新工科背景下《数据库系统原理》教学实践探索

史海涛，边玲燕，魏燚伟

（中国石油大学（北京）克拉玛依校区计算机系，新疆 克拉玛依 834000）

0 引言

当今世界，新一轮的科技和产业革命迅猛发展，世界各国之间的竞争更趋白热化。说到底，综合国力的竞争就是教育和人才的竞争。目前，以新技术、新业态、新产业为特点的新经济蓬勃发展，这就要求工程科技人才具备更高的创新创业能力和跨界整合能力，加快新工科建设，助力经济转型升级[1]。“复旦共识”、“天大行动”、“北京指南”新工科建设“三部曲”[2]奏响了人才培养主旋律，开拓了工程教育改革新路径。“新工科”的内涵不仅体现在新理念、新专业，新的人才的培养模式、新的教育方法、新教学技术的应用同样不可或缺，甚至更加重要。通过多方面的改革，以培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才[3]。

1 传统教学模式的缺点和弊端

传统教学模式下，数据库系统原理课堂由老师“主宰”，形成了“老师教学为主，课后答疑为辅，学生作业为补充”的鲜明特点。实质上这忽略了在学习过程中学生才是认知主体的客观事实，不利于发挥学生的主观能动性，也不利于培养学生的动手能力和创新能力。经调研与总结，传统教学模式存在以下几点问题：

1.1 教学内容安排缺乏软件工程思想

国内数据库系统原理教材以基本理论，基本技术和基本方法的阐述为主[4]。教材的编写先讲关系数据理论，再讲SQL操作，最后讲数据库设计等。理论授课依教材而行，上机实践多以SQL练习为主，理论授课和上机实践过程缺乏逻辑性和连贯性。从数据库开发的角度来讲，没有从软件工程的角度层层剖析，不利于学生系统地掌握知识和技术。导致学生只知道关系代数是关系代数，SQL是SQL，规范化是规范化，数据库设计是数据库设计，而不知道他们之间有着逻辑关系，学到的知识是“一盘散沙”，没有“串起来”。因此在授课环节调整章节顺序，引入软件工程的思想，按照软件工程的思想去逐步展开教学更有利于学生系统掌握知识。

1.2 教学模式单一

目前课程理论课教学主要以以老师讲授，学生听课为主，习题课和课后答疑作为辅助教学手段，授课方式相对单一。数据库系统原理全面介绍数据库系统理论、技术和方法，内容丰富。不同章节、知识点之间有很大的差异性，因此授课环节根据不同章节特点选取恰当的授课方式非常必要。

1.3 重理论，轻实践

目前课程教学目标以基本概念掌握为主，在掌握理论框架的基础上，使学生初步具备使用某一种数据库管理系统的能力。教学的绝对重心是掌握基本理论，上机实践仅仅是应用SQL表达各种数据操作。近几年互联网行业飞速发展，互联网应用的领域不断拓宽，企业对学生的要求也越来越高；同时新工科建设也要求高校创新工程教育方式与手段。因此在数据库课程教学中改变以往“重理论，轻实践”的教学模式，在教学过程中贯穿数据库开发的内容是非常有必要的。

2 改革方案总体设计

传统教学模式存在的缺点和弊端制约了教学效果和学生的主观能动性，也不利于学生对知识的理解和掌握。本文提出了一种“以学生教师双核心为主体，以软件项目开发思想为驱动，以实际项目案例为切入点，多种教学模式相融合”的教学改革方法，主要包含以下几个方面：

（1）理论课的授课过程中，抓住“软件工程”和“项目驱动”两个中心思想。重新梳理章节结构和知识体系，把原来“一盘散沙”的知识点重组成新的逻辑结构，即按照数据库开发流程组织。在理论课教学过程中用实际项目案例的数据库代替教材的示例数据库，从需求分析、概念结构设计等数据库设计的生命周期出发，重新设计案例和习题。经过学习和练习，使学生从宏观上系统的掌握知识和技术，真正获得开发设计DBMS的基本能力。

（2）授课方式上，改变以往老师讲授，学生听课为主教学模式，根据知识的特点采取“多元化”的授课方式。对于数据库基本概念、数据模型、规范化理论等理论性较强的知识点选用LBL（Lecture-Based Learning）方式教学，上课的效率更高，学生也更易于接受；对于E-R模型、SQL操作等实践性较强的授课内容，采用CBL（Case Study-Based Learning）的教学方法可以让学生结合实际的案例领会理论知识如何在实际中运用，进而提升学生独立分析和解决问题的能力；对于少量重难点知识，采取PBL（Problem-Based Learning）的教学方式更加合适；对于了解以及拓展的内容，采用“线上学习，线下分享”和“翻转课堂”的方式进行，提升学生的参与度和积极性。通过多元化的授课方式，增加学生的学习兴趣，培养良好的学习习惯。

（3）实践内容的制定上，改变以往“重理论，轻实践”的特点。根据实际项目案例，围绕数据库设计流程，采用“以任务为主线，设计开发与文档撰写齐头并进”的方式开展实践内容。具体而言，根据数据库设计的流程设计多个实践任务，让学生依次完成。在任务的设计上要重难点突出，任务分配合理，同时要求完成设计和文档的撰写。通过这样成体系的训练，增加学生的动手能力和知识的实际运用能力。

3 改革措施

根据以上总体设计思路，从授课到实践均提出相应的改革措施。主要包含理论课授课、案例编写、教学方式制定、实践讲义编写、考核方式几方面。改革的具体措施如下：

（1）理论课授课方面，首先梳理知识点，找到其在数据库开发生命周期中的所处位置，然后根据数据库开发的步骤重新组织章节结构和授课顺序。理顺思路之后，在授课内容里再加上软件工程的思想，让学生建立规范化，流程化的思维。例如：数据库逻辑结构设计阶段，重点不仅是把概念结构设计阶段设计好的E-R图转换为与特定数据库管理系统支持的数据模型相符合逻辑结构，而且要强调数据模型的优化以及文档编写。这样学生就会知道在实际的项目开发中，什么时候要做数据模型优化，同时养成编制开发文档的好习惯，从而对数据库开发的过程有一个整体的理解和把握。

（2）案例编写方面，不采用教材的示例数据库。示例数据库只有三张表且数据量较少，这与实际应用情况不符。实际数据库开发中遇到的问题绝不是三张表就能解决的，并且数据量不会如此之少。数据库编程和并发控制等章节知识的理解非常需要实际的案例演示来配合讲解，但是教材内容只有相关的理论和代码展示，并没有实际的的结果展示，这样的方式不够直观也不便于理解。因此将示例数据库更改为实际应用数据库是非常必要的。在授课过程中，我将之前项目中的数据库作为本课程的示例数据库，按照知识点去准备问题和结果，这样学生接触到的是更加贴近实际应用的问题和结果，有助于对知识的理解。

（3）教学方式制定方面，按照之前提到的各种授课方式和不同章节知识的特点，采取恰当的授课方式，有些章节的知识点需要几种授课方式相结合。比如说对于概念结构设计而言，采用CBL的教学方式更加恰当，同时辅以“翻转课堂”的方式，让学生轮流讲解自己设计的E-R图，之后老师和学生进行点评。通过这两种方式，学生对于知识的理解和把握会更容易，同时也可以带动学生的积极性和参与感，有利于培养学生对课程的兴趣和主动性；对于规范化这样的知识点，采用LBL的方式则更加恰当，这部分知识难度相对较大，学生理解比较困难，通过老师讲授的方式更易于学生系统、清晰的理解和把握知识[5]。

（4）实践讲义编写方面，根据数据库设计的步骤，同时参考实际项目涉及到的问题编制出了七个综合性的实践任务，具体有DBMS软件的安装，卸载及认识、SQL练习（这是实践部分的重点，包含数据库的建立、索引的建立及删除、数据的操纵的实现、完整性约束的检查和违约处理、视图的相关操作等）、其他数据库对象的管理、数据库安全机制，数据库编程等部分，全方位的训练学生的数据库编程能力。

（5）考核方式方面，改变了平时作业和期末考试构成总成绩的方式，将课堂表现和实践内容的考核纳入最终考核，并且降低期末考试的比例，提高实践内容考核的比例，形成“全过程、全方位”的考核方式。课堂表现方面，以回答问题的积极性、回答问题的正确率、课后思考的全面性、课堂分享的趣味性和表现力作为考核指标，带动学生的学习积极性，形成良好的学习氛围和学习习惯；实践内容考核方面，考核实践报告、实践代码和答辩过程，全面把握学生实践过程的真实性和水平。

4 结语

经过一个周期的课改实施，结果表明本文提出的教学改革方法有助于提高学生的参与度和获得感，助力学生转变学习态度，养成良好的学习习惯。数据库系统原理是计算机相关专业的专业核心课程，数据库开发能力是目前互联网企业对开发岗位的基本能力要求，通过教学改革不断探索新的教育方法、应用新教学技术，是“新工科”的核心内涵。通过不断地改革、不断地创新工科人才培养模式，培养面向产业界、面向世界、面向未来的新工科人才是高校教师的永恒课题。