新工科背景下數(shù)據(jù)庫教學(xué)模式改革與研究

薛淑敏

寶雞文理學(xué)院 陜西寶雞 721016

1 數(shù)據(jù)庫原理課程教學(xué)現(xiàn)狀

隨著社會的發(fā)展和信息技術(shù)的提高，大家每天都和不同的軟件打交道，有軟件就有數(shù)據(jù)庫，因此，各行各業(yè)都在使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)來管理信息資源。而教師在講授數(shù)據(jù)庫原理課程中也存在相應(yīng)的挑戰(zhàn)，總的來說，主要存在以下問題：一是該課程內(nèi)容比較抽象，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和興趣逐漸下降，從而引起對該課程的認(rèn)知和理解差異較大，最嚴(yán)重的情況是有部分學(xué)生甚至連最基本的SQL語句都看不懂，更不用說書寫問題；二是在教學(xué)方法中，理論課仍然是以教師為主體，教師按照教材上的內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生被動地聽課、完成作業(yè)，實(shí)驗(yàn)課上部分學(xué)生總是根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行復(fù)制操作，導(dǎo)致沒有理解吸收知識，沒有實(shí)現(xiàn)理論知識在實(shí)踐中的應(yīng)用，導(dǎo)致動手能力差；三是由于課時(shí)約束，教師上課時(shí)間主要集中在課堂，拓展知識講得相對比較少，而學(xué)生沒有很好地抓住課堂學(xué)習(xí)，又浪費(fèi)了課外學(xué)習(xí)時(shí)間，從而導(dǎo)致很多需要自己實(shí)踐的內(nèi)容被忽略，導(dǎo)致自我認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課很枯燥，養(yǎng)成不良習(xí)慣，動手能力越來越差。長此以往，導(dǎo)致這門課的教學(xué)效果越來越差。

根據(jù)以上所述，目前的教學(xué)模式存在很多弊端，從教師和學(xué)生的角度都不利于對知識的理解和掌握，更不用說利用應(yīng)用相關(guān)知識解決實(shí)際問題了。此種教學(xué)模式越來越落后，跟不上時(shí)代的發(fā)展，而且學(xué)生在評教中屢次提出意見。

2 “新工科”背景下數(shù)據(jù)庫課程面臨的挑戰(zhàn)

2.1 新工科提出的需求

數(shù)據(jù)庫原理是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的專業(yè)核心課程，主要目標(biāo)是要求學(xué)生系統(tǒng)地掌握數(shù)據(jù)庫的基本原理、基本技術(shù)和基本方法；能熟練掌握使用SQL語句及數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論；具備操縱數(shù)據(jù)庫、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫和開發(fā)簡單數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本能力；能夠運(yùn)用工程基礎(chǔ)知識和數(shù)據(jù)庫專業(yè)的基本理論知識解決實(shí)際工程應(yīng)用問題。然而地方高校在數(shù)據(jù)庫原理專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上相對比較滯后，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動手創(chuàng)新能力的要求。特別是在人才培養(yǎng)、課程設(shè)置、教學(xué)實(shí)施等方面，重理論、輕實(shí)踐，很難激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性，無法提高動手能力，很難真正實(shí)現(xiàn)與企業(yè)的零距離對接，忽視了崗位工作能力的培養(yǎng)。隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)的快速發(fā)展，各種新的教學(xué)方法和實(shí)踐成果的涌現(xiàn)使得大數(shù)據(jù)技術(shù)和人們的工作生活息息相關(guān)。而目前還在講授的關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論和結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL操作實(shí)驗(yàn)為主的模式，已經(jīng)阻礙了數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展的步伐。

2.2 面臨的挑戰(zhàn)

在新工科背景下，類似于數(shù)據(jù)庫原理等專業(yè)課程，除了讓學(xué)生掌握專業(yè)理論知識外，還需要培養(yǎng)學(xué)生的解決工程問題的意識和實(shí)踐能力。目前，大多數(shù)教師在教學(xué)過程中只注重專業(yè)理論知識的講解，重視了課本，輕視了應(yīng)用，從而忽視了學(xué)生工程實(shí)踐能力和解決問題能力的訓(xùn)練。在這種教育模式下，大部分學(xué)生把時(shí)間放在課本知識的學(xué)習(xí)和成績上，輕視了動手實(shí)踐應(yīng)用能力，這與新工科背景下的培養(yǎng)目標(biāo)不相符，以至于部分同學(xué)畢業(yè)就面臨了失業(yè)。因此，為了適應(yīng)社會的實(shí)際需要，滿足新工科背景的需求，有必要對現(xiàn)有的“講授式”教學(xué)模式進(jìn)行改革和調(diào)整。

3 數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)改革探析

3.1 教學(xué)內(nèi)容結(jié)合專業(yè)

新工科建設(shè)要求“將產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)、行業(yè)對人才培養(yǎng)的最新要求引入到教學(xué)過程中，不斷更新教學(xué)內(nèi)容和課程體系”。目前，大多數(shù)高校的數(shù)據(jù)庫原理課程理論教學(xué)內(nèi)容基本相同，幾乎都采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論和結(jié)構(gòu)化查詢語言。該校采用的是王珊和薩師煊老師所著的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論教材，要求學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本原理和技術(shù)，熟練掌握SQL語句的應(yīng)用能力及數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論，具備操縱數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的基本能力。由于課時(shí)原因，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用部分的課程內(nèi)容教學(xué)已經(jīng)被取締，因此，大部分同學(xué)存在理論知識難以理解，概念抽象，不知道所學(xué)知識的具體應(yīng)用，從而失去興趣，導(dǎo)致學(xué)習(xí)的主動性和積極性大打折扣。

而該模式以學(xué)生為中心，以案例為引導(dǎo)，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)各類業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)操縱，能夠綜合運(yùn)用單表查詢、多表查詢、分組查詢、子查詢和連接查詢等設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)具有多層嵌套、復(fù)雜連接關(guān)系相互協(xié)同的SQL語句。可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，具體分析數(shù)據(jù)庫需求、抽象客觀業(yè)務(wù)流程的實(shí)體和實(shí)體關(guān)系從而設(shè)計(jì)相應(yīng)E-R圖、轉(zhuǎn)換E-R圖為關(guān)系模式、使用規(guī)范化理論分析和評價(jià)關(guān)系模式、優(yōu)化數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)和存儲結(jié)構(gòu)。

3.2 基于項(xiàng)目驅(qū)動的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

新工科背景下，高校對學(xué)生的動手實(shí)踐能力的培養(yǎng)要求比較高。而數(shù)據(jù)庫原理課程的實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)使學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課程理論的基礎(chǔ)上，通過實(shí)踐環(huán)節(jié)深入學(xué)習(xí)SQL Server開發(fā)工具，在實(shí)踐中逐步掌握數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法和過程，從而培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，并提高分析問題和解決問題的能力。

實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)庫及表的建立、修改與刪除；視圖及索引的建立與刪除；表中數(shù)據(jù)的查詢，包括單表查詢、嵌套查詢、連接查詢等；表中數(shù)據(jù)的插入、修改及刪除；約束與安全性；觸發(fā)器和存儲過程；T-SQL程序設(shè)計(jì)等數(shù)據(jù)庫的基本操作。

該課程還設(shè)有開放性實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)課內(nèi)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和課外開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相結(jié)合，將知識進(jìn)行融會貫通，從而提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

(1)數(shù)據(jù)庫原理課程在實(shí)踐環(huán)節(jié)中主要采用基于項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)方法，該方法將學(xué)生在實(shí)際生活中所能接觸到的軟件系統(tǒng)(例如：圖書管理系統(tǒng)、購票系統(tǒng)、教務(wù)管理系統(tǒng)、點(diǎn)餐系統(tǒng)等)和典型的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目做相應(yīng)的凝練，作為實(shí)驗(yàn)課程備選實(shí)踐選題，讓學(xué)生自主進(jìn)行分組，然后把項(xiàng)目進(jìn)行拆分，以團(tuán)隊(duì)合作形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置需滿足專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)要求，既要考核學(xué)生對理論知識的運(yùn)用及協(xié)作分工能力，還要符合學(xué)生短期學(xué)習(xí)目標(biāo)，又可以將理論知識與實(shí)踐技能有機(jī)結(jié)合。

(2)數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)作為一門獨(dú)立的專業(yè)實(shí)踐課程，可以很好地鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)、實(shí)踐能力，但是課程設(shè)計(jì)與理論課程教學(xué)模式不同，是一個(gè)學(xué)生自己動手實(shí)踐、在實(shí)踐過程中獲得感性認(rèn)識的過程，不能簡單地用命題考試的方式進(jìn)行考核，必須對課程設(shè)計(jì)進(jìn)行全過程的規(guī)范化管理，要求學(xué)生按照規(guī)定認(rèn)真完成課程設(shè)計(jì)的任務(wù)，并提交規(guī)范的課程設(shè)計(jì)報(bào)告，記錄課程設(shè)計(jì)的各個(gè)步驟的成果，認(rèn)真總結(jié)課程設(shè)計(jì)的收獲及體會。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件和學(xué)生的動手能力，每5～6個(gè)同學(xué)一組，完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)工作，各小組可以在完成數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，借助開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的原型，進(jìn)一步鍛煉、提升實(shí)踐能力和應(yīng)用能力。

3.3 多樣化的教學(xué)模式

3.3.1 理論教學(xué)模式

以往的專業(yè)教學(xué)方式相對落后，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的要求，理論課時(shí)占據(jù)多數(shù)，實(shí)踐環(huán)節(jié)課時(shí)較少，很難激發(fā)學(xué)生動手實(shí)踐的興趣，動手能力的培養(yǎng)難以保障。隨著新技術(shù)的發(fā)展，案例分析法、翻轉(zhuǎn)課堂、微視頻等教學(xué)方法也被引入到課堂教學(xué)中，在數(shù)據(jù)庫原理課程中加入以上教學(xué)方法，可以很好地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。因此，數(shù)據(jù)庫原理理論課可安排部分章節(jié)在機(jī)房上課，例如：第三章SQL語句、第四章數(shù)據(jù)庫安全性、第五章數(shù)據(jù)庫完整性等。教師使用教師機(jī)與學(xué)生進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容實(shí)時(shí)交互，通過教師機(jī)將自己的電腦桌面分享到學(xué)生機(jī)，全體學(xué)生可看到教師的講解與其他學(xué)生的提問，教師與學(xué)生形成互動。除此以外，學(xué)生可以及時(shí)地對課堂所學(xué)知識進(jìn)行動手練習(xí)，加深了對所學(xué)知識的理解和掌握，提高了學(xué)習(xí)興趣。

以數(shù)據(jù)庫安全性控制為例：

(1)導(dǎo)入新課。先復(fù)習(xí)上次課學(xué)習(xí)的關(guān)于數(shù)據(jù)庫的不安全因素，通過新聞案例，讓學(xué)生明確發(fā)生數(shù)據(jù)泄露的原因——撞庫、漏水、通訊錄匹配。提出問題：如何避免數(shù)據(jù)泄露？本次課我們就如何保證數(shù)據(jù)安全的方法進(jìn)行展開講解。

(2)新課解析。第一節(jié)課：以“案例驅(qū)動，示范講解”講授新課。通過各種登錄界面講解用戶身份鑒別，讓學(xué)生能更深入地理解所學(xué)理論知識；通過教務(wù)管理系統(tǒng)教師錄入成績操作過程講解DAC存取控制中的GRANT授權(quán)和REVOKE回收權(quán)限；為了更高程度保證數(shù)據(jù)的安全性，講解MAC實(shí)現(xiàn)雙向驗(yàn)證的規(guī)則，避免高權(quán)限修改低密級的數(shù)據(jù)。對課堂教學(xué)中的理論知識內(nèi)容用戶身份鑒別和存取控制進(jìn)行深入的講解，并且以實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行技能的傳授，讓學(xué)生多做練習(xí)，同時(shí)允許學(xué)生隨時(shí)提問，進(jìn)行課堂答疑互動。這種教學(xué)方法能夠引導(dǎo)學(xué)生很好地將理論和實(shí)踐結(jié)合起來，講理論知識應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫實(shí)踐安全問題的解決方案中，從而提高學(xué)生課堂的興趣和學(xué)習(xí)的主動性。

(3)課堂小結(jié)。對本節(jié)課的教學(xué)過程進(jìn)行小結(jié)，讓學(xué)生了解用戶身份鑒別屬于數(shù)據(jù)庫最外層安全控制，即開啟數(shù)據(jù)庫安全大門的鑰匙。為了進(jìn)一步保證數(shù)據(jù)的安全性，應(yīng)該掌握自主存取控制中授權(quán)和回收權(quán)限的操作。為了實(shí)現(xiàn)主體和客體的雙向驗(yàn)證，應(yīng)該掌握強(qiáng)制存取控制規(guī)則。

(4)布置作業(yè)。實(shí)踐表明，案例驅(qū)動式教學(xué)方式可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性。

3.3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以從以教師的“教為中心”到學(xué)生的“學(xué)為中心”的轉(zhuǎn)變，采用基于問題為導(dǎo)向的模式，讓學(xué)生全程參與實(shí)驗(yàn)過程，對學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，課堂的主體發(fā)生了改變，教師只對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行指導(dǎo)、反饋和點(diǎn)評。混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要由課前預(yù)習(xí)、課堂討論和課后改善提升三個(gè)階段組成，具體如右圖所示。教師在上課前對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行提煉重組，將知識點(diǎn)融入到每個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)中，以微視頻的形式向?qū)W生進(jìn)行展示，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，完成任務(wù)，掌握知識點(diǎn)；基于問題導(dǎo)向開展任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)活動，教師通過問題導(dǎo)入激發(fā)學(xué)生的思考互動，以此展開問題的深度討論，形成活躍的思維互動性課堂，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；課后的點(diǎn)評答疑環(huán)節(jié)，主要通過展示學(xué)生學(xué)習(xí)成果的方式提高學(xué)生的自信心，從而自主完成課后拓展實(shí)驗(yàn)，通過學(xué)思結(jié)合的形式，促進(jìn)學(xué)生思考和能力的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)知識的應(yīng)用和轉(zhuǎn)移，解決行業(yè)中的實(shí)際問題，從而達(dá)到工程能力培養(yǎng)的目標(biāo)。

混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式圖

3.4 緊跟時(shí)代依托平臺

依托企業(yè)提供的教學(xué)平臺及資源，在實(shí)際的教學(xué)中降低學(xué)生學(xué)習(xí)成本，減少教師的授課時(shí)間，同時(shí)又能獲得較好的實(shí)踐創(chuàng)新效果。學(xué)生可以通過平臺案例深入理解掌握知識點(diǎn)，對課本內(nèi)容進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。在觀察總結(jié)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際出發(fā)，建立自己的理論知識體系。采用問題解決式的研究型教學(xué)方法，大幅減少以理論講解為主的課堂授課環(huán)節(jié)，將時(shí)間歸還給學(xué)生自己；根據(jù)數(shù)據(jù)庫開發(fā)流程，將學(xué)生以小組為單位進(jìn)行劃分，通過組員彼此之間的交流學(xué)習(xí)、互相探討，梳理理論框架，培養(yǎng)學(xué)生自己獨(dú)立思考和獨(dú)立解決問題的能力。

結(jié)語

以產(chǎn)學(xué)合作、協(xié)同育人項(xiàng)目為基礎(chǔ)，大力加強(qiáng)引進(jìn)企業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺，以切合實(shí)際的方式進(jìn)行課程模式改革。通過教學(xué)模式改革，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神等綜合素質(zhì)，以及在實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)和企業(yè)零距離對接。