面向工程能力培养的数据库原理及应用课程实验教学改革

2021-12-09张晓丽李川张少应胡秋霞

微型电脑应用 2021年11期

张晓丽，李川，张少应，胡秋霞

(西安航空学院计算机学院，陕西西安 710077)

0 引言

“数据库原理及应用”课程是计算机相关专业的核心专业基础课程，面向大三年级的本科生，该课程主要讲授数据库原理的基础知识及应用，要求学完该课程后，学生具备数据库系统设计开发的能力，能够利用所学数据库知识结合软件开发语言和工具解决实际生活中的相关问题。作为一门理论性、工程性和实践性比较强的课程，该课程的很多理论知识都是建立在实践的基础上，使学生通过实验理解课程精髓，调动学习主动性，通过实验环节可以大幅度提升学生的动手能力、理论联系实际的能力和创新思维能力[1]，从而提升学生创新设计能力。

随着新一轮教学改革的深入，本文总结分析西安航空学院数据库课程在目前的实验教学中存在的问题，依据以学生为中心，以教育产出为导向的改革思路，从优化实验教学体系、整合实验教学内容、改革实验教学模式和方法等方面对数据库原理及应用实验课程实验进行了改革探索，从而变实验辅导为实验引导，不断提高学生工程应用能力和自主创新能力。

1 现状分析

西安航空学院数据库原理及应用课程共48学时(32+16)，其中理论课为32课时，理论教材选用高等教育出版社王珊编著的“数据库系统概论”，主要学习数据库基本原理及数据库设计等理论性较强的内容，16学时的实验主要讲授数据库编程及查询等基本操作。数据库原理及应用课程目前实验教学是在理论知识点讲解之后针对这个知识点展开的，由于知识点单一，其中大部分实验内容为验证性实验，缺乏设计性综合性实验，且在授课过程中通常以老师为主体，学生根据老师讲解、演示，在老师的指导下完成实验项目。在这种授课模式下，实验内容固定，且在有限的课时内学生动手操作的有效时间相对较短，部分学生不能完成实验项目内容，而动手能力较强的同学则在完成实验后也没有发挥余地，再加上班级学生人数较多，一个老师在课堂上并不能关注到所有的学生，使得有的同学没有进行充分锻炼，实验效果并不理想[2]。另外，课后学生只需要提交实验报告，并未深入思考实验内容，也从未考虑过在实验基础上进行创新拓展设计。

因此通过16课时的实验，大部分学生对于简单的基础实验掌握较好，但是面对综合应用、设计性、创新性实验项目，由于学生缺少综合创新设计能力往往无从下手。

2 实验改革思路

实验课程作为理论教学的辅助环节，其目的是让学生通过实验能更好地理解和掌握理论知识，提高个人的动手能力和应用创新能力。而学生工程实践能力的培养要在实验的每一个环节中实现，培养学生分析问题、解决问题的能力[3]。针对现有实验教学中存在的问题，我们以该课程的课程目标作为出发点，基于课程能力要求，遵循“以学生为中心，以教育产出为导向，教学科研相融合”的实验教学思路，从实验教学体系、实验教学内容、实验教学模式等方面对数据库原理及应用实验课程教学进行了改革和探索，着重培养学生的工程应用实践能力。

3 实验教学改革方案

3.1 多层次实验教学体系

实践动手能力的培养必须遵循从基本操作能力的培养到综合能力的过渡，针对目前课程教学中存在的项目知识点分散、实验内容单一、验证型实验为主等问题，针对数据库课程的特点，首先在实验教学体系和实验内容上进行改革创新，针对学生不同层次、不同阶段的学习，采用了多层次、递进式的数据库实验教学体系，精心设计教学案例，引导学生在实验过程中由浅入深、循序渐进地进行实验，旨在激发学生学习的热情，提高学习的主动性。该实验体系根据数据库知识点的特点，由基础验证型、应用提高型和综合创新型实验3个层次构成，如图1所示。

图1 多层次实验教学体系

在多层次实验教学体系中，课程实验围绕基础验证型实验项目展开，引导学生由浅入深地进行自主学习，在熟悉数据库环境及基本操作以后深入理解SQL语言的综合应用，在应用提高型实验中引入工程项目思想，为下一步进行综合创新型实验奠定基础，综合创新实验中要求学生能够综合各门课程知识，联系实际进行完整的数据库项目设计，主要考察学生对知识的综合应用能力，强化学生解决问题的能力。

该实验体系由浅入深分层次递进式引导学生逐步掌握课程的相关知识点，从建立数据库开始到设计完成综合实训项目，在整个过程中使学生将所学知识融会贯通，形成以提高学生实践和创新能力为一体的实验教学体系。

3.2 递进式实验内容

传统课程实验教学项目大部分以验证性为主，学生在老师指导下根据实验指导书的要求完成实验项目，在此过程中，项目内容和知识点比较分散，学生缺少整体项目的实施锻炼，不利于学生工程应用实践能力的培养。而面向工程实践能力培养的实践教学，要求实验内容来源于工程项目或科研课题，引导学生分析解决问题[4]。因此在多层次递进式实验课程体系中，我们依据课程培养目标，在现有实验内容的基础上对实验内容进行改进整合，从趣味性、工程性角度考虑，增加工程性、灵活性更高综合设计型和应用创新型实验[5]。在整个实验内容设计中，从数据库基本操作出发，在实验过程中，结合Java程序设计等多科目实施完整的图书管理系统项目，保证每个实验都包含数据库设计过程中的知识点和技能，由浅入深分层次递进式实验教学，循序渐进逐步引导学生掌握课程的知识点，以此提高学生的综合应用能力。具体实验内容如表1所示。

表1 3个层次的实验教学内容

从表1中可以看出，基础验证性实验是整个实验的基础，实现数据定义、数据查询、数据安全性完整性等基础操作，目的是为了培养学生掌握操作数据库的基础知识和技能，为下一步的学习打下基础。这一部分实验内容要求学生必须完成。

应用提高型实验包括了数据库中存储过程、函数、数据库备份恢复等机制的学习，同时在这一部分实验要求中，有能力的同学可以使用JDBC/ODBC去访问数据库，主要是为了培养学生使用SQL语言进行数据库高级编程能力，在深入学习数据库知识的基础上强化工程实践能力。

综合创新型实验是在学完数据库理论基础之后进行的综合创新应用，主要考察学生对数据库知识的综合应用。该部分实验题目不拘泥于某一个课题，学生可以自主选择自己感兴趣的题目，也可以完成教师科研课题或企业项目案例，也没有固定的实验步骤，要求学生在设计中以数据库知识为主线，综合其他诸如算法分析设计、Java等课程，按照数据库设计步骤完成一个综合数据库系统的应用，实现数据库知识和其他课程有机结合。该部分内容要求学生以小组为单位完成，教师引导，由学生带动学生，目的是为了培养学生团队协作能力和分析解决问题能力。

3.3 线上线下混合式教学模式

在传统的实验教学模式中，教师占主导地位，从实验的设计、执行、完成基本上都是老师来完成，学生处于被动接受的状态，从而导致学生学习积极性不高，教学效果不理想。加上课堂实验课时有限，仅靠课内实验环节对学生工程能力的培养是远远不够的。因此在数据库实验教学改革中，为了充分调动学生的学习积极性，使理论实践、课内课外能充分融合，提高实验效率，我们采用线上线下混合式教学模式进行实验教学。线上课前通过学习通平台向学生推送实验项目需要预习的知识，让学生提前了解实验内容，同时，老师将该实验项目的相关知识学习视频通过学习通进行资料分享，方便学生随时下载学习，另外学生也可以通过学习通随时向老师反馈实验中存在的问题。线下的实验教学中，以学生为主体，教师引导，让更多的学生通过实验过程掌握相应的知识和技能，提高分析解决问题能力。同时采用分组协作的教学模式，根据学生个人情况，确保每组中的学生呈现阶梯状组建小组，每组指定一个负责人。在实验过程中，同一小组内针对实验内容展开讨论，进一步加深理论知识的理解，同时小组内学习能力强动手快的同学在掌握实验内容并完成后可以协作组内稍弱一些的同学，同时各小组间也能互帮互助，共同进步，这样有助于解决教师在实验时不能兼顾每位同学的问题，还能促进同学间交互交流讨论，培养学生团队协作能力。

仅靠有限的课内实验环节对学生综合应用能力的培养是远远不够的，因此我们要求学生利用课外时间扩展课程实验内容，并鼓励学生参与各类课外科技活动、学科竞赛、大学生创新创业项目等。依托这些竞赛活动平台，以比赛任务促进学生自主学习、相互协作。同时通过竞赛，促使学生更加了解社会行业的人才需求，关注行业的发展动态，为今后的就业发展做好准备。

实践证明，学生通过参与各种实践项目，极大地提高学习主动性，在该过程中，各组学生都能利用个人所长在项目竞赛中完成相应的任务内容，促进了理论和实践的结合，提高了学生个人自信心，培养了学生团队合作能力，同时能将所学的知识融入实践项目中，极大地锻炼了学生的工程实践应用能力。