新工科背景下《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理》教學(xué)實(shí)踐探索

史海濤，邊玲燕，魏燚偉

（中國石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)計(jì)算機(jī)系，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

當(dāng)今世界，新一輪的科技和產(chǎn)業(yè)革命迅猛發(fā)展，世界各國之間的競爭更趨白熱化。說到底，綜合國力的競爭就是教育和人才的競爭。目前，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，這就要求工程科技人才具備更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力，加快新工科建設(shè)，助力經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)[1]。“復(fù)旦共識(shí)”、“天大行動(dòng)”、“北京指南”新工科建設(shè)“三部曲”[2]奏響了人才培養(yǎng)主旋律，開拓了工程教育改革新路徑?！靶鹿た啤钡膬?nèi)涵不僅體現(xiàn)在新理念、新專業(yè)，新的人才的培養(yǎng)模式、新的教育方法、新教學(xué)技術(shù)的應(yīng)用同樣不可或缺，甚至更加重要。通過多方面的改革，以培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才[3]。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺點(diǎn)和弊端

傳統(tǒng)教學(xué)模式下，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理課堂由老師“主宰”，形成了“老師教學(xué)為主，課后答疑為輔，學(xué)生作業(yè)為補(bǔ)充”的鮮明特點(diǎn)。實(shí)質(zhì)上這忽略了在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生才是認(rèn)知主體的客觀事實(shí)，不利于發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。經(jīng)調(diào)研與總結(jié)，傳統(tǒng)教學(xué)模式存在以下幾點(diǎn)問題：

1.1 教學(xué)內(nèi)容安排缺乏軟件工程思想

國內(nèi)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理教材以基本理論，基本技術(shù)和基本方法的闡述為主[4]。教材的編寫先講關(guān)系數(shù)據(jù)理論，再講SQL操作，最后講數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)等。理論授課依教材而行，上機(jī)實(shí)踐多以SQL練習(xí)為主，理論授課和上機(jī)實(shí)踐過程缺乏邏輯性和連貫性。從數(shù)據(jù)庫開發(fā)的角度來講，沒有從軟件工程的角度層層剖析，不利于學(xué)生系統(tǒng)地掌握知識(shí)和技術(shù)。導(dǎo)致學(xué)生只知道關(guān)系代數(shù)是關(guān)系代數(shù)，SQL是SQL，規(guī)范化是規(guī)范化，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，而不知道他們之間有著邏輯關(guān)系，學(xué)到的知識(shí)是“一盤散沙”，沒有“串起來”。因此在授課環(huán)節(jié)調(diào)整章節(jié)順序，引入軟件工程的思想，按照軟件工程的思想去逐步展開教學(xué)更有利于學(xué)生系統(tǒng)掌握知識(shí)。

1.2 教學(xué)模式單一

目前課程理論課教學(xué)主要以以老師講授，學(xué)生聽課為主，習(xí)題課和課后答疑作為輔助教學(xué)手段，授課方式相對單一。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理全面介紹數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)理論、技術(shù)和方法，內(nèi)容豐富。不同章節(jié)、知識(shí)點(diǎn)之間有很大的差異性，因此授課環(huán)節(jié)根據(jù)不同章節(jié)特點(diǎn)選取恰當(dāng)?shù)氖谡n方式非常必要。

1.3 重理論，輕實(shí)踐

目前課程教學(xué)目標(biāo)以基本概念掌握為主，在掌握理論框架的基礎(chǔ)上，使學(xué)生初步具備使用某一種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的能力。教學(xué)的絕對重心是掌握基本理論，上機(jī)實(shí)踐僅僅是應(yīng)用SQL表達(dá)各種數(shù)據(jù)操作。近幾年互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的領(lǐng)域不斷拓寬，企業(yè)對學(xué)生的要求也越來越高；同時(shí)新工科建設(shè)也要求高校創(chuàng)新工程教育方式與手段。因此在數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)中改變以往“重理論，輕實(shí)踐”的教學(xué)模式，在教學(xué)過程中貫穿數(shù)據(jù)庫開發(fā)的內(nèi)容是非常有必要的。

2 改革方案總體設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的缺點(diǎn)和弊端制約了教學(xué)效果和學(xué)生的主觀能動(dòng)性，也不利于學(xué)生對知識(shí)的理解和掌握。本文提出了一種“以學(xué)生教師雙核心為主體，以軟件項(xiàng)目開發(fā)思想為驅(qū)動(dòng)，以實(shí)際項(xiàng)目案例為切入點(diǎn)，多種教學(xué)模式相融合”的教學(xué)改革方法，主要包含以下幾個(gè)方面：

（1）理論課的授課過程中，抓住“軟件工程”和“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”兩個(gè)中心思想。重新梳理章節(jié)結(jié)構(gòu)和知識(shí)體系，把原來“一盤散沙”的知識(shí)點(diǎn)重組成新的邏輯結(jié)構(gòu)，即按照數(shù)據(jù)庫開發(fā)流程組織。在理論課教學(xué)過程中用實(shí)際項(xiàng)目案例的數(shù)據(jù)庫代替教材的示例數(shù)據(jù)庫，從需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的生命周期出發(fā)，重新設(shè)計(jì)案例和習(xí)題。經(jīng)過學(xué)習(xí)和練習(xí)，使學(xué)生從宏觀上系統(tǒng)的掌握知識(shí)和技術(shù)，真正獲得開發(fā)設(shè)計(jì)DBMS的基本能力。

（2）授課方式上，改變以往老師講授，學(xué)生聽課為主教學(xué)模式，根據(jù)知識(shí)的特點(diǎn)采取“多元化”的授課方式。對于數(shù)據(jù)庫基本概念、數(shù)據(jù)模型、規(guī)范化理論等理論性較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)選用LBL（Lecture-Based Learning）方式教學(xué)，上課的效率更高，學(xué)生也更易于接受；對于E-R模型、SQL操作等實(shí)踐性較強(qiáng)的授課內(nèi)容，采用CBL（Case Study-Based Learning）的教學(xué)方法可以讓學(xué)生結(jié)合實(shí)際的案例領(lǐng)會(huì)理論知識(shí)如何在實(shí)際中運(yùn)用，進(jìn)而提升學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力；對于少量重難點(diǎn)知識(shí)，采取PBL（Problem-Based Learning）的教學(xué)方式更加合適；對于了解以及拓展的內(nèi)容，采用“線上學(xué)習(xí)，線下分享”和“翻轉(zhuǎn)課堂”的方式進(jìn)行，提升學(xué)生的參與度和積極性。通過多元化的授課方式，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

（3）實(shí)踐內(nèi)容的制定上，改變以往“重理論，輕實(shí)踐”的特點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目案例，圍繞數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)流程，采用“以任務(wù)為主線，設(shè)計(jì)開發(fā)與文檔撰寫齊頭并進(jìn)”的方式開展實(shí)踐內(nèi)容。具體而言，根據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的流程設(shè)計(jì)多個(gè)實(shí)踐任務(wù)，讓學(xué)生依次完成。在任務(wù)的設(shè)計(jì)上要重難點(diǎn)突出，任務(wù)分配合理，同時(shí)要求完成設(shè)計(jì)和文檔的撰寫。通過這樣成體系的訓(xùn)練，增加學(xué)生的動(dòng)手能力和知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力。

3 改革措施

根據(jù)以上總體設(shè)計(jì)思路，從授課到實(shí)踐均提出相應(yīng)的改革措施。主要包含理論課授課、案例編寫、教學(xué)方式制定、實(shí)踐講義編寫、考核方式幾方面。改革的具體措施如下：

（1）理論課授課方面，首先梳理知識(shí)點(diǎn)，找到其在數(shù)據(jù)庫開發(fā)生命周期中的所處位置，然后根據(jù)數(shù)據(jù)庫開發(fā)的步驟重新組織章節(jié)結(jié)構(gòu)和授課順序。理順?biāo)悸分?，在授課內(nèi)容里再加上軟件工程的思想，讓學(xué)生建立規(guī)范化，流程化的思維。例如：數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，重點(diǎn)不僅是把概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)好的E-R圖轉(zhuǎn)換為與特定數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型相符合邏輯結(jié)構(gòu)，而且要強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化以及文檔編寫。這樣學(xué)生就會(huì)知道在實(shí)際的項(xiàng)目開發(fā)中，什么時(shí)候要做數(shù)據(jù)模型優(yōu)化，同時(shí)養(yǎng)成編制開發(fā)文檔的好習(xí)慣，從而對數(shù)據(jù)庫開發(fā)的過程有一個(gè)整體的理解和把握。

（2）案例編寫方面，不采用教材的示例數(shù)據(jù)庫。示例數(shù)據(jù)庫只有三張表且數(shù)據(jù)量較少，這與實(shí)際應(yīng)用情況不符。實(shí)際數(shù)據(jù)庫開發(fā)中遇到的問題絕不是三張表就能解決的，并且數(shù)據(jù)量不會(huì)如此之少。數(shù)據(jù)庫編程和并發(fā)控制等章節(jié)知識(shí)的理解非常需要實(shí)際的案例演示來配合講解，但是教材內(nèi)容只有相關(guān)的理論和代碼展示，并沒有實(shí)際的的結(jié)果展示，這樣的方式不夠直觀也不便于理解。因此將示例數(shù)據(jù)庫更改為實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)庫是非常必要的。在授課過程中，我將之前項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)庫作為本課程的示例數(shù)據(jù)庫，按照知識(shí)點(diǎn)去準(zhǔn)備問題和結(jié)果，這樣學(xué)生接觸到的是更加貼近實(shí)際應(yīng)用的問題和結(jié)果，有助于對知識(shí)的理解。

（3）教學(xué)方式制定方面，按照之前提到的各種授課方式和不同章節(jié)知識(shí)的特點(diǎn)，采取恰當(dāng)?shù)氖谡n方式，有些章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)需要幾種授課方式相結(jié)合。比如說對于概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，采用CBL的教學(xué)方式更加恰當(dāng)，同時(shí)輔以“翻轉(zhuǎn)課堂”的方式，讓學(xué)生輪流講解自己設(shè)計(jì)的E-R圖，之后老師和學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)評。通過這兩種方式，學(xué)生對于知識(shí)的理解和把握會(huì)更容易，同時(shí)也可以帶動(dòng)學(xué)生的積極性和參與感，有利于培養(yǎng)學(xué)生對課程的興趣和主動(dòng)性；對于規(guī)范化這樣的知識(shí)點(diǎn)，采用LBL的方式則更加恰當(dāng)，這部分知識(shí)難度相對較大，學(xué)生理解比較困難，通過老師講授的方式更易于學(xué)生系統(tǒng)、清晰的理解和把握知識(shí)[5]。

（4）實(shí)踐講義編寫方面，根據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟，同時(shí)參考實(shí)際項(xiàng)目涉及到的問題編制出了七個(gè)綜合性的實(shí)踐任務(wù)，具體有DBMS軟件的安裝，卸載及認(rèn)識(shí)、SQL練習(xí)（這是實(shí)踐部分的重點(diǎn)，包含數(shù)據(jù)庫的建立、索引的建立及刪除、數(shù)據(jù)的操縱的實(shí)現(xiàn)、完整性約束的檢查和違約處理、視圖的相關(guān)操作等）、其他數(shù)據(jù)庫對象的管理、數(shù)據(jù)庫安全機(jī)制，數(shù)據(jù)庫編程等部分，全方位的訓(xùn)練學(xué)生的數(shù)據(jù)庫編程能力。

（5）考核方式方面，改變了平時(shí)作業(yè)和期末考試構(gòu)成總成績的方式，將課堂表現(xiàn)和實(shí)踐內(nèi)容的考核納入最終考核，并且降低期末考試的比例，提高實(shí)踐內(nèi)容考核的比例，形成“全過程、全方位”的考核方式。課堂表現(xiàn)方面，以回答問題的積極性、回答問題的正確率、課后思考的全面性、課堂分享的趣味性和表現(xiàn)力作為考核指標(biāo)，帶動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，形成良好的學(xué)習(xí)氛圍和學(xué)習(xí)習(xí)慣；實(shí)踐內(nèi)容考核方面，考核實(shí)踐報(bào)告、實(shí)踐代碼和答辯過程，全面把握學(xué)生實(shí)踐過程的真實(shí)性和水平。

4 結(jié)語

經(jīng)過一個(gè)周期的課改實(shí)施，結(jié)果表明本文提出的教學(xué)改革方法有助于提高學(xué)生的參與度和獲得感，助力學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)態(tài)度，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的專業(yè)核心課程，數(shù)據(jù)庫開發(fā)能力是目前互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)對開發(fā)崗位的基本能力要求，通過教學(xué)改革不斷探索新的教育方法、應(yīng)用新教學(xué)技術(shù)，是“新工科”的核心內(nèi)涵。通過不斷地改革、不斷地創(chuàng)新工科人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)面向產(chǎn)業(yè)界、面向世界、面向未來的新工科人才是高校教師的永恒課題。