“金课”建设下的数据库原理及应用教学模式研究

徐静 姚志垒

关键词：金课；数据库；线上线下混合教学；考核方式；慕课

1 引言

数据库技术是信息化建设的基础核心，数据库的建设规模和使用频率直接决定了一个国家信息化程度[1]。随着数字化应用不断深入生活，人们平时都离不开数据库的访问。然而，对于计算机专业的学生来说，不但要求会使用数据库的相关操作，而且要了解数据库的工作原理，要能根据实际问题，进行分析，按照用户需求，设计出一个完整高效的数据库。“数据库原理及应用”是计算机相关专业的一门专业基础课程。它要求学生能够理解关系型数据库的基本理论和设计实现方法，能够对复杂问题分解，根据信息处理的要求，按照E-R图的方法，完成概念设计，再根据关系数据库理论，进行逻辑结构的设计，运用具体的数据库管理系统建立相应的数据库，数据表和索引等信息，利用面向对象编程技术实现功能和人机交互界面的程序设计[2]。

2“数据库原理及应用”课程现状

2.1 理论教学现状

“数据库原理及应用”课程由56学时的理论课和16学时的课内实验课组成。理论教学主要分为数据库基础知识和数据库设计应用两部分。基础知识部分主要从数据结构、数据操作和数据的完整性约束三方面讲解关系数据库、SQL语言的操作、数据库的安全性、数据库的完整性；设计应用部分，主要讲解关系数据理论、数据库设计的步骤、数据库的编程及数据库恢复技术和并发控制。理论课程在多媒体教室展开，按知识结构的顺序来推进，以教师讲授为主，结合演示，这样的教学方式的弊端也是越来越多，主要体现在：（1） 并未充分以学生为中心，突出学生的主体地位，导致学生的积极性和参与度不高。（2） 学生对于知识点的应用需求了解不深，前后所学知识的融会贯通能力不足。如在讲授数据库规范化理论这个知识点时，学生知道如何通过规范化要求对逻辑模型进行高级别范式分解，但对于实际设计中出现的逻辑模型往往不知道是否需要规范化，如何规范化及规范到哪一级范式。（3） 知识运用能力不够，学生解决复杂问题的综合能力不强。（4） 课程内容相对滞后，不能反映前沿性。

2.2 实验教学现状

“数据库原理及应用”是一门操作性极强的课程，实验由8个基本实验组成，包括：创建数据库，数据更新，单表和连接查询，嵌套分组统计查询，试图的定义和使用，数据库安全性实验，查询优化及数据库备份和恢复实验。实验教学中主要存在的问题体现在以下几个方面：（1） 实验内容，课堂中采用的都是验证性实验，实验指导书上对于实验的步骤过于详细，学生积极性不高，导致部分学生甘于做“代码搬运工”，知识的串联及灵活运用能力不够。（2） 实验环境，主要采用的单机环境，即每台机器上都安装一套DBMS，我们采用的是SQL Server，每台机器都是访问本地机的数据库，体现不出数据库的共享和并发访问的特性。（3） 实验数据集较小，查询操作中，学生满足于可以查询出结果即可，忽视了查询优化，对索引等概念和运用理解不到位。

3 教学方法和模式的改革

3.1 理论教学

建设“金课”就是要建设高质量的课程，吴岩司长提出了“金课”的“两性一度”。即课程要具有高阶性、创新性且有挑战度[3]。因此，在“数据库原理及应用”

这门课的理论教学过程中，要改变原来灌输式的教学方式，充分突出学生的主导地位[4]。教师在课堂教学组织中，以小型项目应用的形式串联各章节的知识点，以问题引入，引导学生在解决实际问题中学习相关理论语法及数学知识，充分提高学生的学习兴趣及积极性，培养学生用计算机解决实际复杂问题的思维。结合当前物联网、云计算及大数据等方面的迅速發展，适当扩充数据库相关知识的前沿内容，帮助明确学生的学习目标和努力方向。为了更好掌握课堂中的教学内容，学生就要做好“课前预习”“课中参与”“课后操作”三个环节。

抓好课前预习环节，充分利用已建设的“慕课”资源或者“学习通”平台，学生可以在相关平台上对课程的知识进行预习，并完成教师布置的随堂测试。一方面，可以培养学生的主动学习的意识，提高独立思考的能力，由于对本节课的知识结构体系有了提前了解，带着问题去学习，课堂上可以更加发挥出主体作用，加深知识的掌握；另一方面，教师能在课前了解学生对于相应知识点的掌握情况，课堂上，就可以根据学生的掌握程度灵活分配时间，讲课时也更会有侧重点，提高了教学质量。如：在SQL语言这一章中，当教师通过平台发现学生对于基本插入、删除及查询等语法已经了解的情况下，就可以跳过书上的验证性的示例，直接以实际项目中的数据库为例，带领大家一起编写数据库的常用操作的代码。这样，就能加深学生对用高级语言操作数据库的常规步骤以及不同的查询方式、效率的了解，理论联系实际的教学方式，有助于后续的相关课程设计及毕业设计等实践课程的顺利开展，提高了学生运用所学知识解决实际负责问题的能力。

课中在讲解知识点时，不孤立地去讲解某个知识点，要注重其应用需求，以及知识的前后融会贯通，加强和学生的互动，培养学生的分析和解决问题的能力。如：在介绍关系数据理论时，首先从一个关系模型出发，让学生通过插入、删除一些指定数据，再通过查询语句的运用，分析其可能存在数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常等问题，引出规范化设计的必要性，进而寻找解决方法。在数据库设计这一部分，以实际项目为主线，串起数据库设计的各个步骤，引导学生根据用户需求，经过概念设计、逻辑设计等步骤后，设计出一个合理高效的数据库。最后再以设计好的数据库来巩固前面所学的理论知识，包括SQL语言，数据库的安全性和数据库的完整性及优化查询等。这样就能充分调动学生的积极性，所学知识和应用能力得到有机融合。课堂教学中，也要进行一些知识的拓展，增加一些前沿性的内容，结合大数据在各行各业中的应用，介绍数据管理技术遇到的挑战和数据管理新技术，增强课程的时代性和先进性。

课后的作业布置也要改变原先的纯笔头作业的方式，增加一些实际操作。选用一些实际项目，选取其数据库的部分内容，进行操作。学生不但可以多学习成型的数据库，从中学习如何设计数据库，常用数据类型的定义、约束关系的定义、索引定义、存储过程及触发器的运用等，还能利用其进行一系列操作。比如，在SQL语言部分，利用实际数据库，让学生进行插入、删除和查询等操作，查询操作的时候，不仅要满足得到正确的查询结果，还要关注查询的效率，注意寻求最优路径。进一步培养学生一丝不苟和精益求精的学习精神，践行工匠精神。

3.2 实验教学

“数据库原理及应用”课程的课内实验多采用验证型，即通过验证实验结果，对已学知识进行巩固，这类实验能够培养学生的实验操作能力。而在课程的培养目标中，不仅要求培养学生的实验操作能力，还要致力于培养学生独立解决实际问题的能力，提高综合分析及查阅文献寻求解决方法的能力。因此，在有限的课时内，更充分地挖掘学生的潜能和锻炼学生独立思考的能力，就要构建“立体化”的实验资源地图。充分利用实验课的课前，课中和课后三个环节。实验课也可以采用“线上”与“线下”相结合的方式，利用“慕课”等线上教学资源[5-6]。教师在“慕课”上发布实验的相关内容，利用启发式的教学方式灵活设置实验项目，学生可以在学完对应理论知识后，对在线资源中的实验部分进行学习，在课前先进行部分实验，课前的实验中，充分利用互联网资源，寻求自我解决问题的方法。实验课堂上，教师逐一检查学生的实验情况，根据出现的问题，针对性个性化指导。学生可以把遇到的，无法解决的问题，提出来一起探讨解决。这样既提高了学生的实验积极性，又培养了学生独立解决问题的能力。另外，在“慕课”资源中，增加一些设计性的实验，如一些实际项目，给定用户的需求，让学生根据需求自行设计数据库的方案，如自行确定设计几张表、视图，每张表中有哪些字段，字段的类型，表与表之间的联系，表中是否需要定义索引，数据库中涉及几类用户，分别设置哪些权限等。这样可以解决在有限的课时内增加一些设计型实验的问题，学生可以了解理论知识的各个应用场景，能够把所学知识串起来，并对其进行实际应用，培养独立分析问题和方案实现的能力。

实验环境问题中，单机环境的安装配置和管理较为简单，弊端是难以体现出数据库的共享和并发的特点。针对这个问题，可以采用网络环境，即在一台服务器上安装一套DBMS，学生用机上只安装DBMS的客户端，可以通过服务器设置每台机器的用户名及用户的权限，客户端可以使用自己的用户名创建数据库与表，和其他客户端互不干扰。学生也可以直观感受到数据库的共享与并发的特性，并能完成与此相关的实验。

数据集的大小，直接决定了实验的效果。传统的实验课中，通常是按照实验的顺序，首先定义数据库和表，并利用insert语句往表中插入数据，然后利用这些表，进行SQL语句的select、insert、delete等操作的实验，但是这些数据量较小，索引、视图等查询优化的优点无法体现。因此，在做查询、视图、更新和索引相关实验时，采用现有数据库设計相关实验，对于复杂查询，尝试使用索引，优化like语句，使用限制条件避免返回多余的额外行等方法优化查询，进行大量数据更新操作时，考虑批量插入、优化modify和delete语句。以此来提高实验的质量，培养学生一丝不苟，精益求精的精神[7]。

4 考核改革

考核是检验学生掌握知识程度的一种方式，也是对学生的一种激励。在考核中，要避免一卷定乾坤，要注重过程的考核。“数据库原理及应用”是一门注重操作和思维能力培养的课程，因此在课程考核时，要重视过程的考核，尤其是对实验过程的考核。该课程的成绩由平时成绩（占20%） ，实验成绩（占20%） 及期末卷面成绩（占60%） 组成。平时成绩主要由“慕课”的随堂测试和课后作业两部分组成，分别各占10%。实验成绩由实验报告和实验操作两部分构成，分别各占10%，八个实验的占重比相同。这样的考核制度，强调了学生的主体性，学生也会从思想上重视课前和课后环节，学会利用相应资源，独立分析问题的能力也会得到相应提高，也能学以致用，利用已学知识去解决实际问题。

5 结束语

针对“金课”建设的要求，提出了计算机专业的“数据库原理及应用”课程的理论和实验教学改革措施，采用线上线下的混合模式，充分抓住课前、课中、课后三个环节，构建教学立体化资源，利用实际项目把所学知识点串联起来，达到知识和能力的有机融合，实验教学则通过对实验内容、实验环境和实验数据集的改革，进一步提高学生分析问题，解决复杂问题的能力。实践证明，对该课程实施的理论、实验和考核的改革，教学内容体现了时代性和先进性，充分突出了学生的主体地位，提高了学生学习的积极性，通过该课程的学习，学生们能根据实际问题，分析、设计和实现数据库，能使用SQL语言进行数据定义、查询，操纵和控制编程，实现数据库完整性约束、数据库安全的控制、查询优化和数据库运行维护等。