“金課”建設下的數據庫原理及應用教學模式研究

徐靜 姚志壘

關鍵詞：金課；數據庫；線上線下混合教學；考核方式；慕課

1 引言

數據庫技術是信息化建設的基礎核心，數據庫的建設規模和使用頻率直接決定了一個國家信息化程度[1]。隨著數字化應用不斷深入生活，人們平時都離不開數據庫的訪問。然而，對于計算機專業的學生來說，不但要求會使用數據庫的相關操作，而且要了解數據庫的工作原理，要能根據實際問題，進行分析，按照用戶需求，設計出一個完整高效的數據庫?！皵祿煸砑皯谩笔怯嬎銠C相關專業的一門專業基礎課程。它要求學生能夠理解關系型數據庫的基本理論和設計實現方法，能夠對復雜問題分解，根據信息處理的要求，按照E-R圖的方法，完成概念設計，再根據關系數據庫理論，進行邏輯結構的設計，運用具體的數據庫管理系統建立相應的數據庫，數據表和索引等信息，利用面向對象編程技術實現功能和人機交互界面的程序設計[2]。

2“數據庫原理及應用”課程現狀

2.1 理論教學現狀

“數據庫原理及應用”課程由56學時的理論課和16學時的課內實驗課組成。理論教學主要分為數據庫基礎知識和數據庫設計應用兩部分。基礎知識部分主要從數據結構、數據操作和數據的完整性約束三方面講解關系數據庫、SQL語言的操作、數據庫的安全性、數據庫的完整性；設計應用部分，主要講解關系數據理論、數據庫設計的步驟、數據庫的編程及數據庫恢復技術和并發控制。理論課程在多媒體教室展開，按知識結構的順序來推進，以教師講授為主，結合演示，這樣的教學方式的弊端也是越來越多，主要體現在：（1） 并未充分以學生為中心，突出學生的主體地位，導致學生的積極性和參與度不高。（2） 學生對于知識點的應用需求了解不深，前后所學知識的融會貫通能力不足。如在講授數據庫規范化理論這個知識點時，學生知道如何通過規范化要求對邏輯模型進行高級別范式分解，但對于實際設計中出現的邏輯模型往往不知道是否需要規范化，如何規范化及規范到哪一級范式。（3） 知識運用能力不夠，學生解決復雜問題的綜合能力不強。（4） 課程內容相對滯后，不能反映前沿性。

2.2 實驗教學現狀

“數據庫原理及應用”是一門操作性極強的課程，實驗由8個基本實驗組成，包括：創建數據庫，數據更新，單表和連接查詢，嵌套分組統計查詢，試圖的定義和使用，數據庫安全性實驗，查詢優化及數據庫備份和恢復實驗。實驗教學中主要存在的問題體現在以下幾個方面：（1） 實驗內容，課堂中采用的都是驗證性實驗，實驗指導書上對于實驗的步驟過于詳細，學生積極性不高，導致部分學生甘于做“代碼搬運工”，知識的串聯及靈活運用能力不夠。（2） 實驗環境，主要采用的單機環境，即每臺機器上都安裝一套DBMS，我們采用的是SQL Server，每臺機器都是訪問本地機的數據庫，體現不出數據庫的共享和并發訪問的特性。（3） 實驗數據集較小，查詢操作中，學生滿足于可以查詢出結果即可，忽視了查詢優化，對索引等概念和運用理解不到位。

3 教學方法和模式的改革

3.1 理論教學

建設“金課”就是要建設高質量的課程，吳巖司長提出了“金課”的“兩性一度”。即課程要具有高階性、創新性且有挑戰度[3]。因此，在“數據庫原理及應用”

這門課的理論教學過程中，要改變原來灌輸式的教學方式，充分突出學生的主導地位[4]。教師在課堂教學組織中，以小型項目應用的形式串聯各章節的知識點，以問題引入，引導學生在解決實際問題中學習相關理論語法及數學知識，充分提高學生的學習興趣及積極性，培養學生用計算機解決實際復雜問題的思維。結合當前物聯網、云計算及大數據等方面的迅速發展，適當擴充數據庫相關知識的前沿內容，幫助明確學生的學習目標和努力方向。為了更好掌握課堂中的教學內容，學生就要做好“課前預習”“課中參與”“課后操作”三個環節。

抓好課前預習環節，充分利用已建設的“慕課”資源或者“學習通”平臺，學生可以在相關平臺上對課程的知識進行預習，并完成教師布置的隨堂測試。一方面，可以培養學生的主動學習的意識，提高獨立思考的能力，由于對本節課的知識結構體系有了提前了解，帶著問題去學習，課堂上可以更加發揮出主體作用，加深知識的掌握；另一方面，教師能在課前了解學生對于相應知識點的掌握情況，課堂上，就可以根據學生的掌握程度靈活分配時間，講課時也更會有側重點，提高了教學質量。如：在SQL語言這一章中，當教師通過平臺發現學生對于基本插入、刪除及查詢等語法已經了解的情況下，就可以跳過書上的驗證性的示例，直接以實際項目中的數據庫為例，帶領大家一起編寫數據庫的常用操作的代碼。這樣，就能加深學生對用高級語言操作數據庫的常規步驟以及不同的查詢方式、效率的了解，理論聯系實際的教學方式，有助于后續的相關課程設計及畢業設計等實踐課程的順利開展，提高了學生運用所學知識解決實際負責問題的能力。

課中在講解知識點時，不孤立地去講解某個知識點，要注重其應用需求，以及知識的前后融會貫通，加強和學生的互動，培養學生的分析和解決問題的能力。如：在介紹關系數據理論時，首先從一個關系模型出發，讓學生通過插入、刪除一些指定數據，再通過查詢語句的運用，分析其可能存在數據冗余、更新異常、插入異常和刪除異常等問題，引出規范化設計的必要性，進而尋找解決方法。在數據庫設計這一部分，以實際項目為主線，串起數據庫設計的各個步驟，引導學生根據用戶需求，經過概念設計、邏輯設計等步驟后，設計出一個合理高效的數據庫。最后再以設計好的數據庫來鞏固前面所學的理論知識，包括SQL語言，數據庫的安全性和數據庫的完整性及優化查詢等。這樣就能充分調動學生的積極性，所學知識和應用能力得到有機融合。課堂教學中，也要進行一些知識的拓展，增加一些前沿性的內容，結合大數據在各行各業中的應用，介紹數據管理技術遇到的挑戰和數據管理新技術，增強課程的時代性和先進性。

課后的作業布置也要改變原先的純筆頭作業的方式，增加一些實際操作。選用一些實際項目，選取其數據庫的部分內容，進行操作。學生不但可以多學習成型的數據庫，從中學習如何設計數據庫，常用數據類型的定義、約束關系的定義、索引定義、存儲過程及觸發器的運用等，還能利用其進行一系列操作。比如，在SQL語言部分，利用實際數據庫，讓學生進行插入、刪除和查詢等操作，查詢操作的時候，不僅要滿足得到正確的查詢結果，還要關注查詢的效率，注意尋求最優路徑。進一步培養學生一絲不茍和精益求精的學習精神，踐行工匠精神。

3.2 實驗教學

“數據庫原理及應用”課程的課內實驗多采用驗證型，即通過驗證實驗結果，對已學知識進行鞏固，這類實驗能夠培養學生的實驗操作能力。而在課程的培養目標中，不僅要求培養學生的實驗操作能力，還要致力于培養學生獨立解決實際問題的能力，提高綜合分析及查閱文獻尋求解決方法的能力。因此，在有限的課時內，更充分地挖掘學生的潛能和鍛煉學生獨立思考的能力，就要構建“立體化”的實驗資源地圖。充分利用實驗課的課前，課中和課后三個環節。實驗課也可以采用“線上”與“線下”相結合的方式，利用“慕課”等線上教學資源[5-6]。教師在“慕課”上發布實驗的相關內容，利用啟發式的教學方式靈活設置實驗項目，學生可以在學完對應理論知識后，對在線資源中的實驗部分進行學習，在課前先進行部分實驗，課前的實驗中，充分利用互聯網資源，尋求自我解決問題的方法。實驗課堂上，教師逐一檢查學生的實驗情況，根據出現的問題，針對性個性化指導。學生可以把遇到的，無法解決的問題，提出來一起探討解決。這樣既提高了學生的實驗積極性，又培養了學生獨立解決問題的能力。另外，在“慕課”資源中，增加一些設計性的實驗，如一些實際項目，給定用戶的需求，讓學生根據需求自行設計數據庫的方案，如自行確定設計幾張表、視圖，每張表中有哪些字段，字段的類型，表與表之間的聯系，表中是否需要定義索引，數據庫中涉及幾類用戶，分別設置哪些權限等。這樣可以解決在有限的課時內增加一些設計型實驗的問題，學生可以了解理論知識的各個應用場景，能夠把所學知識串起來，并對其進行實際應用，培養獨立分析問題和方案實現的能力。

實驗環境問題中，單機環境的安裝配置和管理較為簡單，弊端是難以體現出數據庫的共享和并發的特點。針對這個問題，可以采用網絡環境，即在一臺服務器上安裝一套DBMS，學生用機上只安裝DBMS的客戶端，可以通過服務器設置每臺機器的用戶名及用戶的權限，客戶端可以使用自己的用戶名創建數據庫與表，和其他客戶端互不干擾。學生也可以直觀感受到數據庫的共享與并發的特性，并能完成與此相關的實驗。

數據集的大小，直接決定了實驗的效果。傳統的實驗課中，通常是按照實驗的順序，首先定義數據庫和表，并利用insert語句往表中插入數據，然后利用這些表，進行SQL語句的select、insert、delete等操作的實驗，但是這些數據量較小，索引、視圖等查詢優化的優點無法體現。因此，在做查詢、視圖、更新和索引相關實驗時，采用現有數據庫設計相關實驗，對于復雜查詢，嘗試使用索引，優化like語句，使用限制條件避免返回多余的額外行等方法優化查詢，進行大量數據更新操作時，考慮批量插入、優化modify和delete語句。以此來提高實驗的質量，培養學生一絲不茍，精益求精的精神[7]。

4 考核改革

考核是檢驗學生掌握知識程度的一種方式，也是對學生的一種激勵。在考核中，要避免一卷定乾坤，要注重過程的考核?！皵祿煸砑皯谩笔且婚T注重操作和思維能力培養的課程，因此在課程考核時，要重視過程的考核，尤其是對實驗過程的考核。該課程的成績由平時成績（占20%） ，實驗成績（占20%） 及期末卷面成績（占60%） 組成。平時成績主要由“慕課”的隨堂測試和課后作業兩部分組成，分別各占10%。實驗成績由實驗報告和實驗操作兩部分構成，分別各占10%，八個實驗的占重比相同。這樣的考核制度，強調了學生的主體性，學生也會從思想上重視課前和課后環節，學會利用相應資源，獨立分析問題的能力也會得到相應提高，也能學以致用，利用已學知識去解決實際問題。

5 結束語

針對“金課”建設的要求，提出了計算機專業的“數據庫原理及應用”課程的理論和實驗教學改革措施，采用線上線下的混合模式，充分抓住課前、課中、課后三個環節，構建教學立體化資源，利用實際項目把所學知識點串聯起來，達到知識和能力的有機融合，實驗教學則通過對實驗內容、實驗環境和實驗數據集的改革，進一步提高學生分析問題，解決復雜問題的能力。實踐證明，對該課程實施的理論、實驗和考核的改革，教學內容體現了時代性和先進性，充分突出了學生的主體地位，提高了學生學習的積極性，通過該課程的學習，學生們能根據實際問題，分析、設計和實現數據庫，能使用SQL語言進行數據定義、查詢，操縱和控制編程，實現數據庫完整性約束、數據庫安全的控制、查詢優化和數據庫運行維護等。