面向工程能力培養(yǎng)的數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課程實驗教學(xué)新模式探索*

熊 瑛

（中南民族大學(xué)電子信息工程學(xué)院）

《中華人民共和國高等教育法》明確提出，高等教育的任務(wù)是“培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才”。新世紀(jì)以來，社會對高級專業(yè)人才的要求日益增高，不僅要求他們要有寬素質(zhì)的專業(yè)知識和扎實的基本知識，還要有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力和實踐能力，更好地適應(yīng)社會發(fā)展的實際需要。在高等院校，實驗教學(xué)是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要途徑。它可以更好地將理論與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和專業(yè)技能。因此，必須搞好實驗教學(xué)改革，不斷提高實驗教學(xué)水平，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量?！稊?shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用》本身的實踐性較強(qiáng)，在這個課程中，實驗教學(xué)是非常重要的一部分。通過實驗教學(xué)，學(xué)生能夠熟練地運用當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和開發(fā)工具，掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)方法，使理論知識在實踐中得以應(yīng)用。所以，對實驗教學(xué)改革的探索我們應(yīng)當(dāng)重視，并以此不斷提高其教學(xué)質(zhì)量。

一、數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課程實驗教學(xué)的現(xiàn)狀分析

近年來，數(shù)據(jù)庫原理課程在各大高校已經(jīng)成為必修內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)儲存的載體，其基本原理的充分掌握，能夠為后續(xù)數(shù)據(jù)庫的學(xué)習(xí)開發(fā)打下基礎(chǔ)。在數(shù)據(jù)庫原理課程教學(xué)中，理論教學(xué)是確保學(xué)生對數(shù)據(jù)庫原理相關(guān)知識進(jìn)行了解的前提條件，但數(shù)據(jù)庫原理課程最終目的是學(xué)生能夠通過理解對數(shù)據(jù)庫原理進(jìn)行掌握并應(yīng)用，因此實驗教學(xué)對數(shù)據(jù)庫原理課程來說十分重要。 實驗教學(xué)是一種實踐性的教學(xué)方式，在數(shù)據(jù)庫原理課程中，實驗教學(xué)是通過實際上機(jī)操作，實現(xiàn)學(xué)生對理論知識的進(jìn)一步掌握，并確保學(xué)生能夠靈活應(yīng)用[1-2]。通過在實驗教學(xué)過程中對學(xué)生操作的具體情況進(jìn)行了解，對學(xué)生操作進(jìn)行評估指導(dǎo)能夠有效了解學(xué)生對知識的掌握水平，進(jìn)而有針對性地幫助學(xué)生掌握相關(guān)技能，并對日常教學(xué)活動進(jìn)行調(diào)整。實驗教學(xué)也能夠為學(xué)生最終的考核成績提供依據(jù)，確保成績考核的全面性。

電子信息工程學(xué)院數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課程共44學(xué)時（32+12），其中理論課為32課時，理論教材選用何玉潔編著機(jī)械工業(yè)出版社出版的“數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程”，主要學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫基本原理及數(shù)據(jù)庫設(shè)計等理論性較強(qiáng)的內(nèi)容，實驗學(xué)時主要講授數(shù)據(jù)庫增、刪、改、查等基本操作。實驗教學(xué)是在理論知識點講解之后針對這個知識點展開的，因為知識點單一，實驗內(nèi)容大部分為驗證性實驗，缺乏全面綜合性的實驗，且通常在實驗授課過程中老師主講，學(xué)生根據(jù)老師的講解與演示，在老師的指導(dǎo)下完成實驗項目。此種授課模式下，實驗內(nèi)容固定，且學(xué)生實際動手操作的有效時間相對較短，部分學(xué)生不能完成實驗項目內(nèi)容，而動手能力較強(qiáng)的同學(xué)則在完成實驗后也沒有發(fā)揮余地，再加上班級學(xué)生人數(shù)較多，一個老師在課堂上并不能關(guān)注到所有的學(xué)生，使得有的同學(xué)沒有進(jìn)行充分鍛煉，實驗效果并不理想。另外，課后學(xué)生只需要提交實驗報告，并未深入思考實驗內(nèi)容，也從未考慮過在實驗基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新拓展設(shè)計。因此通過12課時的實驗，大部分學(xué)生對于簡單的基礎(chǔ)實驗掌握較好，但是面對綜合應(yīng)用、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗項目，由于學(xué)生缺少綜合創(chuàng)新設(shè)計能力往往無從下手。

二、面向工程能力培養(yǎng)的數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課程實驗教學(xué)新模式探索

實驗課程作為理論教學(xué)的輔助環(huán)節(jié)，其目的是讓學(xué)生通過實驗?zāi)芨玫乩斫夂驼莆绽碚撝R，提高個人的應(yīng)用創(chuàng)新能力和動手能力。而學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)是要在實驗教學(xué)的每一個環(huán)節(jié)中實現(xiàn)，目的是為了提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力。針對實驗教學(xué)中存在的問題，以本課程的課程目標(biāo)為出發(fā)點，以課程能力要求為基礎(chǔ)，遵循“以學(xué)生為中心、教育產(chǎn)出為導(dǎo)向、教學(xué)與科研相結(jié)合”的實驗教學(xué)理念，從實驗教學(xué)體系、實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)模式等方面，對數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用實驗課程的教學(xué)進(jìn)行了探索和改革，重點培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用實踐能力。

（一）多層次實驗教學(xué)體系

實踐能力的培養(yǎng)必須遵循從基本操作能力培養(yǎng)向綜合能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，針對當(dāng)前課程教學(xué)中存在的實驗內(nèi)容單一、項目知識點分散、以驗證性實驗為主的問題和數(shù)據(jù)庫課程的特點，首先在實驗教學(xué)體系和實驗內(nèi)容上進(jìn)行改革創(chuàng)新，針對學(xué)生不同層次、不同階段的學(xué)習(xí)，采用了多層次、遞進(jìn)式的數(shù)據(jù)庫實驗教學(xué)體系，自編實驗教材，精選教學(xué)示范案例，引導(dǎo)學(xué)生在實驗過程中由淺入深、循序漸進(jìn)地進(jìn)行實驗，目的是為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。此實驗體系結(jié)合數(shù)據(jù)庫知識點的特點，由基礎(chǔ)驗證型、應(yīng)用提高型和綜合創(chuàng)新型實驗3個層次實驗組成。

在多層次實驗教學(xué)體系中，課程實驗主要圍繞基礎(chǔ)驗證實驗項目展開，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深自主學(xué)習(xí)。在他們熟悉數(shù)據(jù)庫環(huán)境和基本操作后，可以深入理解SQL語言的綜合應(yīng)用，將工程項目思想引入到面向應(yīng)用的實驗中，為下一步的綜合創(chuàng)新實驗打下基礎(chǔ)。在綜合創(chuàng)新性實驗中，學(xué)生需要綜合各門課程的知識，結(jié)合實踐設(shè)計完整的數(shù)據(jù)庫項目，主要檢驗學(xué)生對知識的綜合應(yīng)用能力，使學(xué)生解決問題的能力得到加強(qiáng)。

本實驗體系從簡單到深入，從數(shù)據(jù)庫的建立到綜合實訓(xùn)項目的設(shè)計和完成，逐步引導(dǎo)學(xué)生掌握課程的相關(guān)知識點。在整個過程中，學(xué)生可以整合所學(xué)知識，形成實驗教學(xué)體系，提高學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。

（二）遞進(jìn)式實驗內(nèi)容

傳統(tǒng)的課程實驗教學(xué)項目主要以驗證性為主，學(xué)生是在老師指導(dǎo)下按照實驗指導(dǎo)書的要求完成實驗項目，在這個過程中，實驗內(nèi)容和知識點比較分散，學(xué)生缺乏整體項目的實施鍛煉，學(xué)生工程應(yīng)用實踐能力很難得到提升。而面向工程實踐能力培養(yǎng)的實踐教學(xué)，要求實驗內(nèi)容來源于工程項目或者科研課題，引導(dǎo)學(xué)生在實際場景中分析解決問題。因此在多層次遞進(jìn)式的實驗教學(xué)體系中，我們根據(jù)課程培養(yǎng)方案，在目前實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上對實驗內(nèi)容進(jìn)行修整，從趣味性、工程性、實用性等方面考慮，增加工程性、靈活性要求更高的綜合設(shè)計型和應(yīng)用創(chuàng)新型實驗。在整個實驗內(nèi)容設(shè)計中，從數(shù)據(jù)庫的一些基本操作出發(fā)，在實驗過程中，結(jié)合Java等多科目共同實現(xiàn)完整的圖書管理系統(tǒng)項目，并且保證每個實驗都包含數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中的知識點，由淺入深分層次遞進(jìn)式實驗教學(xué)，循序漸進(jìn)逐步引導(dǎo)學(xué)生掌握課程的知識點，從而使學(xué)生的綜合應(yīng)用能力得到提高。

基礎(chǔ)驗證性實驗是實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)，學(xué)生要實現(xiàn)數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)完整性與安全性等最基本的操作，目的是為了培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)據(jù)庫操作的基礎(chǔ)知識和技能，為接下來的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，學(xué)生必須完成這一部分實驗內(nèi)容。

應(yīng)用提高型實驗包括了數(shù)據(jù)庫中函數(shù)、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)備份恢復(fù)等機(jī)制的學(xué)習(xí)，同時在這一部分實驗要求中，學(xué)有余力的同學(xué)可以使用JDBC/ODBC去訪問數(shù)據(jù)庫，目的主要是為了鍛煉學(xué)生使用SQL語言進(jìn)行數(shù)據(jù)庫高級編程能力，并在此基礎(chǔ)上強(qiáng)化工程實踐的能力。

綜合創(chuàng)新實驗是在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫理論基礎(chǔ)后進(jìn)行強(qiáng)化的綜合創(chuàng)新應(yīng)用，主要檢驗學(xué)生對數(shù)據(jù)庫知識的綜合應(yīng)用掌握情況。這部分題目不局限于一個題目，學(xué)生可以自由選擇自己感興趣的題目，同時也可以完成老師的科研課題，甚至參加一些學(xué)科競賽，沒有固定的實驗步驟，要求學(xué)生在設(shè)計中以數(shù)據(jù)庫知識為主線，結(jié)合其他如Java、算法設(shè)計等課程，按照數(shù)據(jù)庫設(shè)計開發(fā)的步驟完成一個綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫知識和其他課程有機(jī)結(jié)合。此部分內(nèi)容要求學(xué)生以小組的形式完成，由老師帶隊，學(xué)生帶動學(xué)生，也大大培養(yǎng)了培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題團(tuán)隊協(xié)作能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。

（三）線上線下混合式教學(xué)模式

在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式中，教師主導(dǎo)，從實驗的設(shè)計、執(zhí)行、完成都是由教師參與，學(xué)生處在一個被動接受狀態(tài)，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果沒有達(dá)到理想狀態(tài)。此外，課堂實驗課時有限，僅僅依賴課堂實驗環(huán)節(jié)來培養(yǎng)學(xué)生的工程能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此在數(shù)據(jù)庫實驗教學(xué)改革中，為了充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使理論實踐、課內(nèi)課外能充分融合，提高實驗效率，我們采用線上線下混合式教學(xué)模式進(jìn)行實驗教學(xué)。線上課前通過學(xué)習(xí)平臺推送學(xué)生預(yù)習(xí)實驗項目的知識，讓學(xué)生提前了解實驗內(nèi)容。同時，教師通過學(xué)習(xí)平臺分享實驗項目的相關(guān)知識學(xué)習(xí)視頻，方便學(xué)生隨時下載學(xué)習(xí)。此外，學(xué)生還可以通過學(xué)習(xí)平臺，隨時向老師反饋實驗中存在的問題。線下實驗教學(xué)，以學(xué)生為主體，教師為引導(dǎo)，讓更多的學(xué)生通過實驗過程掌握相應(yīng)的知識和技能，提高分析問題和解決問題的能力。同時采用小組合作的教學(xué)模式。根據(jù)學(xué)生的個人情況，保證每組學(xué)生組成一個階梯狀的小組，每個小組指定一個負(fù)責(zé)人。實驗過程中，同組討論實驗內(nèi)容，進(jìn)一步加深對理論知識的理解。同時，組內(nèi)學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的同學(xué)在掌握實驗內(nèi)容并完成后，可以與組內(nèi)稍弱的同學(xué)合作。同時，每個小組可以互相幫助、共同進(jìn)步。這將有助于解決教師在實驗中無法兼顧每個學(xué)生的問題，也可以促進(jìn)學(xué)生之間的互動和討論，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作能力。

僅僅通過有限的課內(nèi)實驗環(huán)節(jié)來培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此，我們要求學(xué)生利用課外時間拓展課程實驗內(nèi)容，鼓勵學(xué)生參加各類課外科技活動、學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等。依托這些競賽平臺，學(xué)生可以自主學(xué)習(xí)，也可以通過競賽任務(wù)相互合作。同時，通過大賽督促學(xué)生更好地了解社會行業(yè)的人才需求，關(guān)注行業(yè)發(fā)展動態(tài)，為未來就業(yè)發(fā)展做好準(zhǔn)備。

（四）自主編寫實驗教材，不斷更新實驗內(nèi)容

數(shù)據(jù)庫技術(shù)是目前計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中得到最廣泛應(yīng)用，也是發(fā)展最迅猛的技術(shù)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫課程的教學(xué)內(nèi)容也日新月異。因此，我們自主編寫的實驗指導(dǎo)書，明確地給出每次實驗的實驗?zāi)康摹嶒瀮?nèi)容、實驗要求、實驗步驟或方法、實驗原理、操作技巧和注意事項。每次實驗后也都給出適量的思考和練習(xí)題，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固實驗內(nèi)容，徹底改變了以往實驗課缺乏或沒有實驗指導(dǎo)書，學(xué)生不清楚每次實驗的目的、內(nèi)容、要求和實驗原理，上機(jī)就去翻課本上的例題的情況。近年來，我們針對不同層次的數(shù)據(jù)庫教學(xué)編寫了四本實驗指導(dǎo)書，保證了實驗教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)步提高。

（五）改革實驗教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力

實驗教學(xué)是教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，它不僅是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的重要手段，也是衡量高校教學(xué)質(zhì)量和就業(yè)形勢的關(guān)鍵。但“授人以魚不如授人以漁?！?，除了要求學(xué)生完成規(guī)定的實驗內(nèi)容外，我們注重把提高學(xué)生的能力和素質(zhì)作為實驗教學(xué)的目標(biāo)。在數(shù)據(jù)庫實驗教學(xué)過程中，我們注重培養(yǎng)學(xué)生以下能力。

理論知識的運用能力。理論教學(xué)和實踐教學(xué)相輔相成，兩者內(nèi)在統(tǒng)一。理論教學(xué)是基礎(chǔ)，重點在于傳授知識；實驗教學(xué)則是應(yīng)用，重點在與對學(xué)生能力的培養(yǎng)。通過實驗，不僅可以檢驗學(xué)生對理論知識的掌握程度，還可以培養(yǎng)學(xué)生的理論應(yīng)用能力，教會學(xué)生充分理解理論知識的深刻內(nèi)涵，學(xué)會達(dá)到實際應(yīng)用的目的，從而進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。例如，在綜合設(shè)計實驗中，要求學(xué)生設(shè)計一個特定需求的數(shù)據(jù)庫，除了按照數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計，還要按照需求分析對邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)等步驟進(jìn)行設(shè)計。除此之外，還要引導(dǎo)學(xué)生運用關(guān)系數(shù)據(jù)的理論知識，不忽略數(shù)據(jù)的完整性，設(shè)計出具有真正實用價值的數(shù)據(jù)庫。

獨立探究能力。雖然現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)在迅猛發(fā)展，知識也日新月異，但是由于書本和課時的限制，老師不可能實時更新所有的新知識并傳授給學(xué)生。培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情是我們的主要目的，讓他們主動學(xué)習(xí)，在實踐中不斷探索，通過個人努力提高自己。在實驗教學(xué)中，應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，以學(xué)生為中心，教師只作為教學(xué)的組織者，對學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)。老師和學(xué)生可以進(jìn)行互動，營造和諧的教與學(xué)的氛圍。對學(xué)生在操作、設(shè)計、調(diào)試過程中經(jīng)常遇到的問題老師進(jìn)行及時的啟發(fā)和引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生逐漸深入其中進(jìn)行獨立自主探究學(xué)習(xí)。比如在處理多表復(fù)雜查詢這一問題時，怎樣通過創(chuàng)建視圖快速提取有效數(shù)據(jù)，這就需要學(xué)生不斷嘗試探索。在綜合設(shè)計性實驗中，需要對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，涉及數(shù)據(jù)庫的連接技術(shù)、數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等操作。學(xué)生在課后應(yīng)廣泛查閱書籍，查找相關(guān)資料進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，然后通過不斷的實踐，最終可以完成一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)。除此之外，加強(qiáng)自主探究能力的培養(yǎng)，拓展知識面和技能，對學(xué)生將來從事相關(guān)技術(shù)工作非常重要。

團(tuán)隊協(xié)作和交流能力。在實驗中，除了培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力外，還要注重學(xué)生其他相關(guān)能力的培養(yǎng)。目前很多大型項目都是通過團(tuán)隊合作完成的，良好的溝通能力是前提。在實驗中，要注重這種能力的培養(yǎng)。對于綜合設(shè)計性實驗，鼓勵學(xué)生通過個人能力和團(tuán)隊協(xié)作完成實驗任務(wù)，實驗組采用自由組合的方式進(jìn)行分組。小組成員通過分工合作，相互研究討論，共同完成實驗任務(wù)。最后，各組以答辯的形式對實驗進(jìn)行總結(jié)，并提交相關(guān)報告，讓學(xué)生充分融入實驗，體驗實驗帶來的樂趣。通過培養(yǎng)學(xué)生的語言溝通能力和團(tuán)隊合作精神，為學(xué)生將來工作打下堅實的基礎(chǔ)

三、結(jié)束語

過本次實驗教學(xué)改革后，實驗課時為12學(xué)時，一共安排3次實驗，每次實驗4學(xué)時，分別是基礎(chǔ)驗證型實驗、應(yīng)用提高型實驗、綜合創(chuàng)新型實驗。

實驗教學(xué)是驗證和深化理論知識的重要途徑，也是提升學(xué)生工程實踐能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。以工程能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，從教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等方面改革實驗教學(xué)，自編教材，完善考核機(jī)制，鼓勵學(xué)生參加學(xué)科競賽等活動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，從而提高學(xué)生的工程實踐能力和綜合應(yīng)用能力。實踐證明，學(xué)生通過參加各種實踐項目，可以大大提高學(xué)習(xí)的主動性。在這個過程中，每組學(xué)生都可以在項目競賽中發(fā)揮個人特長完成相應(yīng)的任務(wù)，促進(jìn)了理論與實踐的結(jié)合，使學(xué)生的個人自信心得到提高，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊合作能力，同時將所學(xué)知識融入到實際項目中，極大地鍛煉了學(xué)生的工程實踐應(yīng)用能力。