數據庫原理課程教學改革探索

　　摘要：傳統數據庫原理課程的教學存在著“理論與實踐脫節”問題，影響課程的教學效果。本文介紹北京工業大學數據庫課程組針對傳統教學方法存在的缺陷，對數據庫原理課程的內容及教學模式進行改革，并根據實踐探索出一種新型的教學模式。新的教學模式以先進的網絡平臺及豐富的網絡資源做支持，以培養學生自主學習為理念，采用雙主式教學方法，鼓勵學生參與學習、主動學習。經過兩個學年的實踐，該教學模式取得了很好的教學效果。
　　關鍵詞：數據庫原理；教學模式；自主學習
　　
　　在計算機應用領域中，90%以上的軟件系統都需要數據庫做支持，因此數據庫知識是每個應用開發人員必備的專業知識[1-2]。也正是由于這個原因，數據庫原理在計算機科學與技術專業的本科教育中有著非常重要的地位，是核心專業課程。數據庫原理是一門理論與實踐結合非常緊密的課程，既有較系統的理論推導，如關系代數、元組演算、規范化理論等，又有很強的技術性與實踐性，如數據概念模型及邏輯模型的設計、索引及視圖的設計、數據的處理與使用、交互界面的設計技術等。理論與實踐的完美結合使得數據庫原理成為能使學生提高計算機應用能力的重要課程。
　　1數據庫原理教學中存在的問題
　　盡管數據庫原理是一門實踐性很強的課程，但目前大多數高校在開設這門課程時存在一個普遍的現象：“重理論、輕實踐”。無論是教材建設，還是課程內容的設置及講授均以理論介紹為主，側重于數據庫理論和數據庫設計的基本知識和基本語言的介紹，忽略了它的應用性。具體表現為以下兩個方面。
　　第一，教材及授課內容偏理論，內容組織系統性差。目前關于數據庫原理的教材通常寫成純粹數理邏輯式的演繹內容和幾個基本知識點的匯集，且各成系統，聯系性不強，不利于學生理解這些內容到底在說明什么問題。在教學時，授課內容的組織實施也受到教材內容的影響，同樣偏重理論的介紹，邏輯推導。授課形式也主要是“教師講，學生聽”的灌輸方式。因此課程內容表現得枯燥、難懂，很難激起學生的學習興趣。
　　第二，實驗環節課時少，內容單一。數據庫原理課程的教學計劃通常安排為54個學時左右，課堂教學環節一般占學時數的2/3，基礎性實驗環節占學時數的1/3。北京工業大學則將該課程縮減至48學時，其中課堂教學環節為40學時，基礎性實驗縮減至8學時。在這種情況下，實驗的內容就比較單一，實驗環節流于形式，起不到理論結合實際的效果。學生往往還是一知半解，無法建立起數據庫應用的整體概念，對于什么是數據庫系統的開發平臺，如何運用數據庫開發平臺創建數據庫系統或進行數據處理更是一片茫然。結果是學生到畢業后還不能夠使用數據庫技術管理數據，很多同學在比較設計時仍然用文件進行數據的管理。
　　針對上述情況，北京工業大學計算機學院數據庫課程組不斷研究數據庫原理課程的內容及特點，分析各部分內容間的聯系，根據所給的學時，對課程的教學內容進行改革，通過循序漸近、理論與實踐相結合的方式讓同學們逐步理解數據庫的基本理論和方法。同時積極探索新的教學模式，根據現代學生的學習特點充分利用各種教學資源調動學生的學習積極性，從而提高數據庫原理課程的教學效果。
　　2教學內容的改革
　　2.1重新組織教學內容
　　我們通過觀察近年的教學效果，研究各部分內容的聯系，對教學內容進行了重新組織。為了讓學生了解什么是數據庫，首先抽象出數據庫的核心特征：1)數據按統一的數據模型進行組織；2)數據之間是有聯系的，這種聯系由數據模型來表達。接下來就介紹什么是數據模型以及關系模型，這樣學生們就知道現在的數據庫是按定義為“關系”的二維表進行組織的。隨之給學生提的問題就是，如何把現實世界中的數據組織成關系模型？這是數據庫建模的核心問題，所以這部分就要介紹數據庫設計的基本步驟、概念模型及概念模型向邏輯模型的轉化。那么數據庫設計的結果又如何評判？什么樣的數據庫模式才能針對自己的應用環境表現出較優的性能呢？這需要用規范理論來回答。因此在數據庫建模之后接著介紹函數依賴和規范化理論。這幾部分內容環環相扣，結合實際的應用，學生們很容易就能理解數據庫到底是什么以及如何設計它。接下來就是實踐性較強的內容——SQL語言，學習SQL語言的目的是讓同學們學會如何利用具體的軟件DBMS定義和操作數據庫，通過定義和操作數據庫，學生可以更加深刻地理解前面講的幾部分內容。最后我們將數據庫的安全控制及并發控制介紹給同學，因為同學們已經有了操作數據庫的經驗，再講解實際應用過程中會遇到的權限問題、并發問題，以及關于這些問題的控制機制就比較容易，不會讓同學們感到茫然不知所措。
　　2.2將實踐環節與理論學習相融合
　　將實踐環節與理論學習穿插、融合在一起。在課程的開始，就將實踐所需要完成的內容交待給學生，并明確告訴學生實踐環節的作用、任務及目標。在接下來的學習過程中，每完成一部分內容的學習，就進行相應的實踐工作。如講完數據庫建模時，就讓學生結合具體的應用，進行數據庫概念模型的設計和邏輯模型的設計。講完規范化理論后，讓學生們對自己以前的設計進行評估，是否達到所要求的范式。這樣既加深了學生對基本理論的理解和掌握，也讓同學們理解實際開發數據庫的具體過程。實踐環節采用的是完整的應用案例，這些案例可以由教師提供，也鼓勵學生到公司進行實踐，接觸實際的應用課題。在實踐內容上，除了必須完成的內容如設計、建庫表、查詢外，還鼓勵并引導學生擴展實踐內容，利用開發工具如VB、VC、Java等開發完整的數據庫應用。這種方法一方面解決了實踐環節受有限課時的限制，另一方面擴展并豐富了實踐環節的內容，幫助學生建立整體數據庫應用的概念，使學生能更好地理解數據庫原理課程的內容，提高了學生開發數據庫應用的能力。
　　3利用信息技術探索教學新模式
　　眾所周知，當今世界處于信息爆炸式增長、更新的時代，傳統的教學模式無法適應有限時間內講授大信息量教學內容的需求。而現代信息技術特別是計算機網絡技術的飛速發展，使得互聯網成為資源的海洋，許多知識、技術都可以從網上獲得，網絡還提供多樣的如聊天室、論壇、郵件等便捷的交流和互動工具。在這種情況下，學生獲取某一類知識已經不完全依賴于教師的傳授，他們可以通過在網上搜索，或通過與他人的交流獲取相關知識，也就是通過網絡進行學習，這也是現代學生的學習特點之一[3-4]。根據這些分析，我們認為要在目前有限的40+8學時設置模式下，讓學生掌握數據庫原理的精髓，必須充分利用豐富的網絡資源，發揮學生的主觀能動性，最大程度地實現學生自主學習。為此我們做了如下工作。
　　3.1建立數據庫原理課程學習網站
　　網絡信息資源雖然豐富，種類數量繁多，但魚龍混雜，良莠不齊，沒有系統性。學生雖能從中獲取到相關信息，但不容易辨別真偽，更不容易形成系統、完整的知識。因此，教師必須在茫茫信息海洋中為學生導航，根據學生的主要學習內容對網上的信息去粗取精、去偽存真，建成可利用性較高的學習網站及本地資源庫，提高學生的學習效率。我們的學習網站包括數據庫原理學習資源庫、輔導答疑系統、作業批改系統、信息反饋系統等。學習資源庫提供豐富的學習資源，如課程大綱、學習方法、課件、教學案例、與其他著名學習網站的URL導航鏈接，主流數據庫管理系統開發商網站的URL導航鏈接等，學生在本網站或通過導航鏈接登陸相關網站可獲取所需的信息資源。輔導答疑系統為學生與教師進行關鍵問題的理解提供交流空間，該系統24小時開放，學生任何時間有問題都可以登錄該系統上傳自己的問題，查看教師或其他學生給出的解釋。教師也可隨時給出解答，或與學生進行討論。反饋系統是學生學習效果的跟蹤系統，通過調查問卷或論壇的方式將學生某一階段的學習效果以及對教師指導的滿意程度反饋給教師。作業批改系統實現作業的網上提交與批改。
　　
　　3.2建立適合培養自主學習的教學方法
　　我們改變了傳統灌輸式的被動學習方式，對教學過程進行重新設計，采用雙主過程導向型學習模式，重新定位教師和學生的角色，以學生為主體、教師為主導，強調學生在學習過程中不僅僅要學習基本原理、還要學會數據庫應用的開發技術，提高學生的自主學習能力。同時在整個教學活動中，我們采用“合作+控制”的教學模式來加強學生間的協商與競爭意識以及教師對學生學習過程的指導與監控職能。
　　在教學設計與實施過程中，首先引導學生建立正確的學習策略，將原有的被動學習模式轉變為主動學習模式；其次培養學生實踐使用自主學習策略，使自己成為學習活動組織者和管理者；然后培養學生創造性地建立適合自身學習特點的自主學習機制。為了達到這一目的，我們對數據庫原理每一部分內容的講授方案根據內容本身的特點進行重新設計，加大學生參與的力度。比如在基本概念的理解上，教師先安排學生到教學資源庫中搜索相關知識進行預學習，并進行分組討論、匯總，最后將每組討論結果呈給教師，教師根據學生的理解程度進行不同層次的講評，從“面”上加深學生對概念的理解；對設計原理部分，如何建立概念模型以及規范化等則通過“理論講解+案例”分析的方式，先講解設計的原理及過程，然后將設計過程中的關鍵知識，如為何要建立概念模型，大型應用中E-R模型綜合時產生的問題，進行規范化可以避免的問題以及規范化在實際應用中的把握等，可以留給學生去思考，讓他們通過搜索資源庫或鏈接到數據庫網站上尋找相關的學習資源，并通過對應用實例的設計體會所學理論。教師則根據學生的分析、理解，引導學生在實踐中正確地應用理論，理解理論與實踐的聯系與區別，從而掌握數據庫設計的正確方法。
　　為了讓學生能夠快速獲取相關知識，完成安排的學習任務和學習目標，我們事先為每部分的學習內容制定了學習策略，并及時給予指導，幫助學生答疑解惑，提高他們的學習效率，增強學生學習的自信心。
　　3.3改進輔導答疑方式
　　傳統被動式的教學過程中，輔導答疑是在規定的時間內進行，學生有疑問時常常不能馬上得到指導，時間一長，學生就會失去興趣。為培養學生的學習興趣，提高其學習效率，除傳統的固定時間答疑外，我們建立了輔導答疑系統，學生如有疑問，可隨時在系統中發布問題，教師就能及時對學生的問題做出解答。此外，該系統提供學習論壇聊天室功能，供學生對學習內容或遇到的問題進行討論，學生也可以將自己的知識、經驗共享給其他同學，從而形成共同學習、協作學習。這種方式跨越了時間限制，具有較強的民主性，對提高學生學習興趣起到很好的作用，在教師布置的自主學習內容及實踐環節中體現得最為明顯。
　　3.4評價機制設計
　　我們修改了傳統的“試卷+實驗+出勤率”的考核方式，將學生平時主動參與學習的情況考慮進來，如對教師安排知識點就自己的理解發表演講的次數，在網上發表問題的數目，回答同學提問的次數，對知識點回答的準確率，參與知識點討論的次數等。這種評價機制一方面激勵學生參與學習，另一方面培養學生共同學習的能力。在實施過程中，我們對每一部分內容都進行單獨的、有針對性的統計，如對于理論性強的關系代數、元組演算等部分，主要看其提問的深度，參與回答及討論問題的準確性，對于技術及實踐性較強的部分除了上述幾點外，還要考慮每個同學共享自己知識與開發經驗的多少。
　　4實踐結果
　　通過兩年的實踐、調查和訪問，我們發現學生們在以新的學習模式學習數據庫原理課程時逐漸由原來的迷惑、無目標、無所適從轉變為目標明確、積極參與、主動學習的狀態中。
　　在對2007級學生所做的一次問卷調查中，很多學生都表示以新的學習模式學習數據庫原理課目標明確，思路也清晰，課程完成后收獲較大，同時在學習本課程的過程中也培養了自主學習的能力，提高了綜合素質。有同學表示更加愿意參加到新的教學活動中來。
　　實踐結果的初獲成功，對我們積極推行數據庫原理課程的教學改革增添了信心，我們相信在先進的網絡平臺及豐富網絡資源的支持下，在培養學生自主學習理念的指導下，我們的教學模式將會使數據庫原理課程的教學突破“只重理論不重應用，只講基礎不講開發，只有說明沒有實例，只有方法沒有過程”的狀態，充分發揮該課程應有的作用。
　　
　　參考文獻：
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