新工科背景下《數據庫系統原理》教學實踐探索

史海濤，邊玲燕，魏燚偉

（中國石油大學（北京）克拉瑪依校區計算機系，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

當今世界，新一輪的科技和產業革命迅猛發展，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、新業態、新產業為特點的新經濟蓬勃發展，這就要求工程科技人才具備更高的創新創業能力和跨界整合能力，加快新工科建設，助力經濟轉型升級[1]。“復旦共識”、“天大行動”、“北京指南”新工科建設“三部曲”[2]奏響了人才培養主旋律，開拓了工程教育改革新路徑。“新工科”的內涵不僅體現在新理念、新專業，新的人才的培養模式、新的教育方法、新教學技術的應用同樣不可或缺，甚至更加重要。通過多方面的改革，以培養實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才[3]。

1 傳統教學模式的缺點和弊端

傳統教學模式下，數據庫系統原理課堂由老師“主宰”，形成了“老師教學為主，課后答疑為輔，學生作業為補充”的鮮明特點。實質上這忽略了在學習過程中學生才是認知主體的客觀事實，不利于發揮學生的主觀能動性，也不利于培養學生的動手能力和創新能力。經調研與總結，傳統教學模式存在以下幾點問題：

1.1 教學內容安排缺乏軟件工程思想

國內數據庫系統原理教材以基本理論，基本技術和基本方法的闡述為主[4]。教材的編寫先講關系數據理論，再講SQL操作，最后講數據庫設計等。理論授課依教材而行，上機實踐多以SQL練習為主，理論授課和上機實踐過程缺乏邏輯性和連貫性。從數據庫開發的角度來講，沒有從軟件工程的角度層層剖析，不利于學生系統地掌握知識和技術。導致學生只知道關系代數是關系代數，SQL是SQL，規范化是規范化，數據庫設計是數據庫設計，而不知道他們之間有著邏輯關系，學到的知識是“一盤散沙”，沒有“串起來”。因此在授課環節調整章節順序，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更有利于學生系統掌握知識。

1.2 教學模式單一

目前課程理論課教學主要以以老師講授，學生聽課為主，習題課和課后答疑作為輔助教學手段，授課方式相對單一。數據庫系統原理全面介紹數據庫系統理論、技術和方法，內容豐富。不同章節、知識點之間有很大的差異性，因此授課環節根據不同章節特點選取恰當的授課方式非常必要。

1.3 重理論，輕實踐

目前課程教學目標以基本概念掌握為主，在掌握理論框架的基礎上，使學生初步具備使用某一種數據庫管理系統的能力。教學的絕對重心是掌握基本理論，上機實踐僅僅是應用SQL表達各種數據操作。近幾年互聯網行業飛速發展，互聯網應用的領域不斷拓寬，企業對學生的要求也越來越高；同時新工科建設也要求高校創新工程教育方式與手段。因此在數據庫課程教學中改變以往“重理論，輕實踐”的教學模式，在教學過程中貫穿數據庫開發的內容是非常有必要的。

2 改革方案總體設計

傳統教學模式存在的缺點和弊端制約了教學效果和學生的主觀能動性，也不利于學生對知識的理解和掌握。本文提出了一種“以學生教師雙核心為主體，以軟件項目開發思想為驅動，以實際項目案例為切入點，多種教學模式相融合”的教學改革方法，主要包含以下幾個方面：

（1）理論課的授課過程中，抓住“軟件工程”和“項目驅動”兩個中心思想。重新梳理章節結構和知識體系，把原來“一盤散沙”的知識點重組成新的邏輯結構，即按照數據庫開發流程組織。在理論課教學過程中用實際項目案例的數據庫代替教材的示例數據庫，從需求分析、概念結構設計等數據庫設計的生命周期出發，重新設計案例和習題。經過學習和練習，使學生從宏觀上系統的掌握知識和技術，真正獲得開發設計DBMS的基本能力。

（2）授課方式上，改變以往老師講授，學生聽課為主教學模式，根據知識的特點采取“多元化”的授課方式。對于數據庫基本概念、數據模型、規范化理論等理論性較強的知識點選用LBL（Lecture-Based Learning）方式教學，上課的效率更高，學生也更易于接受；對于E-R模型、SQL操作等實踐性較強的授課內容，采用CBL（Case Study-Based Learning）的教學方法可以讓學生結合實際的案例領會理論知識如何在實際中運用，進而提升學生獨立分析和解決問題的能力；對于少量重難點知識，采取PBL（Problem-Based Learning）的教學方式更加合適；對于了解以及拓展的內容，采用“線上學習，線下分享”和“翻轉課堂”的方式進行，提升學生的參與度和積極性。通過多元化的授課方式，增加學生的學習興趣，培養良好的學習習慣。

（3）實踐內容的制定上，改變以往“重理論，輕實踐”的特點。根據實際項目案例，圍繞數據庫設計流程，采用“以任務為主線，設計開發與文檔撰寫齊頭并進”的方式開展實踐內容。具體而言，根據數據庫設計的流程設計多個實踐任務，讓學生依次完成。在任務的設計上要重難點突出，任務分配合理，同時要求完成設計和文檔的撰寫。通過這樣成體系的訓練，增加學生的動手能力和知識的實際運用能力。

3 改革措施

根據以上總體設計思路，從授課到實踐均提出相應的改革措施。主要包含理論課授課、案例編寫、教學方式制定、實踐講義編寫、考核方式幾方面。改革的具體措施如下：

（1）理論課授課方面，首先梳理知識點，找到其在數據庫開發生命周期中的所處位置，然后根據數據庫開發的步驟重新組織章節結構和授課順序。理順思路之后，在授課內容里再加上軟件工程的思想，讓學生建立規范化，流程化的思維。例如：數據庫邏輯結構設計階段，重點不僅是把概念結構設計階段設計好的E-R圖轉換為與特定數據庫管理系統支持的數據模型相符合邏輯結構，而且要強調數據模型的優化以及文檔編寫。這樣學生就會知道在實際的項目開發中，什么時候要做數據模型優化，同時養成編制開發文檔的好習慣，從而對數據庫開發的過程有一個整體的理解和把握。

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

（3）教學方式制定方面，按照之前提到的各種授課方式和不同章節知識的特點，采取恰當的授課方式，有些章節的知識點需要幾種授課方式相結合。比如說對于概念結構設計而言，采用CBL的教學方式更加恰當，同時輔以“翻轉課堂”的方式，讓學生輪流講解自己設計的E-R圖，之后老師和學生進行點評。通過這兩種方式，學生對于知識的理解和把握會更容易，同時也可以帶動學生的積極性和參與感，有利于培養學生對課程的興趣和主動性；對于規范化這樣的知識點，采用LBL的方式則更加恰當，這部分知識難度相對較大，學生理解比較困難，通過老師講授的方式更易于學生系統、清晰的理解和把握知識[5]。

（4）實踐講義編寫方面，根據數據庫設計的步驟，同時參考實際項目涉及到的問題編制出了七個綜合性的實踐任務，具體有DBMS軟件的安裝，卸載及認識、SQL練習（這是實踐部分的重點，包含數據庫的建立、索引的建立及刪除、數據的操縱的實現、完整性約束的檢查和違約處理、視圖的相關操作等）、其他數據庫對象的管理、數據庫安全機制，數據庫編程等部分，全方位的訓練學生的數據庫編程能力。

（5）考核方式方面，改變了平時作業和期末考試構成總成績的方式，將課堂表現和實踐內容的考核納入最終考核，并且降低期末考試的比例，提高實踐內容考核的比例，形成“全過程、全方位”的考核方式。課堂表現方面，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力作為考核指標，帶動學生的學習積極性，形成良好的學習氛圍和學習習慣；實踐內容考核方面，考核實踐報告、實踐代碼和答辯過程，全面把握學生實踐過程的真實性和水平。

4 結語

經過一個周期的課改實施，結果表明本文提出的教學改革方法有助于提高學生的參與度和獲得感，助力學生轉變學習態度，養成良好的學習習慣。數據庫系統原理是計算機相關專業的專業核心課程，數據庫開發能力是目前互聯網企業對開發崗位的基本能力要求，通過教學改革不斷探索新的教育方法、應用新教學技術，是“新工科”的核心內涵。通過不斷地改革、不斷地創新工科人才培養模式，培養面向產業界、面向世界、面向未來的新工科人才是高校教師的永恒課題。