针对创新性人才培养的数据库课程教学研究

张丽平 李 松 郝晓红 孙冬璞 高 峻

（哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院 黑龙江哈尔滨 150080）

数据库技术从诞生起即在数据处理、数据管理和软件技术等方面起着重要的作用[1]。近些年，随着社会应用需求和计算机软件行业及大数据领域的快速发展，数据信息呈现出海量性、分布性、空间性、模糊性、无规格性和多样性等特点。各类新的数据库技术应运而生，如，主动数据库技术、时态数据库技术和时空数据库技术等。作为计算机专业的学生，在目前信息化程度日益增高的社会里，学习和掌握计算机数据库的知识和技能是非常有意义的[2]。数据库课程知识技能不是孤立的，而是和其他课程紧密相连的，例如，软件工程、数据结构、程序设计、操作系统、物联网技术、大数据、云计算等是集理论性、创新性、操作性、实用性于一体的综合性计算机课程。

在作者所在单位的2015版培养方案和大纲中，数据库系统基础课程最显著的变化是在传统的讲课、实验和上机基础上增添了“实践，翻转，创新，案例”等内容。当前，在工程教育认证对解决复杂工程问题提出了较高的要求的背景下，根据新的培养方案，研究如何更有效的组织数据库课程教学，如何培养学生的创新意识和创新能力具有较为重要的意义。

一、数据库的基本教学内容和方法

目前，在大学课堂里，为了培养具有数据库专业技能的人才，针对计算机专业学生的数据库教学内容一般主要分为两大类：

（一）数据库技术的基本理论知识。教学内容主要包括数据库的基础理论知识的课堂讲解和学习，具体包括数据库系统的发展阶段、分类、体系结构等；重要的数据模型如概念层数据模型、组织层数据模型等；三级模式和二级映像；关系代数和关系演算；关系数据库的规范化理论，如主码、外码、函数依赖、范式、模式分解准则和分解方法、完整性约束等；数据底层存储技术；数据库查询优化等。

（二）数据库的技术知识。这部分教学内容主要包括数据库系统的设计方法，如逻辑结构设计、概念结构设计、物理结构设计、数据库的实施和维护等；数据库系统的安装和排错；数据库的保护和恢复技术；数据库的备份；关系数据库标准语言SQL；MySQL数据库管理系统；SQL Sever数据库管理系统；Oracle数据库管理系统；Sybase数据库管理系统等。

由于数据库的理论和技术知识较多，许多高校根据学生的不同层次和不同的培养目标，课堂教学的侧重点会有很大的不同。对于研究型的大学，数据库的课堂教学往往更着力于理论知识的深度讲解；对于以教学为主的大学，数据库的课堂教学往往侧重于具体数据库技术（如SQL语言；SQL Sever数据库管理系统等），以学生能熟练使用某种数据库管理信息系统为目标。

无论是侧重于理论基础的教学还是侧重于实际应用技能的教学，传统的数据库课堂教学主要是以教师课堂教授知识点，学生课后复习和上机实践的模式进行。近年来，对数据库课程与程序设计课程教学和人才培养方法的研究取得了一些重要的研究成果[3-7]，但在数据库的教学内容改革和创新性人才培养方面还有许多不足，无法较好地培养学生的创新意识和能力。

二、数据库传统教学内容和方法的不足

（一）教学内容的局限性。传统数据库的教学内容主要是有关数据库的基本理论和技术工具等方面。

1.创新思想和创新方法体现较少。当前，在高等教育中，改进教学内容和教学方法，努力培养创新性人才已经成为大家的共识。人才的创新思想和创新能力的培养贯穿于整个高等教育的各个环节。数据库技术从诞生之日起就和创新紧紧联系起来，数据库众多的理论和分支时刻闪耀着创新的火花。现在的数据库教学用书主要在于突出展示数据库的基本知识点，缺乏对数据库创新内容、创新思路和创新方法的阐述和归纳。教师主要是传授书本基本知识，学生则机械的学习知识，但缺乏创新思想和创新方法的锻炼和体悟。

2.数据库新技术和新知识点的讲授较少。近些年，对数据处理和数据库技术的需求日益呈现多样化，主要体现在数据建模需求、实时的系统执行需求、高效的数据查询需求、网络数据的检索需求、海量数据存储与共享需求、智能的数据分析需求、触发器或主动需求、不确定数据的处理和管理需求、分布式数据和大数据处理与存储需求等方面。传统的数据库教学内容很少或完全不包含这些新理论新技术。以至于培养出来的学生数据库知识面狭窄、技能单一、创新能力不强，不能很好地胜任具体的工程和科研工作任务。

（二）教学方法的局限性。在传统的数据库教学中主要是老师在课堂上逐一讲解知识点，学生学习记忆，再配以少量课时的实验训练，即完成了数据库课程的教学任务。传统教学方法能使学生掌握数据库一般的理论知识和技术，但具有以下缺点：

1.学生的创新能力培养不足。传统的教学方法主要强调学生对数据库知识点和基本技能的记忆与掌握，强调学生会用数据库（例如熟悉SQL编程，数据数据库的安全性维护，熟悉Oracle故障恢复等），但往往忽略了学生创新能力的培养和训练，学生的创新思想和创新能力的培养明显不足。

2.数据库技术的活学活用能力不高。数据库技术是一门实践性较强的技术，学生在课堂上学习了一些基本知识和操作技能，但往往学不深学不透，留下了许多技术空白，在接手实际的工程项目时往往不知所措，举步维艰。

3.学生的知识面较为狭窄。受教学内容和教材的局限性及教师本人知识面的影响，课堂数据库教学所教授的知识往往较为基础和陈旧。学生在课堂上难以获得新的系统的数据库知识和技能，知识储备少，知识面狭窄。在工作岗位上遇到各类新的数据库技术往往一片茫然，无从下手，影响了工作效率。

三、数据库教学内容和方法的改进与创新

（一）教学内容的创新性改进。

1.教学内容的拓展。为了培养出知识面开阔，工程技术能力较强的数据库专业人才，我们对数据库教学内容进行了改进与拓展。为了使学生掌握一些重要的先进的数据库理论与技术，我们以传统数据库教学内容的知识点为学习基点，以基点为基础进行知识点的扩展。在传统数据库教学的知识点中，我们共确定了可扩展的23个基点。在具体教学实践中，利用多样的教学方法使学生在掌握基础知识点的基础上进而了解和掌握扩展的新知识点。实践表明，在总课时基本保持不变的情况下，教师合理的做好教学计划和课时分配，扩展的新知识点能较为科学地传授给学生。

通过对基点和扩展点的讲解，学生们不仅掌握了传统数据库基本的知识点，而且对拓展的新的相关理论和技术有了较好的了解和学习。例如，在讲解数据库索引技术的同时，进一步扩展到空间数据库的空间索引技术、时态数据库的索引技术、XML数据库的索引技术、大数据索引技术和分布式索引技术等。通过对基点进行有效的扩展，可较大程度地增大学生的知识面，培养创新思维，增强专业技能。

2.数据库创新思想和创新技术的融入。为了培养具有创新能力的复合型人才，我们在数据库教学过程中结合具体数据库知识点增加了创新思想、创新技术和创新方法的讲解和引导，取得较好的效果。例如，在讲解关系数据库的诞生和发展历史时，重点强调促使关系数据库诞生的思想火花，强调关系数据库理论体系取代层次数据库和网状数据库的创新历程，和学生详细讨论创新在关系数据库的发展史上所起的作用。在讲解规范化问题时，引导学生发现低级范式的问题，进而模拟学术先辈们的创新思想和解决问题的办法，最后得出高一级的范式，深刻理解发现问题和解决问题的过程，体会创新的内涵。在讲解数据库索引技术时，引导学生进一步思考如何利用先进的索引结构（例如R树、R*树、TPR树、空间填充曲线等）索引海量的空间数据信息，思考如何进一步改进现有的索引结构。学生知识面由一维的B树拓展到二维的R树，学生能从中更加深刻地理解索引结构的作用和优势，理解技术思想的创新过程，从而激发学生的探索热情。还可进一步引出对大数据等复杂多样数据信息索引查询的计算机前沿问题，引导学生的创新思维。经过老师的合理引导和培养，学生们通过数据库课程的学习，能发现许多新问题，并探索性地提出新的解决方法，增强了创新能力，对科研和技术创新有了更多的体会和认识。

（二）教学方法的改进。在对数据库教学内容进行改进和拓展的基础上，为了弥补传统教学方法的不足，为了充分锻炼学生自主学习和创新的能力，我们对教学方法进行了改进。根据各个知识点的特点，将一些新的教学方法和传统的教学方法相融合，课堂教学中取得了较好的效果。在教学中主要采用的方法：

1.类比创新法。主要是用在数据库知识点的拓展讲解上。数据库基本的知识点拓展进行讲解时，类比创新和启发引导相结合可使学生更多的掌握新知识，同时培养创新意识。例如，在讲解数据库对空值信息的处理时，可类比提出相似的问题，即对模糊数据的处理，此时教师引导学生利用概率论和模糊数学的知识思考解决相似问题的办法。在讲解数据库查询问题时，可进一步引导学生思考海量空间数据的查询方法，教师可从数学建模和数据索引结构的改进等方面引导学生思考相关问题，使学生深刻理解降低搜索空间，加强精炼结果的数据查询思路,从而增强学生解决新问题的能力，培养创新性的人才。

2.任务驱动法。对于数据库课程的一些动手操作性较强的知识点，在教学中引入了任务驱动法，充分调动学生的自主学习的能力，自主分析问题，自主解决问题。任务驱动法适用的教学范围较广。例如，在学习SQL语句时，课堂讲解后，设计一些具有一定复杂性的综合题目，分组下发任务，由学生自己分析，自己完成。完成任务的同时，进一步加深了知识技能的掌握程度。在学习数据库设计时，我们选取学生较为熟悉的一些信息系统（例如超市管理信息系统等）中数据库设计课题，分组分配任务，由学生根据课堂引导所学的知识完成数据库的概念设计、逻辑设计和物理设计的内容。学生在任务的驱动下，自主学习的能力得到了较大的提高，对知识的理解程度更深刻了。

3.分组研讨法。对于具有一定理论深度的知识点，授课时采取课堂讲解和学生讨论相结合的方式。针对一些较难理解的内容，学生通过分组研讨，发现问题，思考问题，进而集体解决问题。例如，对于数据库中三级模式和二级映像的概念及作用，学生根据自己的学习和理解进行讨论交流。再例如，针对复杂的二维空间数据信息，组织学生分组讨论如何对二维空间数据信息进行定位查询和近邻查询，进一步引导学生分析现有的SQL查询语言的不足，从而提升学生探索新知识的兴趣。研讨中充分发挥学生的主观能动性，互相学习，互相补充，增强了学习效果。教师作为旁听者和难点指导者进一步增强了对学生的了解程度，便于因材施教。

4.问题引导法。问题引导法在教学过程中用的较多。通过问题可较好的引导学生对知识点进行思考。例如，为什么要对关系数据库进行规范化？函数依赖在实际应用中引发的问题是什么？主码和外码的作用？并发控制的意义？视图在实现三级模式中的作用？索引的作用和局限性？学生在思考问题的过程中增强了对知识的求知欲，同时能更加深刻地理解教学重点。

5.基于移动互联网的“碎片化”教学和“碎片化”学习融合法。碎片化教学就是将各种整体信息分割成信息碎片，利用学生的碎片时间提供有用的课程知识信息，学生利用碎片化的时间进行点滴学习。我们着重将补充的数据库课程内容分割成教学资源碎片，借助先进的移动终端设备和软件，让学生在各种碎片化的时间、地点进行学习新知识，潜移默化的领悟一些新技术和新知识的创新思想，满足学生在移动互联网环境下进行移动学习的需要。

6.前沿课题讲座法。数据库知识领域的发展是日新月异的，为了使学生在知识积累时能快速跟上数据库的最新理论和技术，我们精选了一些重要的相关数据库技术的课题进行课外讲座学习。例如，数据库在云计算技术中的应用、物联网对数据库技术的新要求、数据库的智能性的发展与阻碍、大数据处理技术、数据仓库技术、移动数据查询，等等。讲座内容根据学生的兴趣和需求而定，这些精心组织的课外讲座是数据库课堂教学的一大补充，具有较强的针对性，能较好地激发学生进一步探讨前沿知识的兴趣。

以上的方法不是互相割裂的，在具体的教学过程中往往互相融合，例如类比创新法可和分组研讨法结合，对于一些具有典型创新特征的问题可进一步以分组研讨的形式进行集体探讨，激励学生互相交流，创新性地提出自己的观点和解决办法。例如，数据库如何存取和查询复杂的空间数据信息等；下一代数据库技术的发展方向预测，等等，通过各种方法的灵活运用，力求较大程度地提升教学效果。

结语

为了使学生较大程度地增强创新意识和创新能力，为了培养出数据库技术熟练、创新能力较强的“双料”人才。本文对教学内容和教学方法进行了拓展与改进。以传统数据库教学内容的知识点为学习基点，以基点为基础进行知识点的合理扩展，同时根据知识点的特征有机融入创新思想和创新方法的探讨，使学生能较大程度地掌握先进的数据库知识和技能。在教学方法上进行了改进，根据数据库各知识点的特征和授课目标，灵活运用各种有效的教学方法开展教学，学生自主学习和创新的能力得到较大程度的提高，数据库理论和技术的知识技能掌握得更为扎实。

[1]叶小平,汤庸.数据库系统教程（第 2 版）[M].北京：清华大学出版社,2012.

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[3]董晨,戴敏,张桦.基于CDIO模式的数据库系统课程实践教学[J].计算机教育,2012（9）:81-84.

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