面向工程能力培養的數據庫原理及應用課程實驗教學新模式探索*

熊 瑛

（中南民族大學電子信息工程學院）

《中華人民共和國高等教育法》明確提出，高等教育的任務是“培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才”。新世紀以來，社會對高級專業人才的要求日益增高，不僅要求他們要有寬素質的專業知識和扎實的基本知識，還要有較強的創新能力和實踐能力，更好地適應社會發展的實際需要。在高等院校，實驗教學是學生學習的重要途徑。它可以更好地將理論與實踐相結合，培養學生的創新思維和專業技能。因此，必須搞好實驗教學改革，不斷提高實驗教學水平，提高人才培養質量。《數據庫原理及應用》本身的實踐性較強，在這個課程中，實驗教學是非常重要的一部分。通過實驗教學，學生能夠熟練地運用當前的數據庫管理系統和開發工具，掌握數據結構的設計和數據庫應用系統的開發方法，使理論知識在實踐中得以應用。所以，對實驗教學改革的探索我們應當重視，并以此不斷提高其教學質量。

一、數據庫原理及應用課程實驗教學的現狀分析

近年來，數據庫原理課程在各大高校已經成為必修內容。數據庫作為數據儲存的載體，其基本原理的充分掌握，能夠為后續數據庫的學習開發打下基礎。在數據庫原理課程教學中，理論教學是確保學生對數據庫原理相關知識進行了解的前提條件，但數據庫原理課程最終目的是學生能夠通過理解對數據庫原理進行掌握并應用，因此實驗教學對數據庫原理課程來說十分重要。 實驗教學是一種實踐性的教學方式，在數據庫原理課程中，實驗教學是通過實際上機操作，實現學生對理論知識的進一步掌握，并確保學生能夠靈活應用[1-2]。通過在實驗教學過程中對學生操作的具體情況進行了解，對學生操作進行評估指導能夠有效了解學生對知識的掌握水平，進而有針對性地幫助學生掌握相關技能，并對日常教學活動進行調整。實驗教學也能夠為學生最終的考核成績提供依據，確保成績考核的全面性。

電子信息工程學院數據庫原理及應用課程共44學時（32+12），其中理論課為32課時，理論教材選用何玉潔編著機械工業出版社出版的“數據庫原理與應用教程”，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，實驗學時主要講授數據庫增、刪、改、查等基本操作。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，因為知識點單一，實驗內容大部分為驗證性實驗，缺乏全面綜合性的實驗，且通常在實驗授課過程中老師主講，學生根據老師的講解與演示，在老師的指導下完成實驗項目。此種授課模式下，實驗內容固定，且學生實際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。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12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。

二、面向工程能力培養的數據庫原理及應用課程實驗教學新模式探索

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，提高個人的應用創新能力和動手能力。而學生工程實踐能力的培養是要在實驗教學的每一個環節中實現，目的是為了提升學生分析問題、解決問題的能力。針對實驗教學中存在的問題，以本課程的課程目標為出發點，以課程能力要求為基礎，遵循“以學生為中心、教育產出為導向、教學與科研相結合”的實驗教學理念，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的教學進行了探索和改革，重點培養學生工程應用實踐能力。

（一）多層次實驗教學體系

實踐能力的培養必須遵循從基本操作能力培養向綜合能力培養的轉變，針對當前課程教學中存在的實驗內容單一、項目知識點分散、以驗證性實驗為主的問題和數據庫課程的特點，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，自編實驗教材，精選教學示范案例，引導學生在實驗過程中由淺入深、循序漸進地進行實驗，目的是為了激發學生學習的熱情，提高學生學習的主動性。此實驗體系結合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個層次實驗組成。

在多層次實驗教學體系中，課程實驗主要圍繞基礎驗證實驗項目展開，引導學生由淺入深自主學習。在他們熟悉數據庫環境和基本操作后，可以深入理解SQL語言的綜合應用，將工程項目思想引入到面向應用的實驗中，為下一步的綜合創新實驗打下基礎。在綜合創新性實驗中，學生需要綜合各門課程的知識，結合實踐設計完整的數據庫項目，主要檢驗學生對知識的綜合應用能力，使學生解決問題的能力得到加強。

本實驗體系從簡單到深入，從數據庫的建立到綜合實訓項目的設計和完成，逐步引導學生掌握課程的相關知識點。在整個過程中，學生可以整合所學知識，形成實驗教學體系，提高學生的實踐和創新能力。

（二）遞進式實驗內容

傳統的課程實驗教學項目主要以驗證性為主，學生是在老師指導下按照實驗指導書的要求完成實驗項目，在這個過程中，實驗內容和知識點比較分散，學生缺乏整體項目的實施鍛煉，學生工程應用實踐能力很難得到提升。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者科研課題，引導學生在實際場景中分析解決問題。因此在多層次遞進式的實驗教學體系中，我們根據課程培養方案，在目前實驗內容的基礎上對實驗內容進行修整，從趣味性、工程性、實用性等方面考慮，增加工程性、靈活性要求更高的綜合設計型和應用創新型實驗。在整個實驗內容設計中，從數據庫的一些基本操作出發，在實驗過程中，結合Java等多科目共同實現完整的圖書管理系統項目，并且保證每個實驗都包含數據庫設計過程中的知識點，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，從而使學生的綜合應用能力得到提高。

基礎驗證性實驗是實驗內容的基礎，學生要實現數據定義、數據查詢、數據完整性與安全性等最基本的操作，目的是為了培養學生掌握數據庫操作的基礎知識和技能，為接下來的學習打好基礎，學生必須完成這一部分實驗內容。

應用提高型實驗包括了數據庫中函數、數據存儲、數據備份恢復等機制的學習，同時在這一部分實驗要求中，學有余力的同學可以使用JDBC/ODBC去訪問數據庫，目的主要是為了鍛煉學生使用SQL語言進行數據庫高級編程能力，并在此基礎上強化工程實踐的能力。

綜合創新實驗是在學習數據庫理論基礎后進行強化的綜合創新應用，主要檢驗學生對數據庫知識的綜合應用掌握情況。這部分題目不局限于一個題目，學生可以自由選擇自己感興趣的題目，同時也可以完成老師的科研課題，甚至參加一些學科競賽，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，結合其他如Java、算法設計等課程，按照數據庫設計開發的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。此部分內容要求學生以小組的形式完成，由老師帶隊，學生帶動學生，也大大培養了培養學生分析解決問題團隊協作能力和團隊協作能力。

（三）線上線下混合式教學模式

在傳統的實驗教學模式中，教師主導，從實驗的設計、執行、完成都是由教師參與，學生處在一個被動接受狀態，降低了學生學習積極性，教學效果沒有達到理想狀態。此外，課堂實驗課時有限，僅僅依賴課堂實驗環節來培養學生的工程能力是遠遠不夠的。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。線上課前通過學習平臺推送學生預習實驗項目的知識，讓學生提前了解實驗內容。同時，教師通過學習平臺分享實驗項目的相關知識學習視頻，方便學生隨時下載學習。此外，學生還可以通過學習平臺，隨時向老師反饋實驗中存在的問題。線下實驗教學，以學生為主體，教師為引導，讓更多的學生通過實驗過程掌握相應的知識和技能，提高分析問題和解決問題的能力。同時采用小組合作的教學模式。根據學生的個人情況，保證每組學生組成一個階梯狀的小組，每個小組指定一個負責人。實驗過程中，同組討論實驗內容，進一步加深對理論知識的理解。同時，組內學習能力強的同學在掌握實驗內容并完成后，可以與組內稍弱的同學合作。同時，每個小組可以互相幫助、共同進步。這將有助于解決教師在實驗中無法兼顧每個學生的問題，也可以促進學生之間的互動和討論，培養學生團隊協作能力。

僅僅通過有限的課內實驗環節來培養學生的綜合應用能力是遠遠不夠的。因此，我們要求學生利用課外時間拓展課程實驗內容，鼓勵學生參加各類課外科技活動、學科競賽、大學生創新創業項目等。依托這些競賽平臺，學生可以自主學習，也可以通過競賽任務相互合作。同時，通過大賽督促學生更好地了解社會行業的人才需求，關注行業發展動態，為未來就業發展做好準備。

（四）自主編寫實驗教材，不斷更新實驗內容

數據庫技術是目前計算機科學領域中得到最廣泛應用，也是發展最迅猛的技術，相應的數據庫課程的教學內容也日新月異。因此，我們自主編寫的實驗指導書，明確地給出每次實驗的實驗目的、實驗內容、實驗要求、實驗步驟或方法、實驗原理、操作技巧和注意事項。每次實驗后也都給出適量的思考和練習題，使學生進一步鞏固實驗內容，徹底改變了以往實驗課缺乏或沒有實驗指導書，學生不清楚每次實驗的目的、內容、要求和實驗原理，上機就去翻課本上的例題的情況。近年來，我們針對不同層次的數據庫教學編寫了四本實驗指導書，保證了實驗教學質量的穩步提高。

（五）改革實驗教學方法，激發學生學習熱情，培養學生分析問題和解決問題的能力

實驗教學是教學過程中的一個重要環節，它不僅是培養學生綜合能力的重要手段，也是衡量高校教學質量和就業形勢的關鍵。但“授人以魚不如授人以漁。”，除了要求學生完成規定的實驗內容外，我們注重把提高學生的能力和素質作為實驗教學的目標。在數據庫實驗教學過程中，我們注重培養學生以下能力。

理論知識的運用能力。理論教學和實踐教學相輔相成，兩者內在統一。理論教學是基礎，重點在于傳授知識；實驗教學則是應用，重點在與對學生能力的培養。通過實驗，不僅可以檢驗學生對理論知識的掌握程度，還可以培養學生的理論應用能力，教會學生充分理解理論知識的深刻內涵，學會達到實際應用的目的，從而進一步培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。例如，在綜合設計實驗中，要求學生設計一個特定需求的數據庫，除了按照數據庫設計方法進行設計，還要按照需求分析對邏輯結構設計、概念結構設計、物理結構設計、數據庫實現等步驟進行設計。除此之外，還要引導學生運用關系數據的理論知識，不忽略數據的完整性，設計出具有真正實用價值的數據庫。

獨立探究能力。雖然現在科學技術在迅猛發展，知識也日新月異，但是由于書本和課時的限制，老師不可能實時更新所有的新知識并傳授給學生。培養學生的學習熱情是我們的主要目的，讓他們主動學習，在實踐中不斷探索，通過個人努力提高自己。在實驗教學中，應充分發揮學生的主體地位，以學生為中心，教師只作為教學的組織者，對學生進行現場指導。老師和學生可以進行互動，營造和諧的教與學的氛圍。對學生在操作、設計、調試過程中經常遇到的問題老師進行及時的啟發和引導，培養學生的學習興趣，讓學生逐漸深入其中進行獨立自主探究學習。比如在處理多表復雜查詢這一問題時，怎樣通過創建視圖快速提取有效數據，這就需要學生不斷嘗試探索。在綜合設計性實驗中，需要對數據庫進行操作，涉及數據庫的連接技術、數據的增、刪、改、查等操作。學生在課后應廣泛查閱書籍，查找相關資料進行自主學習，然后通過不斷的實踐，最終可以完成一個數據庫系統的開發。除此之外，加強自主探究能力的培養，拓展知識面和技能，對學生將來從事相關技術工作非常重要。

團隊協作和交流能力。在實驗中，除了培養學生的實踐能力外，還要注重學生其他相關能力的培養。目前很多大型項目都是通過團隊合作完成的，良好的溝通能力是前提。在實驗中，要注重這種能力的培養。對于綜合設計性實驗，鼓勵學生通過個人能力和團隊協作完成實驗任務，實驗組采用自由組合的方式進行分組。小組成員通過分工合作，相互研究討論，共同完成實驗任務。最后，各組以答辯的形式對實驗進行總結，并提交相關報告，讓學生充分融入實驗，體驗實驗帶來的樂趣。通過培養學生的語言溝通能力和團隊合作精神，為學生將來工作打下堅實的基礎

三、結束語

過本次實驗教學改革后，實驗課時為12學時，一共安排3次實驗，每次實驗4學時，分別是基礎驗證型實驗、應用提高型實驗、綜合創新型實驗。

實驗教學是驗證和深化理論知識的重要途徑，也是提升學生工程實踐能力的重要教學環節。以工程能力培養為導向，從教學體系、教學內容、教學模式等方面改革實驗教學，自編教材，完善考核機制，鼓勵學生參加學科競賽等活動，激發學生學習的主動性和積極性，從而提高學生的工程實踐能力和綜合應用能力。實踐證明，學生通過參加各種實踐項目，可以大大提高學習的主動性。在這個過程中，每組學生都可以在項目競賽中發揮個人特長完成相應的任務，促進了理論與實踐的結合，使學生的個人自信心得到提高，培養了學生的團隊合作能力，同時將所學知識融入到實際項目中，極大地鍛煉了學生的工程實踐應用能力。