新工科背景下數據庫系統課程實驗教學的改革與探索

李月軍

（西京學院 信息工程學院，陜西 西安 710123）

0 引 言

習近平總書記在2016年12月“全國高校思想政治工作會議”講話中指出：我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學知識和卓越人才的渴求比以往任何時候都更加強烈[1]。2017年上半年，教育部主導召開針對高校工程教育發展戰略的研討會，形成和提出的“復旦共識”“天大行動”“北京指南”確定了新工科建設的方向、原則和重點。2003年我國開始試行工程教育專業認證，并于2016年6月正式加入國際工程教育認證組織《華盛頓協議》[2]，確立了以學生能力成長為宗旨的工程教育目標[3-4]；2017年，教育部發布《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，對人才的工程能力培養提出更高的要求[5-6]。

數據庫技術是計算機相關專業（如計算機科學與技術、軟件工程、物聯網工程、數據科學與大數據技術等）必修的專業基礎課程，也是應用軟件系統開發的核心技術之一。在新工科背景下，高校需要將工程教育內容融入數據庫課程，培養行業需要的數據庫應用工程型人才，達到工程教育專業認證對數據庫課程學生學習成效的評價，實現以學生為中心，以產出為導向，實現STC（school-to-career）的教育目標，圍繞新工科的3個“新”要素——理念新、要求新、途徑新，對數據庫系統課程的實驗教學模式、內容等進行改革探索。

1 數據庫系統課程現狀

高校數據庫系統課程基本情況是總學時64（理論48+實驗16），或總學時48（理論32+實驗16），理論課主要學習數據庫原理及設計等理論性較強的內容，數據庫具體命令應用需在實驗的16學時內完成，而工程教育是培養解決實際問題、具有工程能力的人才，這對數據庫課程實驗教學提出具體且更高的要求。

1.1 實驗教學模式有待改進

數據庫系統理論課的特點是內容多、難理解，不易學習，加之學時限制，理論轉化為實踐的命令學習只能淺嘗輒止，得不到深入展開。實驗課由8個題目組成，以驗證性實驗題目居多；實驗環境一般采用SQL Server數據庫管理系統，實驗課教學基本以“教師教為中心”。實驗教學模式如圖1所示，首先教師采用講授+演示的方式幫助學生掌握命令的語法及應用，其次學生在教師的指導下完成本節課的實驗項目。

圖1 實驗教學模式

通過16學時的實驗，學生只能了解、掌握數據庫命令的基本使用和模擬簡單的數據庫設計過程，遠不能靈活應用，更談不上將理論用于解決實際工程問題[7]。探索培養適合新工科行業需求的解決實際問題的工程人才的數據庫實驗教學模式及實驗內容迫在眉睫。

1.2 學生學習目標不明確、無動力

雖然學生知道學習本課程后可從事數據庫應用系統開發、后臺數據庫開發維護等工作，但是因為沒有項目實戰，并不能真正掌握數據庫的使用，不能應對數據庫實際存在的問題。數據庫系統理論知識復雜難學，具有挑戰性，大部分學生為了應付期末考試而學，興趣不大或沒有興趣，導致學習熱情不高。讓學生帶著期望的目標學習，增強學習的動力，以目標促進對理論知識的深入掌握，讓解決工程問題成為興趣和動力，這是實驗改革環節中的重中之重。

1.3 不能達到工程專業認證以產出為導向的要求

工程專業認證強調專業教學設計和教學實施以學生接受教育后所取得的學習成果為向導，數據庫系統作為計算機相關專業的核心基礎課程，應該達到產出為導向的要求。針對數據庫系統課程的特點，實現以學生能力達成度、畢業產出為導向的目標，則需要對學生動手能力、解決實際問題的工程能力進行評價，評價標準證明數據庫系統課程的實驗教學改革是迫切需要的。

1.4 與終身職業教育關聯不緊密

STC（school-to-career）是將學校教育與職業生涯結合的理念，通過教育使學生具備相關工作經驗、職業技能等，有利于事業的發展和提升[8]。讓學生在學習過程中學到行業需要的技能，提升學生的創新能力，不僅能為畢業即工作做好準備，而且能為后續事業做好長期鋪墊，這在數據庫教學中都是值得思考并改進的內容。

2 課程改革設計

針對數據庫系統課程教學中存在的問題，以新工科的“三新”要素理念新、要求新、途徑新為指導，確立“以產出為導向”的課程改革新理念，“以證促學”的課程實施新途徑，工程能力培養為目標的新要求，對課程的實驗教學模式、內容、考核3個維度進行改革。

2.1 課程改革總體思路

課程改革的核心是在實踐教學中引入工業和信息化部教育與考試中心負責的全國信息技術水平考試——數據庫應用系統設計工程師技術水平證書（SQL）上機考題、國家計算機技術與軟件專業技術資格（水平）考試——數據庫系統工程師下午應用技術考題，通過技術水平證書考題強化學生動手實踐能力，培養學生靈活應用數據庫命令解決實際問題的能力。數據庫系統工程師應用技術考題是與行業結合緊密的實戰內容，有利于強化學生計算思維、分析問題、解決問題等能力，達到行業所需工程應用型人才的標準。“以證促學”確定了學生學習目標，考取的證書助力DBA（數據庫管理員）崗位聘用，確定了學生學習方向，提高學生對課程的關注度，激發學生學習興趣，增強其學習動力，達到以行業需求、產出為導向的目標，為學生就業和未來職業生涯發展奠定牢固基礎。

2.2 結合“互聯網+”的混合實驗教學模式改革

由于數據庫系統課程理論課時有限，加上其理論內容多、難學的特點，數據庫應用方面的學習都集中于實驗教學，因此開展有效的實驗學習，達到工程人才培養目標，進行混合式實驗教學改革勢在必行。

混合教學模式能實現“教師教為中心”到“學生學為中心”的轉變，以學生的問題為導向、學生的參與為手段、學生學習目標達到為評價，教師不再是課堂主體，教師的作用是指導、反饋和點評。混合式實驗教學主要包括3個階段：課前預習、課堂討論和課后提升，如圖2所示。教師課前重構教學內容，將知識點融入每個任務，以微課的形式展示給學生，學生自主學習，完成任務，掌握知識點；以問題導向、任務驅動開展課堂活動，教師引入問題，激發學生積極思維，從學生對問題的認知沖突中引導學生展開討論，形成師生互動、學生互動的思維性課堂，通過點評答疑增強學生信心，借助結果展示讓學生獲得滿足感，通過學思結合，促進學生知識、思維與能力的發展；課后基于知識與思維技能自主完成拓展實驗，實現應用遷移，解決行業實際問題，達到工程能力培養目標。

圖2 混合式實驗教學模式

2.3 結合工程能力培養的實驗內容改革

現有的實驗內容已不能達到新工科對人才工程能力培養的更高要求，驗證性的實驗單元不能激發學生主動思考，固化的“按部就班”“填鴨式”的模仿性實驗阻礙了學生計算思維能力的發展[9]，知識遷移能力的不足，導致解決實際問題能力的工程人才培養比較困難。

為了達到對學生工程能力的培養、產出為導向的目標，結合混合教學模式，以階梯式教學方式為基礎[10]，對實驗內容進行遞進式改革，具體實驗內容見表1。

課前學生通過微課進行自主學習，按照微課的實驗步驟完成基礎實驗項目，依據微課的學習或查閱資料完成理論知識點測試，課前的有效學習能夯實學生對知識點的掌握和對命令的應用實踐；課堂上針對進階實驗題目——數據庫應用系統設計工程師技術水平證書（SQL）上機考題，以教師為主導、學生為主體展開互動教學，以師生、學生討論的方式解決問題，最終以每組正確完成實驗題目為課程的學習成果檢驗，通過課堂學習進一步提高學生解決問題的能力；課后學生需挑戰自己，根據個人職業規劃完成拓展實驗——數據庫系統工程師下午應用技術考題，在完成過程中學生需要進行知識延伸學習，找到自學的方式、方法、途徑等，因為職業生涯的發展與提升是一個不斷自學習的過程，需要通過課后的提高訓練，培養學生終身學習的能力和解決行業實際問題的工程能力。

2.4 結合思維導圖的實驗考核改革

數據庫系統課程的學習過程是先了解知識點在數據庫中的作用，再學習理論內容，最后命令實現。以數據庫完整性為例，它的作用是保證數據庫中數據在邏輯上的一致性、正確性、有效性和相容性，通過實體完整性、域完整性、參照完整性、用戶自定義完整性實現，在掌握各種完整性的功能和要求后，通過建立各種約束進行命令實現。理論和應用是一脈相承的，只有知其源，才能更好地進行實踐應用。實驗報告作為實驗成績評定的主要依據之一，并沒有體現出實驗項目與相關理論知識的關聯，學生缺乏對知識點的系統掌握。思維導圖是發現知識點間的聯系及建立完整知識體系的重要工具[11]，因此，要求學生課后根據實驗內容和關聯的理論知識繪制思維導圖，把實驗報告和思維導圖共同作為實驗成績的評定依據。在繪制思維導圖過程中，學生能理清知識點間的層次關系，提高邏輯思維能力，獲得更加有效的知識記憶[12]。

表1 混合模式下的遞進式實驗內容

表2 實驗教學改革實施前后數據對比

3 實驗教學改革成果評價

西京學院從2016年在計算機科學與技術專業正式啟動實施數據庫系統課程實驗教學改革，實驗改革前后數據見表2，改革后課程期末考試通過率、技術水平證書的考取率都提高了近10%。國家軟考數據庫系統工程師考試內容涉及其他科目知識，成功考取人數有限，但隨著改革經驗的積累，會助力更多學生考取該證書。混合教學模式+考證的明確目標、個性化學習方式、學生為本的教學策略激發了學生學習的興趣，通過考取證書強化了學生的動手實踐操作能力，有利于學生探究自主學習方法，展開延伸知識的自我學習。

4 結 語

在新工科“三新”理念的指導下，以產出為導向培養行業所需人才，以證促學激發學生學習興趣和動力，以工程能力培養為目標，從教學模式、內容、考核3個維度進行的混合式教學改革能引導學生積極思考，培養其計算思維能力。課程實驗教學改革能達到工程能力培養的目標，實現學思結合、知行統一的認知重構，對同類課程實驗改革有一定的借鑒意義。