面向工程能力培養的數據庫原理及應用課程實驗教學改革

張曉麗， 李川， 張少應， 胡秋霞

(西安航空學院 計算機學院， 陜西 西安 710077)

0 引言

“數據庫原理及應用”課程是計算機相關專業的核心專業基礎課程，面向大三年級的本科生，該課程主要講授數據庫原理的基礎知識及應用，要求學完該課程后，學生具備數據庫系統設計開發的能力，能夠利用所學數據庫知識結合軟件開發語言和工具解決實際生活中的相關問題。作為一門理論性、工程性和實踐性比較強的課程，該課程的很多理論知識都是建立在實踐的基礎上，使學生通過實驗理解課程精髓，調動學習主動性，通過實驗環節可以大幅度提升學生的動手能力、理論聯系實際的能力和創新思維能力[1]，從而提升學生創新設計能力。

隨著新一輪教學改革的深入，本文總結分析西安航空學院數據庫課程在目前的實驗教學中存在的問題，依據以學生為中心，以教育產出為導向的改革思路，從優化實驗教學體系、整合實驗教學內容、改革實驗教學模式和方法等方面對數據庫原理及應用實驗課程實驗進行了改革探索，從而變實驗輔導為實驗引導，不斷提高學生工程應用能力和自主創新能力。

1 現狀分析

西安航空學院數據庫原理及應用課程共48學時(32+16)，其中理論課為32課時，理論教材選用高等教育出版社王珊編著的“數據庫系統概論”，主要學習數據庫基本原理及數據庫設計等理論性較強的內容，16學時的實驗主要講授數據庫編程及查詢等基本操作。數據庫原理及應用課程目前實驗教學是在理論知識點講解之后針對這個知識點展開的，由于知識點單一，其中大部分實驗內容為驗證性實驗，缺乏設計性綜合性實驗，且在授課過程中通常以老師為主體，學生根據老師講解、演示，在老師的指導下完成實驗項目。在這種授課模式下，實驗內容固定，且在有限的課時內學生動手操作的有效時間相對較短，部分學生不能完成實驗項目內容，而動手能力較強的同學則在完成實驗后也沒有發揮余地，再加上班級學生人數較多，一個老師在課堂上并不能關注到所有的學生，使得有的同學沒有進行充分鍛煉，實驗效果并不理想[2]。另外，課后學生只需要提交實驗報告，并未深入思考實驗內容，也從未考慮過在實驗基礎上進行創新拓展設計。

因此通過16課時的實驗，大部分學生對于簡單的基礎實驗掌握較好，但是面對綜合應用、設計性、創新性實驗項目，由于學生缺少綜合創新設計能力往往無從下手。

2 實驗改革思路

實驗課程作為理論教學的輔助環節，其目的是讓學生通過實驗能更好地理解和掌握理論知識，提高個人的動手能力和應用創新能力。而學生工程實踐能力的培養要在實驗的每一個環節中實現，培養學生分析問題、解決問題的能力[3]。針對現有實驗教學中存在的問題，我們以該課程的課程目標作為出發點，基于課程能力要求，遵循“以學生為中心，以教育產出為導向，教學科研相融合”的實驗教學思路，從實驗教學體系、實驗教學內容、實驗教學模式等方面對數據庫原理及應用實驗課程教學進行了改革和探索，著重培養學生的工程應用實踐能力。

3 實驗教學改革方案

3.1 多層次實驗教學體系

實踐動手能力的培養必須遵循從基本操作能力的培養到綜合能力的過渡，針對目前課程教學中存在的項目知識點分散、實驗內容單一、驗證型實驗為主等問題，針對數據庫課程的特點，首先在實驗教學體系和實驗內容上進行改革創新，針對學生不同層次、不同階段的學習，采用了多層次、遞進式的數據庫實驗教學體系，精心設計教學案例，引導學生在實驗過程中由淺入深、循序漸進地進行實驗，旨在激發學生學習的熱情，提高學習的主動性。該實驗體系根據數據庫知識點的特點，由基礎驗證型、應用提高型和綜合創新型實驗3個層次構成，如圖1所示。

圖1 多層次實驗教學體系

在多層次實驗教學體系中，課程實驗圍繞基礎驗證型實驗項目展開，引導學生由淺入深地進行自主學習，在熟悉數據庫環境及基本操作以后深入理解SQL語言的綜合應用，在應用提高型實驗中引入工程項目思想，為下一步進行綜合創新型實驗奠定基礎，綜合創新實驗中要求學生能夠綜合各門課程知識，聯系實際進行完整的數據庫項目設計，主要考察學生對知識的綜合應用能力，強化學生解決問題的能力。

該實驗體系由淺入深分層次遞進式引導學生逐步掌握課程的相關知識點，從建立數據庫開始到設計完成綜合實訓項目，在整個過程中使學生將所學知識融會貫通，形成以提高學生實踐和創新能力為一體的實驗教學體系。

3.2 遞進式實驗內容

傳統課程實驗教學項目大部分以驗證性為主，學生在老師指導下根據實驗指導書的要求完成實驗項目，在此過程中，項目內容和知識點比較分散，學生缺少整體項目的實施鍛煉，不利于學生工程應用實踐能力的培養。而面向工程實踐能力培養的實踐教學，要求實驗內容來源于工程項目或科研課題，引導學生分析解決問題[4]。因此在多層次遞進式實驗課程體系中，我們依據課程培養目標，在現有實驗內容的基礎上對實驗內容進行改進整合，從趣味性、工程性角度考慮，增加工程性、靈活性更高綜合設計型和應用創新型實驗[5]。在整個實驗內容設計中，從數據庫基本操作出發，在實驗過程中，結合Java程序設計等多科目實施完整的圖書管理系統項目，保證每個實驗都包含數據庫設計過程中的知識點和技能，由淺入深分層次遞進式實驗教學，循序漸進逐步引導學生掌握課程的知識點，以此提高學生的綜合應用能力。具體實驗內容如表1所示。

表1 3個層次的實驗教學內容

從表1中可以看出，基礎驗證性實驗是整個實驗的基礎，實現數據定義、數據查詢、數據安全性完整性等基礎操作，目的是為了培養學生掌握操作數據庫的基礎知識和技能，為下一步的學習打下基礎。這一部分實驗內容要求學生必須完成。

應用提高型實驗包括了數據庫中存儲過程、函數、數據庫備份恢復等機制的學習，同時在這一部分實驗要求中，有能力的同學可以使用JDBC/ODBC去訪問數據庫，主要是為了培養學生使用SQL語言進行數據庫高級編程能力，在深入學習數據庫知識的基礎上強化工程實踐能力。

綜合創新型實驗是在學完數據庫理論基礎之后進行的綜合創新應用，主要考察學生對數據庫知識的綜合應用。該部分實驗題目不拘泥于某一個課題，學生可以自主選擇自己感興趣的題目，也可以完成教師科研課題或企業項目案例，也沒有固定的實驗步驟，要求學生在設計中以數據庫知識為主線，綜合其他諸如算法分析設計、Java等課程，按照數據庫設計步驟完成一個綜合數據庫系統的應用，實現數據庫知識和其他課程有機結合。該部分內容要求學生以小組為單位完成，教師引導，由學生帶動學生，目的是為了培養學生團隊協作能力和分析解決問題能力。

3.3 線上線下混合式教學模式

在傳統的實驗教學模式中，教師占主導地位，從實驗的設計、執行、完成基本上都是老師來完成，學生處于被動接受的狀態，從而導致學生學習積極性不高，教學效果不理想。加上課堂實驗課時有限，僅靠課內實驗環節對學生工程能力的培養是遠遠不夠的。因此在數據庫實驗教學改革中，為了充分調動學生的學習積極性，使理論實踐、課內課外能充分融合，提高實驗效率，我們采用線上線下混合式教學模式進行實驗教學。線上課前通過學習通平臺向學生推送實驗項目需要預習的知識，讓學生提前了解實驗內容，同時，老師將該實驗項目的相關知識學習視頻通過學習通進行資料分享，方便學生隨時下載學習，另外學生也可以通過學習通隨時向老師反饋實驗中存在的問題。線下的實驗教學中，以學生為主體，教師引導，讓更多的學生通過實驗過程掌握相應的知識和技能，提高分析解決問題能力。同時采用分組協作的教學模式，根據學生個人情況，確保每組中的學生呈現階梯狀組建小組，每組指定一個負責人。在實驗過程中，同一小組內針對實驗內容展開討論，進一步加深理論知識的理解，同時小組內學習能力強動手快的同學在掌握實驗內容并完成后可以協作組內稍弱一些的同學，同時各小組間也能互幫互助，共同進步，這樣有助于解決教師在實驗時不能兼顧每位同學的問題，還能促進同學間交互交流討論，培養學生團隊協作能力。

僅靠有限的課內實驗環節對學生綜合應用能力的培養是遠遠不夠的，因此我們要求學生利用課外時間擴展課程實驗內容，并鼓勵學生參與各類課外科技活動、學科競賽、大學生創新創業項目等。依托這些競賽活動平臺，以比賽任務促進學生自主學習、相互協作。同時通過競賽，促使學生更加了解社會行業的人才需求，關注行業的發展動態，為今后的就業發展做好準備。

實踐證明，學生通過參與各種實踐項目，極大地提高學習主動性，在該過程中，各組學生都能利用個人所長在項目競賽中完成相應的任務內容，促進了理論和實踐的結合，提高了學生個人自信心，培養了學生團隊合作能力，同時能將所學的知識融入實踐項目中，極大地鍛煉了學生的工程實踐應用能力。

4 總結

實驗教學是驗證、深化理論知識的重要途徑，是提高學生工程實踐能力的重要教學環節[6]。

本文針對數據庫原理及應用課程實驗教學中存在的問題，圍繞該課程的培養目標，以工程能力培養為導向對該實驗教學從教學體系、教學內容、教學模式等方面進行了改革，并鼓勵學生通過參與學科競賽等活動，激發了學習主動性和積極性，以此提升個人工程實踐能力和綜合應用能力。