新工科背景下數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探索

李月軍

（西京學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 西安 710123）

0 引 言

習(xí)近平總書記在2016年12月“全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議”講話中指出：我們對(duì)高等教育的需要比以往任何時(shí)候都更加迫切，對(duì)科學(xué)知識(shí)和卓越人才的渴求比以往任何時(shí)候都更加強(qiáng)烈[1]。2017年上半年，教育部主導(dǎo)召開針對(duì)高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略的研討會(huì)，形成和提出的“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北京指南”確定了新工科建設(shè)的方向、原則和重點(diǎn)。2003年我國(guó)開始試行工程教育專業(yè)認(rèn)證，并于2016年6月正式加入國(guó)際工程教育認(rèn)證組織《華盛頓協(xié)議》[2]，確立了以學(xué)生能力成長(zhǎng)為宗旨的工程教育目標(biāo)[3-4]；2017年，教育部發(fā)布《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》，對(duì)人才的工程能力培養(yǎng)提出更高的要求[5-6]。

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)（如計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)等）必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)的核心技術(shù)之一。在新工科背景下，高校需要將工程教育內(nèi)容融入數(shù)據(jù)庫(kù)課程，培養(yǎng)行業(yè)需要的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用工程型人才，達(dá)到工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)課程學(xué)生學(xué)習(xí)成效的評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)STC（school-to-career）的教育目標(biāo)，圍繞新工科的3個(gè)“新”要素——理念新、要求新、途徑新，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、內(nèi)容等進(jìn)行改革探索。

1 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程現(xiàn)狀

高校數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程基本情況是總學(xué)時(shí)64（理論48+實(shí)驗(yàn)16），或總學(xué)時(shí)48（理論32+實(shí)驗(yàn)16），理論課主要學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)原理及設(shè)計(jì)等理論性較強(qiáng)的內(nèi)容，數(shù)據(jù)庫(kù)具體命令應(yīng)用需在實(shí)驗(yàn)的16學(xué)時(shí)內(nèi)完成，而工程教育是培養(yǎng)解決實(shí)際問題、具有工程能力的人才，這對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出具體且更高的要求。

1.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式有待改進(jìn)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)理論課的特點(diǎn)是內(nèi)容多、難理解，不易學(xué)習(xí)，加之學(xué)時(shí)限制，理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的命令學(xué)習(xí)只能淺嘗輒止，得不到深入展開。實(shí)驗(yàn)課由8個(gè)題目組成，以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)題目居多；實(shí)驗(yàn)環(huán)境一般采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)基本以“教師教為中心”。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式如圖1所示，首先教師采用講授+演示的方式幫助學(xué)生掌握命令的語法及應(yīng)用，其次學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完成本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

圖1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

通過16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只能了解、掌握數(shù)據(jù)庫(kù)命令的基本使用和模擬簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過程，遠(yuǎn)不能靈活應(yīng)用，更談不上將理論用于解決實(shí)際工程問題[7]。探索培養(yǎng)適合新工科行業(yè)需求的解決實(shí)際問題的工程人才的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容迫在眉睫。

1.2 學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確、無動(dòng)力

雖然學(xué)生知道學(xué)習(xí)本課程后可從事數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)維護(hù)等工作，但是因?yàn)闆]有項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)，并不能真正掌握數(shù)據(jù)庫(kù)的使用，不能應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)際存在的問題。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)理論知識(shí)復(fù)雜難學(xué)，具有挑戰(zhàn)性，大部分學(xué)生為了應(yīng)付期末考試而學(xué)，興趣不大或沒有興趣，導(dǎo)致學(xué)習(xí)熱情不高。讓學(xué)生帶著期望的目標(biāo)學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力，以目標(biāo)促進(jìn)對(duì)理論知識(shí)的深入掌握，讓解決工程問題成為興趣和動(dòng)力，這是實(shí)驗(yàn)改革環(huán)節(jié)中的重中之重。

1.3 不能達(dá)到工程專業(yè)認(rèn)證以產(chǎn)出為導(dǎo)向的要求

工程專業(yè)認(rèn)證強(qiáng)調(diào)專業(yè)教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施以學(xué)生接受教育后所取得的學(xué)習(xí)成果為向?qū)?，?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，應(yīng)該達(dá)到產(chǎn)出為導(dǎo)向的要求。針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生能力達(dá)成度、畢業(yè)產(chǎn)出為導(dǎo)向的目標(biāo)，則需要對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、解決實(shí)際問題的工程能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)證明數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是迫切需要的。

1.4 與終身職業(yè)教育關(guān)聯(lián)不緊密

STC（school-to-career）是將學(xué)校教育與職業(yè)生涯結(jié)合的理念，通過教育使學(xué)生具備相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)、職業(yè)技能等，有利于事業(yè)的發(fā)展和提升[8]。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中學(xué)到行業(yè)需要的技能，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，不僅能為畢業(yè)即工作做好準(zhǔn)備，而且能為后續(xù)事業(yè)做好長(zhǎng)期鋪墊，這在數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)中都是值得思考并改進(jìn)的內(nèi)容。

2 課程改革設(shè)計(jì)

針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程教學(xué)中存在的問題，以新工科的“三新”要素理念新、要求新、途徑新為指導(dǎo)，確立“以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的課程改革新理念，“以證促學(xué)”的課程實(shí)施新途徑，工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的新要求，對(duì)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、內(nèi)容、考核3個(gè)維度進(jìn)行改革。

2.1 課程改革總體思路

課程改革的核心是在實(shí)踐教學(xué)中引入工業(yè)和信息化部教育與考試中心負(fù)責(zé)的全國(guó)信息技術(shù)水平考試——數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師技術(shù)水平證書（SQL）上機(jī)考題、國(guó)家計(jì)算機(jī)技術(shù)與軟件專業(yè)技術(shù)資格（水平）考試——數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)工程師下午應(yīng)用技術(shù)考題，通過技術(shù)水平證書考題強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)命令解決實(shí)際問題的能力。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)工程師應(yīng)用技術(shù)考題是與行業(yè)結(jié)合緊密的實(shí)戰(zhàn)內(nèi)容，有利于強(qiáng)化學(xué)生計(jì)算思維、分析問題、解決問題等能力，達(dá)到行業(yè)所需工程應(yīng)用型人才的標(biāo)準(zhǔn)?！耙宰C促學(xué)”確定了學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)，考取的證書助力DBA（數(shù)據(jù)庫(kù)管理員）崗位聘用，確定了學(xué)生學(xué)習(xí)方向，提高學(xué)生對(duì)課程的關(guān)注度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)動(dòng)力，達(dá)到以行業(yè)需求、產(chǎn)出為導(dǎo)向的目標(biāo)，為學(xué)生就業(yè)和未來職業(yè)生涯發(fā)展奠定牢固基礎(chǔ)。

2.2 結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”的混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革

由于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程理論課時(shí)有限，加上其理論內(nèi)容多、難學(xué)的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用方面的學(xué)習(xí)都集中于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，因此開展有效的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，達(dá)到工程人才培養(yǎng)目標(biāo)，進(jìn)行混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革勢(shì)在必行。

混合教學(xué)模式能實(shí)現(xiàn)“教師教為中心”到“學(xué)生學(xué)為中心”的轉(zhuǎn)變，以學(xué)生的問題為導(dǎo)向、學(xué)生的參與為手段、學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)到為評(píng)價(jià)，教師不再是課堂主體，教師的作用是指導(dǎo)、反饋和點(diǎn)評(píng)?；旌鲜綄?shí)驗(yàn)教學(xué)主要包括3個(gè)階段：課前預(yù)習(xí)、課堂討論和課后提升，如圖2所示。教師課前重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，將知識(shí)點(diǎn)融入每個(gè)任務(wù)，以微課的形式展示給學(xué)生，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，完成任務(wù)，掌握知識(shí)點(diǎn)；以問題導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)開展課堂活動(dòng)，教師引入問題，激發(fā)學(xué)生積極思維，從學(xué)生對(duì)問題的認(rèn)知沖突中引導(dǎo)學(xué)生展開討論，形成師生互動(dòng)、學(xué)生互動(dòng)的思維性課堂，通過點(diǎn)評(píng)答疑增強(qiáng)學(xué)生信心，借助結(jié)果展示讓學(xué)生獲得滿足感，通過學(xué)思結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、思維與能力的發(fā)展；課后基于知識(shí)與思維技能自主完成拓展實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用遷移，解決行業(yè)實(shí)際問題，達(dá)到工程能力培養(yǎng)目標(biāo)。

圖2 混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

2.3 結(jié)合工程能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已不能達(dá)到新工科對(duì)人才工程能力培養(yǎng)的更高要求，驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)單元不能激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，固化的“按部就班”“填鴨式”的模仿性實(shí)驗(yàn)阻礙了學(xué)生計(jì)算思維能力的發(fā)展[9]，知識(shí)遷移能力的不足，導(dǎo)致解決實(shí)際問題能力的工程人才培養(yǎng)比較困難。

為了達(dá)到對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)、產(chǎn)出為導(dǎo)向的目標(biāo)，結(jié)合混合教學(xué)模式，以階梯式教學(xué)方式為基礎(chǔ)[10]，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行遞進(jìn)式改革，具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容見表1。

課前學(xué)生通過微課進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，按照微課的實(shí)驗(yàn)步驟完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，依據(jù)微課的學(xué)習(xí)或查閱資料完成理論知識(shí)點(diǎn)測(cè)試，課前的有效學(xué)習(xí)能夯實(shí)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握和對(duì)命令的應(yīng)用實(shí)踐；課堂上針對(duì)進(jìn)階實(shí)驗(yàn)題目——數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師技術(shù)水平證書（SQL）上機(jī)考題，以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體展開互動(dòng)教學(xué)，以師生、學(xué)生討論的方式解決問題，最終以每組正確完成實(shí)驗(yàn)題目為課程的學(xué)習(xí)成果檢驗(yàn)，通過課堂學(xué)習(xí)進(jìn)一步提高學(xué)生解決問題的能力；課后學(xué)生需挑戰(zhàn)自己，根據(jù)個(gè)人職業(yè)規(guī)劃完成拓展實(shí)驗(yàn)——數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)工程師下午應(yīng)用技術(shù)考題，在完成過程中學(xué)生需要進(jìn)行知識(shí)延伸學(xué)習(xí)，找到自學(xué)的方式、方法、途徑等，因?yàn)槁殬I(yè)生涯的發(fā)展與提升是一個(gè)不斷自學(xué)習(xí)的過程，需要通過課后的提高訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力和解決行業(yè)實(shí)際問題的工程能力。

2.4 結(jié)合思維導(dǎo)圖的實(shí)驗(yàn)考核改革

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)過程是先了解知識(shí)點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的作用，再學(xué)習(xí)理論內(nèi)容，最后命令實(shí)現(xiàn)。以數(shù)據(jù)庫(kù)完整性為例，它的作用是保證數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)在邏輯上的一致性、正確性、有效性和相容性，通過實(shí)體完整性、域完整性、參照完整性、用戶自定義完整性實(shí)現(xiàn)，在掌握各種完整性的功能和要求后，通過建立各種約束進(jìn)行命令實(shí)現(xiàn)。理論和應(yīng)用是一脈相承的，只有知其源，才能更好地進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定的主要依據(jù)之一，并沒有體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與相關(guān)理論知識(shí)的關(guān)聯(lián)，學(xué)生缺乏對(duì)知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)掌握。思維導(dǎo)圖是發(fā)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系及建立完整知識(shí)體系的重要工具[11]，因此，要求學(xué)生課后根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和關(guān)聯(lián)的理論知識(shí)繪制思維導(dǎo)圖，把實(shí)驗(yàn)報(bào)告和思維導(dǎo)圖共同作為實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定依據(jù)。在繪制思維導(dǎo)圖過程中，學(xué)生能理清知識(shí)點(diǎn)間的層次關(guān)系，提高邏輯思維能力，獲得更加有效的知識(shí)記憶[12]。

表1 混合模式下的遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

表2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)施前后數(shù)據(jù)對(duì)比

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成果評(píng)價(jià)

西京學(xué)院從2016年在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)正式啟動(dòng)實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，實(shí)驗(yàn)改革前后數(shù)據(jù)見表2，改革后課程期末考試通過率、技術(shù)水平證書的考取率都提高了近10%。國(guó)家軟考數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)工程師考試內(nèi)容涉及其他科目知識(shí)，成功考取人數(shù)有限，但隨著改革經(jīng)驗(yàn)的積累，會(huì)助力更多學(xué)生考取該證書?；旌辖虒W(xué)模式+考證的明確目標(biāo)、個(gè)性化學(xué)習(xí)方式、學(xué)生為本的教學(xué)策略激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，通過考取證書強(qiáng)化了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐操作能力，有利于學(xué)生探究自主學(xué)習(xí)方法，展開延伸知識(shí)的自我學(xué)習(xí)。

4 結(jié) 語

在新工科“三新”理念的指導(dǎo)下，以產(chǎn)出為導(dǎo)向培養(yǎng)行業(yè)所需人才，以證促學(xué)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)，從教學(xué)模式、內(nèi)容、考核3個(gè)維度進(jìn)行的混合式教學(xué)改革能引導(dǎo)學(xué)生積極思考，培養(yǎng)其計(jì)算思維能力。課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革能達(dá)到工程能力培養(yǎng)的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)學(xué)思結(jié)合、知行統(tǒng)一的認(rèn)知重構(gòu)，對(duì)同類課程實(shí)驗(yàn)改革有一定的借鑒意義。