分配
数据库的概念设计阶段由团队分担不同的角色来完成。在项目选题中书写需求分析的团队扮演数据库的最终用户，称为客户队，客户队仅提供需求不必给出设计上的要求；需求分析报告分派给另一个团队，称为开发者队，开发者队完成该选题的概念结构的设计。在开发者队和客户队之间由教师控制采用匿名交流方式。这个过程以开发者队设计出让客户队满意的概念结构为止，客户队为选题的后续开发结果负责。
经过角色分配阶段后，每个团队再重回到自己提出的选题担任开发者，考虑概念结构的设计并负责后续的开发过程。
5.评价机制
数据库分析与设计课程的学习评价包括知识和技能，教师精确衡量这种评价非常困难。我们的评价采用项目和考试的综合评价，每个团队的项目有一个评价分数，每个学生也会有一个考试分数，最终的个人成绩是由这两项分数按比例综合得到。在项目的评价过程中，项目的合理性、操作可用性、文档的可读性都是评价因素。教师在项目开发过程中会给出相应的评价和建议，学生在书写文档和开发过程中不断去修改前面完成的工作，并形成最终的结果，指导教师通过对最初的设计与最后提交的结果进行比较作为评价的参考。概念结构让团队互换角色，也可让学生从扮演者的角度对另一方给出评价。每个团队完成任务的进度也作为评价因素之一。
四、实践效果
PBL教学法真正做到了以学生为中心、教师为引导，充分发挥学生的主动性，强调学习能力的培养，促进学生运用知识的能力，培养学生的自主学习能力。项目团队成员经过资料收集、需求分析、角色互换、概念设计及课堂汇报等多个方面的锻炼，加深对概念的理解，同时也提高了学生独立思考和表达的能力。
通过对2008级、2009级两届约160名学生的调查问卷显示，在数据库分析与设计课程开展PBL教学方法获得了90%同学的赞同与肯定，并建议在以后的教学中沿用下去。在培养学生工程项目开发思想和团队合作理念的教学目标中受学生欢迎程度达到70%。通过工程项目的开发培养和团队合作精神，学生获得了更强的专业自信心。
当然，PBL教学法在应用中也还存在一些问题：
第一，学生之间的合作能力不强，有些团队最终仅靠少数能力强的学生完成任务，这对部分学生没有起到相应的效果；
第二，学生获取信息的能力较差，有些同学对查看英文文献有很强烈的畏难情绪，不愿意为此花更多的时间来学习而是采取草率的处理方式或放弃。
第三，需要打破学生的保守主义，不爱发言或害怕被别人提问题的学生比较多，需要给这些学生更多的鼓励和机会。
这需要我们更进一步地完善PBL的教学设计，提供更好的激励机制和评价机制。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 钟辉.数据库课程教学改革探索与实践[J].沈阳建筑大学学报（社会科学版），2011，12（3）.
[2] Thomas M Connolly， Carolyn E Begg. A constructivist-based approach to teaching database analysis and design[J]. Journal of information systems education，2006，17，（1）.
[3] 闵兢.建构主义视角下的“小组工作”课程教学设计[J].中国大学教学，2009，（11）.
[4] 王珊， 萨师煊.《数据库系统概论》（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2008.
[责任编辑：左 芸]