新工科背景下基于OBE理念的數(shù)據(jù)庫原理課程教學(xué)改革

［摘 要］在新工科建設(shè)的背景下，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫原理課程教學(xué)呈現(xiàn)出多方面的不足，難以滿足新工科人才培養(yǎng)的要求。基于OBE理念，文章探討了數(shù)據(jù)庫原理課程教學(xué)改革：以目標(biāo)為導(dǎo)向改革教學(xué)內(nèi)容，以“核心+模塊”適應(yīng)不同專業(yè)需求；科教融合，引入工程案例，培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)；響應(yīng)國產(chǎn)化替代需求，引入信創(chuàng)數(shù)據(jù)庫，有效提升學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力。這些改革措施取得了良好的效果。

［關(guān)鍵詞］新工科；數(shù)據(jù)庫原理課程；教學(xué)改革；OBE理念；信創(chuàng)

［中圖分類號］G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）12-0037-04

新工科建設(shè)是為應(yīng)對新經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)而提出的重大行動計劃，從服務(wù)國家戰(zhàn)略、滿足產(chǎn)業(yè)需求和面向未來發(fā)展的高度，在“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的基礎(chǔ)上，持續(xù)深化工程教育改革，通過多學(xué)科交叉融合、多主體參與等方式，致力于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力與創(chuàng)新能力 [1]。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是支持經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的核心技術(shù)，數(shù)據(jù)庫原理課程是計算機(jī)類專業(yè)的核心課程，強(qiáng)調(diào)專業(yè)基礎(chǔ)知識與實踐應(yīng)用能力并重。教育部發(fā)布的《新工科研究與實踐項目指南》強(qiáng)調(diào)，建立滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的專業(yè)設(shè)置和動態(tài)調(diào)整機(jī)制，提升工程人才培養(yǎng)對國家戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的適應(yīng)性和支撐能力[2]。因此，面對新工科建設(shè)所帶來的人才培養(yǎng)新理念和新要求，數(shù)據(jù)庫原理課程應(yīng)主動適應(yīng)新形勢，以需求變革和技術(shù)發(fā)展為導(dǎo)向，積極開展課程改革[3]。 在新工科建設(shè)背景下，本文以梧州學(xué)院為例，探討應(yīng)用型本科院校數(shù)據(jù)庫原理課程在教學(xué)內(nèi)容等方面進(jìn)行的課程教學(xué)改革。

一、傳統(tǒng)課程教學(xué)存在的不足

（一）教學(xué)內(nèi)容以課程為中心，授課內(nèi)容固化

在數(shù)據(jù)庫教育領(lǐng)域，薩師煊于1983年撰寫并出版了國內(nèi)第一部系統(tǒng)闡述數(shù)據(jù)庫原理、技術(shù)和理論的教材——《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論》。這部教材在國內(nèi)眾多高校中得到了廣泛應(yīng)用，且后續(xù)出版的其他數(shù)據(jù)庫教材大都參照了其內(nèi)容架構(gòu)，為數(shù)據(jù)庫教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)化組織提供了重要指導(dǎo)。然而，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫新技術(shù)層出不窮，應(yīng)用場景也日益擴(kuò)大，這給數(shù)據(jù)庫教學(xué)帶來了不小的挑戰(zhàn)。

第一，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容架構(gòu)過于追求全面，但往往不夠深入。傳統(tǒng)的課程教學(xué)通常圍繞數(shù)據(jù)庫技術(shù)展開，涵蓋基本理論、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)庫安全、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫管理等基本模塊和步驟，旨在實現(xiàn)系統(tǒng)化的教學(xué)。但由于數(shù)據(jù)庫技術(shù)知識體系龐大，且受到課時的限制，教材在教學(xué)內(nèi)容的組織上往往存在內(nèi)容全面但不夠深入的問題，使得一些知識點只能點到為止，學(xué)生難以理解和掌握。此外，不同計算機(jī)專業(yè)對數(shù)據(jù)庫學(xué)習(xí)的培養(yǎng)要求各不相同。例如，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)側(cè)重于SQL和C++的嵌入式編程，而軟件工程專業(yè)則更關(guān)注JDBC編程。這種全而不精的傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容難以滿足不同計算機(jī)專業(yè)的培養(yǎng)需求。

第二，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容以關(guān)系數(shù)據(jù)庫為主。關(guān)系數(shù)據(jù)庫目前仍是市場份額最大的數(shù)據(jù)庫類型，如MySQL、Oracle等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在實際中仍被廣泛應(yīng)用。但隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的興起，NoSQL、NewSQL數(shù)據(jù)庫因其在處理海量數(shù)據(jù)時展現(xiàn)出的顯著性能優(yōu)勢，開始得到廣泛應(yīng)用。為了適應(yīng)這一趨勢，許多傳統(tǒng)教材在原有的關(guān)系數(shù)據(jù)庫教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上增加了對NoSQL和NewSQL的簡要科普性介紹。但在實際教學(xué)中，由于課時有限，這部分內(nèi)容通常被教師簡略處理，鼓勵學(xué)生自行閱讀。

（二）教學(xué)目標(biāo)與工程應(yīng)用脫節(jié)

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫原理課程教學(xué)通常采用“理論+例子系統(tǒng)”的教學(xué)模式，通過一個簡單的例子系統(tǒng)串聯(lián)整個教學(xué)過程。例子系統(tǒng)雖然具有一定的實際意義，但是以示例為主，與實際的工程應(yīng)用相差甚遠(yuǎn)。從數(shù)據(jù)庫開發(fā)角度看，該模式缺乏基于軟件工程視角的深入分析，使得學(xué)生難以系統(tǒng)掌握相關(guān)知識和技能。因此，學(xué)生往往只能學(xué)到零散的知識點，無法深入理解關(guān)系代數(shù)、SQL語言、規(guī)范化和數(shù)據(jù)庫設(shè)計之間的邏輯關(guān)系，這導(dǎo)致他們?nèi)狈鉀Q復(fù)雜工程問題的綜合能力，難以滿足新工科人才培養(yǎng)的要求。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫原理課程教學(xué)未能與現(xiàn)實工程應(yīng)用需求對接。以數(shù)據(jù)庫設(shè)計為例，雖然強(qiáng)調(diào)范式理論的重要性，但高范式在實際應(yīng)用中可能引發(fā)問題。高范式意味著更多的連接運算，這些運算會大量消耗服務(wù)器資源，導(dǎo)致查詢性能下降。特別是在數(shù)據(jù)量大或?qū)Σ樵冃室蟾叩膱鼍爸校叻妒椒炊蔀橹萍s因素。因此，為提高查詢性能，某些實際工程場景會選擇將范式降低至2NF甚至1NF。同時，在高并發(fā)量的應(yīng)用中，前端會承擔(dān)部分完整性約束的任務(wù)，并盡量避免使用如存儲過程等耗費服務(wù)器資源的程序。然而，這些實際工程應(yīng)用中的注意事項在課程中卻鮮有提及。

（三）教學(xué)內(nèi)容不適應(yīng)新時代新要求

科技自立自強(qiáng)是國家強(qiáng)盛之基、安全之要。在信息領(lǐng)域，信創(chuàng)（信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)）已成為國家重點推進(jìn)的改革方向。因此，高等院校肩負(fù)著為信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)人才的使命[4]。信創(chuàng)的核心領(lǐng)域包括CPU、操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫。經(jīng)過多年的發(fā)展，國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫如華為GaussDB、阿里巴巴OceanBase和人大金倉等信創(chuàng)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品脫穎而出，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，并逐漸成為機(jī)關(guān)事業(yè)單位和國企信息系統(tǒng)的首選。但目前部分教師在數(shù)據(jù)庫教學(xué)中仍主要介紹MySQL、SqlServer等國外數(shù)據(jù)庫，未能及時根據(jù)新時代的需求調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)不斷發(fā)展的科技趨勢。

二、課程教學(xué)改革的思路

新工科的“新”主要體現(xiàn)在新理念、新模式和新技術(shù)上。新理念強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，新模式注重課程與實踐教學(xué)的緊密結(jié)合，新技術(shù)要求加強(qiáng)產(chǎn)教和科教的深度融合[5]。為了突出以學(xué)生為中心、產(chǎn)出為導(dǎo)向的教學(xué)理念，提升學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力，課程教學(xué)模式的改革成為新工科建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。作為計算機(jī)類專業(yè)的核心課程，數(shù)據(jù)庫原理課程需緊密契合新工科人才培養(yǎng)要求，對課程體系、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法進(jìn)行全面改革與實踐，以更好地適應(yīng)新時代的發(fā)展需求。

改革思路如下：為適應(yīng)新時代的發(fā)展需求，遵循OBE（Outcome?Based Education）理念，將教學(xué)內(nèi)容模塊化，適應(yīng)不同專業(yè)的需求；科教融合，引入實際工程案例，培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力；響應(yīng)國家在信息領(lǐng)域“自主可控”的號召，在實踐教學(xué)中引入信創(chuàng)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，并加強(qiáng)課程思政，旨在培養(yǎng)具有家國情懷、適應(yīng)新時代需求的數(shù)據(jù)庫人才。

三、課程教學(xué)改革的措施

（一）以目標(biāo)為導(dǎo)向改革教學(xué)內(nèi)容，以“核心+模塊”適應(yīng)不同專業(yè)需求

為培養(yǎng)應(yīng)用型人才，高校應(yīng)以目標(biāo)為導(dǎo)向，精選并構(gòu)建核心教學(xué)內(nèi)容，包括數(shù)據(jù)庫基本理論、數(shù)據(jù)操縱技巧、數(shù)據(jù)庫安全機(jī)制以及設(shè)計方法。這些內(nèi)容作為各專業(yè)學(xué)習(xí)的共同基礎(chǔ)，基于關(guān)系數(shù)據(jù)理論，旨在確保學(xué)生掌握數(shù)據(jù)庫的基本知識與技能，如安全設(shè)置和備份恢復(fù)方法。一方面，學(xué)生應(yīng)具備根據(jù)實際需求設(shè)計數(shù)據(jù)庫的能力，如根據(jù)客戶需求設(shè)計概念模型，并將其轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，運用范式理論進(jìn)行優(yōu)化，從而構(gòu)建出高效且合理的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。另一方面，學(xué)生需清晰理解數(shù)據(jù)庫的三層模式結(jié)構(gòu)，以便在應(yīng)用程序設(shè)計中有效運用外模式增強(qiáng)安全性，并通過設(shè)計物理模式來提升數(shù)據(jù)庫運行效率。

針對不同的專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，形成對應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容模塊。對于軟件工程專業(yè)，以培養(yǎng)Java工程師為目的，適當(dāng)調(diào)整了數(shù)據(jù)建模和數(shù)據(jù)庫編程的教學(xué)內(nèi)容，包括存儲過程和JDBC等，以適應(yīng)復(fù)雜工程應(yīng)用的要求。對于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，考慮到其硬件交互較多的特點，適當(dāng)調(diào)整了SQL嵌入C++編程的教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)數(shù)據(jù)感知與采集等實際工程需求。對于數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)，模塊化地強(qiáng)化了Python與SQL的交互內(nèi)容，并專門介紹了MongoDB等NoSQL、NewSQL數(shù)據(jù)庫。在教學(xué)過程中，不同計算機(jī)專業(yè)在核心教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，選用不同的模塊進(jìn)行強(qiáng)化，以將OBE理念融入教學(xué)的組織與實施中，確保實現(xiàn)各專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)（見圖1）。

（二）科教融合，引入工程案例

在教學(xué)過程中，高校應(yīng)積極引入真實的項目案例，以提升學(xué)生的實踐能力和工程能力。鑒于高校在服務(wù)社會過程中承接了眾多橫向項目，其中很多項目涉及數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)，為加強(qiáng)科教融合，高校應(yīng)精選經(jīng)典項目，提煉為數(shù)據(jù)庫開發(fā)應(yīng)用工程案例，并將其融入數(shù)據(jù)庫教學(xué)案例及實踐訓(xùn)練內(nèi)容。實踐表明，與課本中的示例相比，真實的工程案例更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力，有助于學(xué)生更深入地理解和掌握數(shù)據(jù)庫的基本知識與技能。通過實踐教學(xué)，學(xué)生可運用已有的工程項目案例進(jìn)行訓(xùn)練，親身體驗項目的實現(xiàn)過程，并解決遇到的問題，從而系統(tǒng)地掌握解決復(fù)雜工程應(yīng)用問題的方法，顯著提升實踐能力和工程能力。

在實際開發(fā)項目中，培養(yǎng)良好的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力是新工科人才的核心培養(yǎng)目標(biāo)。為了達(dá)到這一目標(biāo)，可以鼓勵優(yōu)秀學(xué)生加入教師的在研橫向項目團(tuán)隊，參與以交付為目標(biāo)的真實項目開發(fā)。這些項目往往需要多學(xué)科協(xié)同，學(xué)生在參與過程中，不僅能接受完整數(shù)據(jù)庫開發(fā)周期的系統(tǒng)訓(xùn)練，還能獲得多學(xué)科交叉融合的鍛煉，從而逐步成為適應(yīng)新工科需求、具備解決復(fù)雜工程問題能力的新工科人才。

（三）響應(yīng)國產(chǎn)化替代需求，引入信創(chuàng)數(shù)據(jù)庫

1.全面引入信創(chuàng)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品

科技自立自強(qiáng)是國家強(qiáng)盛之基、安全之要。“十四五”規(guī)劃首次強(qiáng)調(diào)了科技自立自強(qiáng)在國家發(fā)展中的戰(zhàn)略支撐作用。數(shù)據(jù)庫技術(shù)曾是“卡脖子”技術(shù)之一，但經(jīng)過20年的自主研發(fā)，國產(chǎn)信創(chuàng)數(shù)據(jù)庫取得了顯著進(jìn)展，尤其在金融、國防等關(guān)鍵領(lǐng)域，基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化替代。然而，國內(nèi)IT領(lǐng)域仍以外國數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品為主，信創(chuàng)數(shù)據(jù)庫生態(tài)有待加強(qiáng)。因此，培養(yǎng)信創(chuàng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)人才成為數(shù)據(jù)庫原理課程教學(xué)的目標(biāo)，而產(chǎn)教融合成為實現(xiàn)這一目標(biāo)的有效途徑。梧州學(xué)院已加入了openEuleramp;openGauss人才發(fā)展加速計劃，將數(shù)據(jù)庫原理課程的實踐教學(xué)平臺全面更換為華為openGauss，并得到了中國—東盟信息港鯤鵬生態(tài)創(chuàng)新中心的大力支持。該計劃提供的課程包不僅包含高質(zhì)量的理論教學(xué)和實驗教學(xué)內(nèi)容，還包含性能調(diào)優(yōu)、二次開發(fā)等高階內(nèi)容，能夠使學(xué)生快速掌握openGauss，并全面提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。鑒于信創(chuàng)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品多樣，不同地區(qū)信創(chuàng)云平臺采用的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品有所不同。梧州學(xué)院所在區(qū)域的信創(chuàng)云使用人大金倉數(shù)據(jù)庫，因此在實際項目的開發(fā)中，學(xué)校也將人大金倉數(shù)據(jù)庫納入培訓(xùn)范圍。由于不同數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品存在較多共性，學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用轉(zhuǎn)換的難度相對降低。

2.鼓勵學(xué)生參與學(xué)科競賽，以檢驗并增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果

梧州學(xué)院積極鼓勵學(xué)生使用信創(chuàng)數(shù)據(jù)庫開發(fā)項目，并參與各類信創(chuàng)競賽（如廣西鯤鵬應(yīng)用創(chuàng)新大賽），以促進(jìn)學(xué)生對國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的理解和掌握，同時公開檢驗培養(yǎng)效果。

在課程中融入信創(chuàng)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的時代背景和原因，通過講解“棱鏡門”、中美貿(mào)易戰(zhàn)等事件，闡述信創(chuàng)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的發(fā)展歷程，從而幫助學(xué)生了解我國在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域從落后到逐漸發(fā)展的艱辛過程，并認(rèn)識到信創(chuàng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展對于國家信息安全的重要性。同時，強(qiáng)調(diào)高水平科技自立自強(qiáng)對于全面建成社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)國的重要意義，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷，激勵學(xué)生立志成為在開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域全面支持國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的高素質(zhì)數(shù)據(jù)庫技術(shù)人才，并在國家科技自立自強(qiáng)中貢獻(xiàn)自己的力量[6]，從而有效踐行立德樹人的時代要求。

四、結(jié)語

在數(shù)據(jù)庫原理課程教學(xué)中，課程組以培養(yǎng)適應(yīng)新工科要求的數(shù)據(jù)庫技術(shù)人才為目標(biāo)，遵循OBE理念，實施模塊化教學(xué)，以滿足不同專業(yè)的人才培養(yǎng)需求。通過實際工程項目訓(xùn)練，著重培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力，并全面引入信創(chuàng)數(shù)據(jù)庫，以適應(yīng)新時代國家科技自立自強(qiáng)的要求。經(jīng)過兩年的實踐，改革成效顯著：一是學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量顯著提升，學(xué)生的數(shù)據(jù)庫相關(guān)作品在學(xué)科競賽中屢獲殊榮，獲得省級一等獎及以上獎項每年超過20項，在同類院校中名列前茅。在信創(chuàng)競賽如廣西鯤鵬創(chuàng)新大賽中，學(xué)生屢獲佳績。二是學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力也有顯著提升，部分優(yōu)秀學(xué)生已參與到學(xué)院的重點科研項目中，并發(fā)揮了重要作用。例如，在西江水情大數(shù)據(jù)庫平臺項目中，學(xué)生助力平臺實現(xiàn)1.5億條數(shù)據(jù)記錄入庫，為防洪工作和提升航運效率做出了重要貢獻(xiàn)；在“智能顯微設(shè)備研發(fā)”廣西重大專項的數(shù)據(jù)采集處理等功能模塊研發(fā)中，參與的學(xué)生展現(xiàn)了出色的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力。學(xué)院鼓勵學(xué)生將創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為知識產(chǎn)權(quán)，每年學(xué)生獲得的軟件著作權(quán)等知識產(chǎn)權(quán)數(shù)量超過10項。

總的來說，以新時代、新工科對數(shù)據(jù)庫人才培養(yǎng)的需求為驅(qū)動，以產(chǎn)出為導(dǎo)向進(jìn)行的數(shù)據(jù)庫原理課程教學(xué)改革，有效地提高了學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力，取得了良好的效果。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 杜金蓮，趙文兵，金雪云.新工科背景下數(shù)據(jù)庫原理課程改革建設(shè)思考[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2020（23）：65-67.

[2] 中華人民共和國教育部.教育部辦公廳關(guān)于推薦新工科研究與實踐項目的通知[EB/OL].（2017-06-16）[2023-12-10].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201707/t20170703_308464.html.

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[5] 郭良敏，陳傳明，俞慶英，等.面向新工科學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)及評價探索：以軟件工程專業(yè)為例[J].大學(xué)教育，2023（2）：136-138.

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［責(zé)任編輯：梁金鳳］