融合通用AI的“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”課程教學(xué)實(shí)踐探究

［摘 要］ 傳統(tǒng)的“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”課程往往重視理論知識(shí)的傳授，但在實(shí)際應(yīng)用中，學(xué)生可能會(huì)遇到諸多實(shí)踐難點(diǎn)。針對(duì)以上問(wèn)題，將以ChatGPT、文心一言為代表的通用人工智能模型整合到“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”課程中，為學(xué)生提供更加實(shí)際、直觀和互動(dòng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。通過(guò)與通用人工智能模型的交互，學(xué)生不僅可以更好地理解數(shù)據(jù)庫(kù)的基本原理，還可以在實(shí)際操作中得到即時(shí)的反饋和個(gè)性化指導(dǎo)。此外，還探索了利用通用人工智能進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和查詢(xún)的實(shí)踐教學(xué)方法，使學(xué)生能夠在真實(shí)場(chǎng)景中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。

［關(guān)鍵詞］ 數(shù)據(jù)庫(kù)原理；通用人工智能模型；教學(xué)改革

［中圖分類(lèi)號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）31-0017-04 ［收稿日期］ 2023-10-16

引言

隨著信息技術(shù)與信息規(guī)模的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理的核心，在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)本科教學(xué)中的“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”課程，為了培養(yǎng)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，往往著重于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、查詢(xún)優(yōu)化、事務(wù)處理等方面的深入講解。這些理論基礎(chǔ)，無(wú)疑為學(xué)生日后的職業(yè)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基石［1-2］。然而，伴隨技術(shù)的變革和產(chǎn)業(yè)的迭代，當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)已經(jīng)不再局限于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)、實(shí)時(shí)流處理、分布式系統(tǒng)等技術(shù)已然興起。在這樣的背景下，單純依賴(lài)傳統(tǒng)的教育方式，如課本講解、案例分析等，可能已經(jīng)不能滿(mǎn)足學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐需求。針對(duì)這些問(wèn)題，如何將新的技術(shù)與教育結(jié)合，提供更加實(shí)踐和互動(dòng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，已經(jīng)成為教育者和學(xué)者們探討的焦點(diǎn)。在此背景下，本文提出一種基于通用人工智能的“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”課程交互式實(shí)踐方法，在“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”課程中進(jìn)行教學(xué)輔助，顯著提升學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題中的實(shí)踐能力。

一、整合通用人工智能的課程設(shè)計(jì)方法

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)課程中，由于對(duì)于實(shí)踐環(huán)節(jié)的忽視，許多學(xué)生在完成“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”課程后，仍然存在以下的問(wèn)題：（1）理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用之間的鴻溝。學(xué)生可能掌握了大量的理論知識(shí)，但在真實(shí)場(chǎng)景中往往感到無(wú)所適從。（2）缺乏實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。即使是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和查詢(xún)操作，也可能讓學(xué)生感到手足無(wú)措。（3）遇到問(wèn)題時(shí)，缺乏及時(shí)有效地個(gè)性化指導(dǎo)和幫助。因此，當(dāng)前的“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”課程已經(jīng)面臨著與時(shí)俱進(jìn)的需求。

利用ChatGPT與文心一言等通用人工智能技術(shù)，可以為學(xué)生提供更加實(shí)際、直觀和互動(dòng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，幫助他們更好地理解數(shù)據(jù)庫(kù)原理，并在真實(shí)場(chǎng)景中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。這不僅是一種教學(xué)創(chuàng)新的嘗試，更是對(duì)傳統(tǒng)教育方式的有益補(bǔ)充。

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能領(lǐng)域也得到了前所未有的關(guān)注和進(jìn)步。尤其是近些年，隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)的崛起，通用人工智能開(kāi)始嶄露頭角。所謂通用人工智能，即General Artificial Intelligence（GAI），是一種與人類(lèi)智能相當(dāng)?shù)臋C(jī)器智能，它能夠在各種各樣的任務(wù)中展現(xiàn)出與人類(lèi)同樣的學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題的能力。其中，OpenAI推出的ChatGPT以及國(guó)內(nèi)百度推出的文心一言便是其中的代表［3］。

（一）通用大模型基礎(chǔ)能力簡(jiǎn)介

基于預(yù)訓(xùn)練大型的語(yǔ)言模型，通用人工智能模型擁有以下技術(shù)特點(diǎn)。

1.知識(shí)廣泛：通用人工智能基于大量的互聯(lián)網(wǎng)文本進(jìn)行訓(xùn)練，使其具備了廣泛的知識(shí)背景，能夠?yàn)閷W(xué)生提供及時(shí)和準(zhǔn)確的反饋，有助于他們更快地理解和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)的基本原理。

2.易于交互與理解：它能夠根據(jù)給定的上下文，生成連貫、有邏輯的回復(fù)，通用人工智能的設(shè)計(jì)初衷是與用戶(hù)進(jìn)行自然語(yǔ)言交互，其友好的交互方式使得學(xué)生可以方便地詢(xún)問(wèn)問(wèn)題并獲得答案，而不需要過(guò)多地理解復(fù)雜的技術(shù)細(xì)節(jié)。

3.定制化個(gè)性化學(xué)習(xí)：作為一個(gè)通用的人工智能模型，可以根據(jù)特定的課程需求進(jìn)行調(diào)整和定制，滿(mǎn)足不同教育環(huán)境和學(xué)生需求。

（二）通用人工智能與數(shù)據(jù)庫(kù)課程設(shè)計(jì)的結(jié)合

ChatGPT與文心一言等通用人工智能模型，其基于大量的知識(shí)庫(kù)和實(shí)踐案例，能夠?yàn)閷W(xué)生提供即時(shí)的指導(dǎo)和幫助［4-5］。例如，當(dāng)學(xué)生在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，遇到了疑難問(wèn)題，可以直接向通用人工智能模型提問(wèn)，得到專(zhuān)業(yè)的解答和建議。這種互動(dòng)方式，不僅提高了學(xué)習(xí)的效率，還能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。更重要的是，通過(guò)與人工智能模型的交互，學(xué)生可以在實(shí)際操作中得到真實(shí)的反饋，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力具有非常重要的意義。

“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”課程的教學(xué)目標(biāo)：讓學(xué)生掌握數(shù)據(jù)庫(kù)的基本理論知識(shí)；培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)能力；強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)際操作與應(yīng)用技能。借助于上述通用人工智能所具有的多項(xiàng)能力，課程目標(biāo)都可以與AI模型進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。教育者可以設(shè)計(jì)與“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”課程同步的教學(xué)方案，確保AI模型在每個(gè)學(xué)習(xí)階段都為學(xué)生提供恰當(dāng)?shù)闹С帧Ｍㄟ^(guò)模擬真實(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作場(chǎng)景，讓學(xué)生在AI模型的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)踐，加深對(duì)知識(shí)的理解。教育者應(yīng)定期收集學(xué)生對(duì)于使用AI模型的反饋，以及他們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略。

通過(guò)上述探討，我們可以看出，通用人工智能不僅可以作為一個(gè)強(qiáng)大的教學(xué)輔助工具，而且其靈活性和廣泛的知識(shí)庫(kù)使其成為“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”課程的理想伙伴。在正確的教學(xué)策略和方案下，通用人工智能有潛力極大地改善“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”的教學(xué)效果。

（三）利用通用人工智能輔助教學(xué)

除使用通用人工智能完成課程設(shè)計(jì)外，其還可以被運(yùn)用到輔助教學(xué)方面。

1.傳統(tǒng)上，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到疑難問(wèn)題往往需要在課后向教師請(qǐng)教或翻閱大量資料。但是，利用通用人工智能模型，學(xué)生可以隨時(shí)向其提出問(wèn)題，得到快速、準(zhǔn)確的答案。

2.真實(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作往往需要復(fù)雜的環(huán)境配置和高昂的資源投入。但通過(guò)通用人工智能模型，我們可以為學(xué)生提供一個(gè)模擬的數(shù)據(jù)庫(kù)操作環(huán)境，讓他們?cè)诓粨?dān)心誤操作的情況下自由練習(xí)。

3.與傳統(tǒng)的單向教學(xué)不同，利用通用人工智能模型，教師可以設(shè)計(jì)各種互動(dòng)題目，從而提高學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)興趣。這種方式不僅能夠激發(fā)

學(xué)生的主動(dòng)性，還能即時(shí)檢測(cè)他們對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。如圖1所示，在教授學(xué)生多表連接技術(shù)時(shí)，教師可以讓學(xué)生嘗試根據(jù)要求編寫(xiě)一個(gè)復(fù)雜的SQL查詢(xún)，然后詢(xún)問(wèn)ChatGPT另一種查詢(xún)方式。學(xué)生通過(guò)與ChatGPT的互動(dòng)，可以對(duì)比自己的答案和模型的答案，從而得到即時(shí)的反饋和學(xué)習(xí)。

結(jié)合通用人工智能技術(shù)，如ChatGPT和文心一言，到數(shù)據(jù)庫(kù)課程的教學(xué)中，不僅可以為學(xué)生提供更加豐富、直觀的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，還能幫助教師更好地進(jìn)行教學(xué)與評(píng)估。隨著技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)這種教學(xué)模式或?qū)⒊蔀橹髁?，為更多的學(xué)生帶來(lái)高效、有趣的學(xué)習(xí)旅程。

二、課程實(shí)踐與通用人工智能的結(jié)合方式

隨著信息時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)模式正逐漸向數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)變。尤其在“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”課程中，如果僅停留在理論層面，學(xué)生可能難以體驗(yàn)到實(shí)際操作中的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)。因此，引入如ChatGPT、文心一言等通用人工智能模型，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)課程進(jìn)行創(chuàng)新與升級(jí)顯得尤為重要，整合AI技術(shù)可以為學(xué)生提供一個(gè)更加全面、實(shí)踐和互動(dòng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

（一）模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景

在當(dāng)代的技術(shù)環(huán)境中，為學(xué)生提供真實(shí)世界的場(chǎng)景模擬是至關(guān)重要的，因?yàn)樗梢愿玫貛椭麄兠鎸?duì)實(shí)際工作中的挑戰(zhàn)。利用通用人工智能，我們可以為學(xué)生提供一種更為接近真實(shí)世界的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與查詢(xún)體驗(yàn)。例如，使用ChatGPT或文心一言，我們可以模擬真實(shí)的業(yè)務(wù)需求，如電商平臺(tái)、醫(yī)療記錄系統(tǒng)或銀行交易系統(tǒng)等，讓學(xué)生設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)并執(zhí)行相關(guān)查詢(xún)。

（二）實(shí)時(shí)反饋

通用人工智能模型，尤其是自然語(yǔ)言處理模型，可以與學(xué)生進(jìn)行直觀的對(duì)話(huà)。學(xué)生可以向模型提出關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和查詢(xún)的問(wèn)題，如“如何設(shè)計(jì)一個(gè)用于電商平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)？”或“如何編寫(xiě)一個(gè)查詢(xún)來(lái)獲取所有購(gòu)買(mǎi)過(guò)特定產(chǎn)品的客戶(hù)信息？”。模型可以提供即時(shí)的答案或建議，并給出理由或背后的邏輯。這不僅可以加深學(xué)生的理解，還可以鼓勵(lì)他們思考并提出更復(fù)雜的問(wèn)題。此外，當(dāng)學(xué)生在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)或編寫(xiě)查詢(xún)時(shí)遇到錯(cuò)誤，模型可以即時(shí)提供反饋，指出問(wèn)題所在并提供修正建議。這種實(shí)時(shí)的、個(gè)性化的指導(dǎo)是傳統(tǒng)教學(xué)方法難以實(shí)現(xiàn)的，但對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)是非常有價(jià)值的。

利用GAI模型進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)際操作教學(xué)，學(xué)生可以從中獲得多種學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。首先，他們可以通過(guò)親手操作來(lái)理解和掌握數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和查詢(xún)的基本原理。其次，通過(guò)與模型的互動(dòng)，他們可以得到更深入、更具體的知識(shí)和技能，如復(fù)雜查詢(xún)的編寫(xiě)、性能優(yōu)化和安全性考慮等。此外，學(xué)生還可以從中學(xué)到如何與GAI系統(tǒng)合作，這是當(dāng)今技術(shù)行業(yè)非常重要的一種能力。他們可以學(xué)會(huì)如何充分利用GAI系統(tǒng)的能力，同時(shí)也了解其局限性，并根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整自己的設(shè)計(jì)和查詢(xún)策略。

（三）回顧反思

實(shí)踐教學(xué)的另一個(gè)重要方面是反思。每次操作結(jié)束后，學(xué)生應(yīng)該花時(shí)間回顧自己的工作，思考哪些地方做得好，哪些地方可以改進(jìn)。通過(guò)與模型的互動(dòng)，他們可以得到更具體、更深入地反饋，從而更好地進(jìn)行反思和自我修正。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)課程中，學(xué)生往往需要等到課后或?qū)嶒?yàn)課時(shí)才能得到反饋。而通用人工智能能夠?yàn)閷W(xué)生提供即時(shí)的反饋，幫助學(xué)生快速糾正錯(cuò)誤，加深理解。每名學(xué)生的知識(shí)背景、學(xué)習(xí)方式和進(jìn)度都有所不同。GAI可以為每名學(xué)生提供個(gè)性化的指導(dǎo)，確保每名學(xué)生都能得到最適合自己的幫助。通過(guò)模型創(chuàng)建的模擬環(huán)境，學(xué)生可以進(jìn)行真實(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作，體驗(yàn)到實(shí)際應(yīng)用中的挑戰(zhàn)和樂(lè)趣。利用GAI模型，學(xué)生可以更加高效地學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)原理，節(jié)省大量的時(shí)間和資源。與GAI模型的互動(dòng)不僅僅是理論學(xué)習(xí)，更多的是實(shí)踐操作。學(xué)生可以在這個(gè)過(guò)程中培養(yǎng)自己的實(shí)踐能力，為未來(lái)的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

總體來(lái)說(shuō)，整合通用人工智能到“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”課程實(shí)踐中，不僅可以為學(xué)生提供更加豐富和互動(dòng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，還可以幫助教育者更有效地傳授知識(shí)，評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。隨著人工智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，期待在更多的教育領(lǐng)域看到AI技術(shù)的應(yīng)用，為教育帶來(lái)更多的創(chuàng)新和變革。

三、結(jié)論與展望

隨著技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的教育方法已經(jīng)難以滿(mǎn)足現(xiàn)代學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。特別是在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)踐和應(yīng)用是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。本文通過(guò)探索如何將通用人工智能整合到數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用課程中，為學(xué)生提供了一個(gè)全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

基于GAI的教學(xué)方法打破了傳統(tǒng)的授課模式，使學(xué)生可以在與模型的交互中加深對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)原理的理解。這種互動(dòng)式的學(xué)習(xí)方法不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力。通過(guò)與ChatGPT等模型的實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生可以將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際情境中，驗(yàn)證和優(yōu)化自己的設(shè)計(jì)思路。這種實(shí)踐中學(xué)習(xí)的方法有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問(wèn)題的能力。

盡管基于通用人工智能的教學(xué)方法在“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”課程中取得了不錯(cuò)的效果，但我們認(rèn)為還有很多潛在的應(yīng)用和改進(jìn)空間。隨著人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來(lái)可以考慮開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)原理的教學(xué)助手，為學(xué)生提供更加深入、全面的學(xué)習(xí)體驗(yàn)；除了數(shù)據(jù)庫(kù)原理，通用人工智能模型還可以應(yīng)用到其他計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)課程中，如“編程語(yǔ)言”“操作系統(tǒng)”“網(wǎng)絡(luò)原理”等，進(jìn)一步擴(kuò)展其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用范圍；通用人工智能在處理學(xué)生問(wèn)題時(shí)，還可以考慮結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)歷程和背景，提供更加個(gè)性化的學(xué)習(xí)建議和資源。

總之，隨著通用人工智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我們有理由相信，未來(lái)的教育將更加智能化和個(gè)性化。ChatGPT和文心一言為我們提供了一個(gè)全新的教學(xué)思路和方法。我們相信通過(guò)將通用人工智能整合到傳統(tǒng)的課程中，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，還可以為教育領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變革。

參考文獻(xiàn)

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Teaching Practices of Database Principles Integrated with General Artificial Intelligence

Abstract： Traditional database theory courses tend to emphasize theoretical knowledge， but in practical applications， students may encounter various practical difficulties. To address the above issues， this article proposes integrating general artificial intelligence models such as ChatGPT and WenxinYiyan into database theory courses to provide students with a more practical， intuitive， and interactive learning experience. Through interaction with general artificial intelligence models， students can not only better understand the basic principles of databases but also receive timely feedback and personalized guidance in practical operations. In addition， this article explores the practical teaching method of using general artificial intelligence for database design and querying， enabling students to apply their knowledge in real-world scenarios.

Key words： database theory; general artificial intelligence models; teaching reform