“數據庫原理及應用”課程教學改革研究

石昀 鄧世權

[摘 要]文章以本校數據庫原理及應用課程考核方式為研究對象，在調研各地方院校關系型數據庫課程的相關教學模式以及課程考核方式的基礎上，通過分析教學模式及考核方式的不足之處，提出數據庫原理及應用課程的教學改革方案，并在實際教學活動及實際課程考核過程中對改革后的教學方案進行了合理應用，教學效果切實得到了提高。

[關鍵詞]數據庫原理及應用；課程考核；教學改革

隨著數字經濟時代的到來，數據庫作為關鍵基礎軟件，是數字化經濟的基石，更是數字化經濟的核心引擎，其戰略性和基礎性的地位越發凸顯[1]。根據中國通信研究院發布的《數據庫發展研究報告（2021）》的預測，預計到2025年，全球數據庫市場規模將達到798億美元[2]。因此，掌握數據庫相關基礎知識理論，是計算機科學與技術專業及數據科學與大數據技術專業學生專業能力的基本要求。“數據庫原理及應用”課程是計算機及電信等相關專業的一門重要課程，旨在通過學習關系數據庫相關理論及應用方法使學生具備設計、應用、研發數據庫系統的基礎能力。學生在課程學習過程中，除掌握基本的關系數據模型理論、關系數據庫規范化理論、關系數據庫設計、關系數據庫安全性以及關系數據庫完整性等一系列相關理論知識外，還需要具備以理論為基礎，進行數據庫相關軟件的設計及研發的專業能力，如T-SQL程序編寫、高級程序設計語言數據庫編程（如JDBC編程）。現有“數據庫原理及應用”課程在教學模式上重理論、輕應用的教學模式及課程考核模式，不利于學生對相關知識的掌握；在考核方式上，以單純理論知識的考查作為側重點，使得學生無法將理論知識應用于實踐，課程學習效果及教學質量大打折扣。只有在教學改革過程中逐步將側重理論的教學模式及考核方式轉變為理論與實際相結合、側重理論落地實踐的關鍵點，才能切實提高課程的教學質量，促進學生專業技能的培養，以更好地滿足數字經濟時代各行各業的實際需求。

一、現有課程教學模式及考核方式分析

“數據庫原理及應用”課程作為計算機科學與技術專業以及數據科學與大數據專業學生的專業必修課，旨在通過關系數據模型基本概念、關系代數理論、關系數據庫完整性、關系數據庫安全性、關系數據庫范式規范理論、關系數據庫結構化查詢語言（Structural Query Language）、數據庫編程等知識的介紹，使學生以關系數據庫理論知識作為理論基礎，結合高級程序設計語言以及關系數據庫結構化查詢語言進行數據庫系統的應用及開發，以滿足企業對于數據庫相關人才的需求。現行“數據庫原理及應用”課程，教學模式上主要側重理論知識部分的講解。

例如，在進行“關系數據庫結構化查詢語言”（Structural Query Language）部分的教學時，該部分以關系代數及關系數據模型作為理論基礎，旨在通過該部分的學習使學生掌握在關系數據庫管理軟件中使用關系數據庫結構化查詢語言進行關系模型定義、關系模型數據操縱、數據庫安全性及完整性定義等知識點的實際操作方法的應用。單純通過側重理論的方式進行課程知識的講解，在講解過程中由于缺少實踐操練，一些重要的理論均無法讓學生落地到實踐中驗證，教學效果大打折扣。此外，如“關系數據庫優化”部分，以單純側重課堂理論知識講解的方式進行教學活動，無法真正讓學生理解關系數據庫范式理論并落地實踐環節。現行“數據庫原理及應用”課程，考核方式上主要側重對相關概念等理論知識的考查。以“關系數據庫結構化查詢語言”部分為例。該部分以關系代數作為理論基礎，通過對關系代數部分并集、交集、差集、笛卡爾積、連接、除等相關關系運算的知識點作為理論基礎，以結構化查詢語言作為實踐落地工具。由于考核方式僅僅依托教材中的SQL規范，其與實際數據庫編程語言代碼編寫之間存在一定差異，使得諸如查詢語句的執行順序、SQL注入等需要在側重實踐過程中進行考查的重要內容，往往無法從理論落地實踐，導致學生不能較好地將所學理論知識落實到實際代碼編寫實踐中。面對理論部分的內容，學生能較好地掌握，但在實際代碼編寫時，卻出現“望而生畏”的情況。學生動手能力明顯呈現出不足的情況，教學質量大打折扣。

二、課程考核改革實施方案

當前地方高校“數據庫原理及應用”課程授課形式上由于重理論而輕實踐，導致理論部分的知識點無法較好通過實踐環節落地，實踐環節不足，因此需要將實踐環節貫穿于課堂教學環節中。此外，考核方式上，由于考核內容更側重于理論知識的檢驗，使得理論知識不能較好地為學生提高實踐動手能力提供支撐，這導致學生綜合運用所學知識解決實際問題能力不足。因此，需要將考核方式進行多樣化設置，即通過加強實踐性的作業等方式對理論知識及實踐知識進行多維度考查，如文獻知識中基本術語的考查、SQL代碼編寫能力考查、軟考認證考查等。最后，由于當前“數據庫原理及應用”課程依舊單純以任課教師為主體，并未有效銜接當前高質量的在線學習平臺，使得課上課下學習無法有效銜接，因此，需要引入MOOC、Leetcode等高質量在線學習平臺，以豐富線上線下學習的知識庫。根據上述分析，針對當前地方高校“數據庫原理及應用”課程中教學模式以及考核方式上的不足提出如下改革實施方案：

（一）將文獻教學法引入課堂

在教學活動開展過程中將關系模型相關文獻引入“數據庫原理及應用”課程教學中。如關系數據模型基本概念、概念模型基本概念及相關術語、關系模型規范化理論的相關內容引入到課堂理論教學環節中；關系模型中關系模式、關系、1NF、2NF、3NF[3]、概念模型（E-R Diagram）[4]等，結合學生實際，在備課環節中歸納并演繹相關概念，以豐富的實例來對概念進行解釋和說明，使學生理解并掌握概念的內涵以及外延。

（二）在實踐落地環節將官方文檔引入到課堂教學活動中

課堂教學環節中引入關系數據庫相關官方文檔（如微軟官方文檔SQL Server聯機叢書）[5]并配合代碼現場演示，指導學生有效開展理論落地實踐環節的學習。以“關系數據庫結構化查詢語言”部分為例。該部分內容在實踐落地環節，單純通過教材部分的內容無法較好地將理論知識落地于代碼實踐，可借助關系數據庫相關官方文檔中的內容，如CROSS JOIN操作對應關系代數中的笛卡爾積，INNER JOIN操作對應關系代數中的自然連接，LEFT/RIGHT [OUTER] JOIN對應關系代數中的左/右外連接。又如“查詢語句”部分，通過引入官方文檔中關于SELECT語句執行順序部分的內容，并結合大綱及學生實際，將T-SQL查詢語句的執行過程通過理論講授、課后作業、習題研討、實驗講授等環節，使得學生知曉T-SQL查詢語句的執行過程以及查詢語句執行過程中各子句執行階段產生的虛表等關鍵知識，使得學生能夠較好掌握T-SQL查詢語句的核心知識點。此外，該部分設計表連接查詢部分的知識點，官方文檔中較好對實際代碼落地過程中SQL查詢語句執行原理進行了詳細說明。通過將關系數據庫相關官方文檔引入課堂理論教學、課后作業、習題研討、實驗教學等教學環節，學生動手實踐能力有了較大改觀，大部分同學甚至能在文檔的指導下自發開展課后學習，既加深了專業知識的深度，也拓寬了專業知識的廣度。與此同時，課堂教學過程中通過配合官方文檔使用，從課堂表現、課后作業、期中考試、期末考試等課程內容考查環節產生的數據進行分析，發現通過將官方文檔引入到課堂教學中的方式能夠使得學生使用數據庫編程語言獨立分析、解決實際問題的能力得到較大提升[6]。

（三）以計算機技術與軟件專業技術資格（水平）考試（簡稱“軟考”）為抓手，將相關職業資格認證引入課堂教學中，培養并提高學生理論聯系實際的動手能力

實際教學活動開展過程中，將軟考歷年真題作為課堂互動環節中提問的內容，并利用雨課堂、在線學堂等信息化工具實現實時課堂教學反饋信息獲取，并逐步引導學生有目標地進行學習。

例如，在進行笛卡爾積部分，課堂互動環節中通過引入軟考真題“設有兩個關系A與B，關系A為M1行N1列，關系B為M2行N2列，請問A與B進行笛卡爾積運算，其運算結果為? ?行? ?列的關系？”學生現場答題以及教師講解將促進學生對于重點難點知識的消化和吸收，提升課堂教學效果。

（四）考核方式多樣化，以多維度考核學生所學知識

現行“數據庫原理及應用”課程考核方式單一，僅從教材中選取一部分習題作為課后作業，作業僅以文檔形式進行提交，使得學生作業完成質量不夠理想，且無法辨別作業真偽。在考核環節中在保留文檔作業的基礎上，要求學生以自我講解錄屏的方式對本次作業進行介紹。如“數據庫變成”部分的作業考查，結合當前流行的企業招聘人員常用題目、同等難度的題庫（如Leetcode，牛客網等）進行作業內容設置，如將事務內容的考查改寫為考核校內送餐員的數據分析題，學生須通過查閱專業文獻、實驗驗證以及錄屏講解的方式完成課后作業。如將大作業設定為一個存在Bug的簡單數據庫管理系統（核心功能課前由任課教師事先實現），在使用游標對表中數據進行刪除操作時，由于不同的數據庫管理軟件生產廠商對于結果集的處理方式不同，如在MySQL環境下與在SQL Server 2014環境中廠商對于已刪除元組通過直接跳過“visible hole”的方式進行處理，而Microsoft SQL Server 2014中則需要在代碼實踐時對結果集中是否存在“visible hole”進行判定，如果存在則跳過該部分。通過對學期末課程目標達成度問卷調查進行分析，學生學習主動性、自我分析并解決問題的能力以及編程實踐能力得到明顯提高[7]。

（五）結合學生掌握知識的實際情況，編寫線下學習材料，拓寬課程的深度及廣度，鍛煉學生結合理論知識解決實際問題的能力

考慮到教材偏理論的特點，加之“數據庫原理及應用”課程中術語多、難理解等特點，編寫供教學及學生課下學習資料，彌補教材中的不足。如，對關系數據庫結構化查詢語言SQL查詢語句執行順序及執行過程部分，通過結合教學大綱及人才培養方案，參考教材中典型例題，編寫對應的查詢語句執行順序說明，包括執行過程中各查詢語句在執行過程中產生的中間結果。又如，考慮到教材中關系數據庫理論中的三值邏輯部分的內容篇幅較少，且并側重理論，編寫學習材料補充授課以及學生課下學習資源。教學開展過程中，結合文獻教學法對NULL三值邏輯進行說明，并在實踐環節中給出具體演示以及實例說明。此外，引入在線網絡資源，如中國大學慕課等優秀網絡教學資源，使得線上線下課程學習得到有效銜接，學生學習效果顯著提升。

結束語

通過近3個學年實施上述教學內容以及考核方式改革方案，結合實際學生課堂表現、作業完成質量，以及期中考試、期末考試、數據庫系統工程師考試（簡稱“軟考中級”）等相關成績，與改革方案實施前進行比較，學生對“數據庫原理及應用”課程的滿意度、學習積極性、作業完成情況、期中及期末考試成績、軟考中級通過率有了明顯的提高。通過上述課程考核改革實施方案，學生的學習能力有了明顯的改觀，學習主動性、文獻閱讀能力、獨立分析以及獨立解決問題的能力有了明顯提升。

參考文獻

[1]中國通信研究院.解碼“十四五”規劃中各領域數據庫政策[EB/OL].（2022-02-25）[2023-11-01].https：//mp.weixin.qq.com/s？__biz=MjM5MzU0NjMwNQ==&mid=2650809839&idx=2&sn=2c03472264745b0de6e8cb8e3e25a10e&chksm=bd61ecc18a1665d7594e7a7b17d67c2b4891b814b41686a83bde2953302d1cc5bb1a8f9e7a3d&scene=27.

[2]中國通信研究院.數據庫發展研究報告（2021）[R].北京：中國通信研究院，2021.

[3]施伯樂，何繼潮，丁寶康，等.關系數據庫的數據依賴研究的綜述[J].計算機工程，1983（1）：1-11.

[4]邵超，萬春紅.E-R圖的精細設計[J].計算機教育，2015（8）：78-81.

[5]微軟SQL Server開發小組.SQL 技術文檔[EB/OL].（2023-05-23）[2023-11-01].https：//learn.microsoft.com/zh-cn/sql/sql-server/？view=sql-server-201.

[6]肖福流，宋貝.OBE教育理念下應用型高校專本銜接人才培養優化路徑研究[J].教育與職業，2020（23）：64-67.

[7]張媛媛.基于學習共同體的“數據庫與程序設計”課程教學改革[J].教育與職業，2014（5）：144-145.

作者簡介：石昀（1986— ），男，漢族，湖北黃梅人，凱里學院，講師，碩士。

研究方向：人工智能，智能信息處理。

鄧世權（1981— ），男，土家族，貴州江口人，凱里學院，副教授，碩士。

研究方向：機器學習，自然語言處理。

基金項目：貴州省高等學校教學內容和課程體系改革項目“校企合作下的地方院校Python程序設計課程線上線下教學模式研究”（項目編號：2020218）。