“数据库原理及应用”课程教学改革研究

石昀 邓世权

[摘 要]文章以本校数据库原理及应用课程考核方式为研究对象，在调研各地方院校关系型数据库课程的相关教学模式以及课程考核方式的基础上，通过分析教学模式及考核方式的不足之处，提出数据库原理及应用课程的教学改革方案，并在实际教学活动及实际课程考核过程中对改革后的教学方案进行了合理应用，教学效果切实得到了提高。

[关键词]数据库原理及应用；课程考核；教学改革

随着数字经济时代的到来，数据库作为关键基础软件，是数字化经济的基石，更是数字化经济的核心引擎，其战略性和基础性的地位越发凸显[1]。根据中国通信研究院发布的《数据库发展研究报告（2021）》的预测，预计到2025年，全球数据库市场规模将达到798亿美元[2]。因此，掌握数据库相关基础知识理论，是计算机科学与技术专业及数据科学与大数据技术专业学生专业能力的基本要求。“数据库原理及应用”课程是计算机及电信等相关专业的一门重要课程，旨在通过学习关系数据库相关理论及应用方法使学生具备设计、应用、研发数据库系统的基础能力。学生在课程学习过程中，除掌握基本的关系数据模型理论、关系数据库规范化理论、关系数据库设计、关系数据库安全性以及关系数据库完整性等一系列相关理论知识外，还需要具备以理论为基础，进行数据库相关软件的设计及研发的专业能力，如T-SQL程序编写、高级程序设计语言数据库编程（如JDBC编程）。现有“数据库原理及应用”课程在教学模式上重理论、轻应用的教学模式及课程考核模式，不利于学生对相关知识的掌握；在考核方式上，以单纯理论知识的考查作为侧重点，使得学生无法将理论知识应用于实践，课程学习效果及教学质量大打折扣。只有在教学改革过程中逐步将侧重理论的教学模式及考核方式转变为理论与实际相结合、侧重理论落地实践的关键点，才能切实提高课程的教学质量，促进学生专业技能的培养，以更好地满足数字经济时代各行各业的实际需求。

一、现有课程教学模式及考核方式分析

“数据库原理及应用”课程作为计算机科学与技术专业以及数据科学与大数据专业学生的专业必修课，旨在通过关系数据模型基本概念、关系代数理论、关系数据库完整性、关系数据库安全性、关系数据库范式规范理论、关系数据库结构化查询语言（Structural Query Language）、数据库编程等知识的介绍，使学生以关系数据库理论知识作为理论基础，结合高级程序设计语言以及关系数据库结构化查询语言进行数据库系统的应用及开发，以满足企业对于数据库相关人才的需求。现行“数据库原理及应用”课程，教学模式上主要侧重理论知识部分的讲解。

例如，在进行“关系数据库结构化查询语言”（Structural Query Language）部分的教学时，该部分以关系代数及关系数据模型作为理论基础，旨在通过该部分的学习使学生掌握在关系数据库管理软件中使用关系数据库结构化查询语言进行关系模型定义、关系模型数据操纵、数据库安全性及完整性定义等知识点的实际操作方法的应用。单纯通过侧重理论的方式进行课程知识的讲解，在讲解过程中由于缺少实践操练，一些重要的理论均无法让学生落地到实践中验证，教学效果大打折扣。此外，如“关系数据库优化”部分，以单纯侧重课堂理论知识讲解的方式进行教学活动，无法真正让学生理解关系数据库范式理论并落地实践环节。现行“数据库原理及应用”课程，考核方式上主要侧重对相关概念等理论知识的考查。以“关系数据库结构化查询语言”部分为例。该部分以关系代数作为理论基础，通过对关系代数部分并集、交集、差集、笛卡尔积、连接、除等相关关系运算的知识点作为理论基础，以结构化查询语言作为实践落地工具。由于考核方式仅仅依托教材中的SQL规范，其与实际数据库编程语言代码编写之间存在一定差异，使得诸如查询语句的执行顺序、SQL注入等需要在侧重实践过程中进行考查的重要内容，往往无法从理论落地实践，导致学生不能较好地将所学理论知识落实到实际代码编写实践中。面对理论部分的内容，学生能较好地掌握，但在实际代码编写时，却出现“望而生畏”的情况。学生动手能力明显呈现出不足的情况，教学质量大打折扣。

二、课程考核改革实施方案

当前地方高校“数据库原理及应用”课程授课形式上由于重理论而轻实践，导致理论部分的知识点无法较好通过实践环节落地，实践环节不足，因此需要将实践环节贯穿于课堂教学环节中。此外，考核方式上，由于考核内容更侧重于理论知识的检验，使得理论知识不能较好地为学生提高实践动手能力提供支撑，这导致学生综合运用所学知识解决实际问题能力不足。因此，需要将考核方式进行多样化设置，即通过加强实践性的作业等方式对理论知识及实践知识进行多维度考查，如文献知识中基本术语的考查、SQL代码编写能力考查、软考认证考查等。最后，由于当前“数据库原理及应用”课程依旧单纯以任课教师为主体，并未有效衔接当前高质量的在线学习平台，使得课上课下学习无法有效衔接，因此，需要引入MOOC、Leetcode等高质量在线学习平台，以丰富线上线下学习的知识库。根据上述分析，针对当前地方高校“数据库原理及应用”课程中教学模式以及考核方式上的不足提出如下改革实施方案：

（一）将文献教学法引入课堂

在教学活动开展过程中将关系模型相关文献引入“数据库原理及应用”课程教学中。如关系数据模型基本概念、概念模型基本概念及相关术语、关系模型规范化理论的相关内容引入到课堂理论教学环节中；关系模型中关系模式、关系、1NF、2NF、3NF[3]、概念模型（E-R Diagram）[4]等，结合学生实际，在备课环节中归纳并演绎相关概念，以丰富的实例来对概念进行解释和说明，使学生理解并掌握概念的内涵以及外延。

（二）在實践落地环节将官方文档引入到课堂教学活动中

课堂教学环节中引入关系数据库相关官方文档（如微软官方文档SQL Server联机丛书）[5]并配合代码现场演示，指导学生有效开展理论落地实践环节的学习。以“关系数据库结构化查询语言”部分为例。该部分内容在实践落地环节，单纯通过教材部分的内容无法较好地将理论知识落地于代码实践，可借助关系数据库相关官方文档中的内容，如CROSS JOIN操作对应关系代数中的笛卡尔积，INNER JOIN操作对应关系代数中的自然连接，LEFT/RIGHT [OUTER] JOIN对应关系代数中的左/右外连接。又如“查询语句”部分，通过引入官方文档中关于SELECT语句执行顺序部分的内容，并结合大纲及学生实际，将T-SQL查询语句的执行过程通过理论讲授、课后作业、习题研讨、实验讲授等环节，使得学生知晓T-SQL查询语句的执行过程以及查询语句执行过程中各子句执行阶段产生的虚表等关键知识，使得学生能够较好掌握T-SQL查询语句的核心知识点。此外，该部分设计表连接查询部分的知识点，官方文档中较好对实际代码落地过程中SQL查询语句执行原理进行了详细说明。通过将关系数据库相关官方文档引入课堂理论教学、课后作业、习题研讨、实验教学等教学环节，学生动手实践能力有了较大改观，大部分同学甚至能在文档的指导下自发开展课后学习，既加深了专业知识的深度，也拓宽了专业知识的广度。与此同时，课堂教学过程中通过配合官方文档使用，从课堂表现、课后作业、期中考试、期末考试等课程内容考查环节产生的数据进行分析，发现通过将官方文档引入到课堂教学中的方式能够使得学生使用数据库编程语言独立分析、解决实际问题的能力得到较大提升[6]。

（三）以计算机技术与软件专业技术资格（水平）考试（简称“软考”）为抓手，将相关职业资格认证引入课堂教学中，培养并提高学生理论联系实际的动手能力

实际教学活动开展过程中，将软考历年真题作为课堂互动环节中提问的内容，并利用雨课堂、在线学堂等信息化工具实现实时课堂教学反馈信息获取，并逐步引导学生有目标地进行学习。

例如，在进行笛卡尔积部分，课堂互动环节中通过引入软考真题“设有两个关系A与B，关系A为M1行N1列，关系B为M2行N2列，请问A与B进行笛卡尔积运算，其运算结果为   行   列的关系？”学生现场答题以及教师讲解将促进学生对于重点难点知识的消化和吸收，提升课堂教学效果。

（四）考核方式多样化，以多维度考核学生所学知识

现行“数据库原理及应用”课程考核方式單一，仅从教材中选取一部分习题作为课后作业，作业仅以文档形式进行提交，使得学生作业完成质量不够理想，且无法辨别作业真伪。在考核环节中在保留文档作业的基础上，要求学生以自我讲解录屏的方式对本次作业进行介绍。如“数据库变成”部分的作业考查，结合当前流行的企业招聘人员常用题目、同等难度的题库（如Leetcode，牛客网等）进行作业内容设置，如将事务内容的考查改写为考核校内送餐员的数据分析题，学生须通过查阅专业文献、实验验证以及录屏讲解的方式完成课后作业。如将大作业设定为一个存在Bug的简单数据库管理系统（核心功能课前由任课教师事先实现），在使用游标对表中数据进行删除操作时，由于不同的数据库管理软件生产厂商对于结果集的处理方式不同，如在MySQL环境下与在SQL Server 2014环境中厂商对于已删除元组通过直接跳过“visible hole”的方式进行处理，而Microsoft SQL Server 2014中则需要在代码实践时对结果集中是否存在“visible hole”进行判定，如果存在则跳过该部分。通过对学期末课程目标达成度问卷调查进行分析，学生学习主动性、自我分析并解决问题的能力以及编程实践能力得到明显提高[7]。

（五）结合学生掌握知识的实际情况，编写线下学习材料，拓宽课程的深度及广度，锻炼学生结合理论知识解决实际问题的能力

考虑到教材偏理论的特点，加之“数据库原理及应用”课程中术语多、难理解等特点，编写供教学及学生课下学习资料，弥补教材中的不足。如，对关系数据库结构化查询语言SQL查询语句执行顺序及执行过程部分，通过结合教学大纲及人才培养方案，参考教材中典型例题，编写对应的查询语句执行顺序说明，包括执行过程中各查询语句在执行过程中产生的中间结果。又如，考虑到教材中关系数据库理论中的三值逻辑部分的内容篇幅较少，且并侧重理论，编写学习材料补充授课以及学生课下学习资源。教学开展过程中，结合文献教学法对NULL三值逻辑进行说明，并在实践环节中给出具体演示以及实例说明。此外，引入在线网络资源，如中国大学慕课等优秀网络教学资源，使得线上线下课程学习得到有效衔接，学生学习效果显著提升。

结束语

通过近3个学年实施上述教学内容以及考核方式改革方案，结合实际学生课堂表现、作业完成质量，以及期中考试、期末考试、数据库系统工程师考试（简称“软考中级”）等相关成绩，与改革方案实施前进行比较，学生对“数据库原理及应用”课程的满意度、学习积极性、作业完成情况、期中及期末考试成绩、软考中级通过率有了明显的提高。通过上述课程考核改革实施方案，学生的学习能力有了明显的改观，学习主动性、文献阅读能力、独立分析以及独立解决问题的能力有了明显提升。

参考文献

[1]中国通信研究院.解码“十四五”规划中各领域数据库政策[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]中国通信研究院.数据库发展研究报告（2021）[R].北京：中国通信研究院，2021.

[3]施伯乐，何继潮，丁宝康，等.关系数据库的数据依赖研究的综述[J].计算机工程，1983（1）：1-11.

[4]邵超，万春红.E-R图的精细设计[J].计算机教育，2015（8）：78-81.

[5]微软SQL Server开发小组.SQL 技术文档[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，宋贝.OBE教育理念下应用型高校专本衔接人才培养优化路径研究[J].教育与职业，2020（23）：64-67.

[7]张媛媛.基于学习共同体的“数据库与程序设计”课程教学改革[J].教育与职业，2014（5）：144-145.

作者简介：石昀（1986— ），男，汉族，湖北黄梅人，凯里学院，讲师，硕士。

研究方向：人工智能，智能信息处理。

邓世权（1981— ），男，土家族，贵州江口人，凯里学院，副教授，硕士。

研究方向：机器学习，自然语言处理。

基金项目：贵州省高等学校教学内容和课程体系改革项目“校企合作下的地方院校Python程序设计课程线上线下教学模式研究”（项目编号：2020218）。