面向工程能力培养的数据库原理及应用课程实验教学新模式探索*

熊 瑛

（中南民族大学电子信息工程学院）

《中华人民共和国高等教育法》明确提出，高等教育的任务是“培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才”。新世纪以来，社会对高级专业人才的要求日益增高，不仅要求他们要有宽素质的专业知识和扎实的基本知识，还要有较强的创新能力和实践能力，更好地适应社会发展的实际需要。在高等院校，实验教学是学生学习的重要途径。它可以更好地将理论与实践相结合，培养学生的创新思维和专业技能。因此，必须搞好实验教学改革，不断提高实验教学水平，提高人才培养质量。《数据库原理及应用》本身的实践性较强，在这个课程中，实验教学是非常重要的一部分。通过实验教学，学生能够熟练地运用当前的数据库管理系统和开发工具，掌握数据结构的设计和数据库应用系统的开发方法，使理论知识在实践中得以应用。所以，对实验教学改革的探索我们应当重视，并以此不断提高其教学质量。

一、数据库原理及应用课程实验教学的现状分析

近年来，数据库原理课程在各大高校已经成为必修内容。数据库作为数据储存的载体，其基本原理的充分掌握，能够为后续数据库的学习开发打下基础。在数据库原理课程教学中，理论教学是确保学生对数据库原理相关知识进行了解的前提条件，但数据库原理课程最终目的是学生能够通过理解对数据库原理进行掌握并应用，因此实验教学对数据库原理课程来说十分重要。 实验教学是一种实践性的教学方式，在数据库原理课程中，实验教学是通过实际上机操作，实现学生对理论知识的进一步掌握，并确保学生能够灵活应用[1-2]。通过在实验教学过程中对学生操作的具体情况进行了解，对学生操作进行评估指导能够有效了解学生对知识的掌握水平，进而有针对性地帮助学生掌握相关技能，并对日常教学活动进行调整。实验教学也能够为学生最终的考核成绩提供依据，确保成绩考核的全面性。

电子信息工程学院数据库原理及应用课程共44学时（32+12），其中理论课为32课时，理论教材选用何玉洁编著机械工业出版社出版的“数据库原理与应用教程”，主要学习数据库基本原理及数据库设计等理论性较强的内容，实验学时主要讲授数据库增、删、改、查等基本操作。实验教学是在理论知识点讲解之后针对这个知识点展开的，因为知识点单一，实验内容大部分为验证性实验，缺乏全面综合性的实验，且通常在实验授课过程中老师主讲，学生根据老师的讲解与演示，在老师的指导下完成实验项目。此种授课模式下，实验内容固定，且学生实际动手操作的有效时间相对较短，部分学生不能完成实验项目内容，而动手能力较强的同学则在完成实验后也没有发挥余地，再加上班级学生人数较多，一个老师在课堂上并不能关注到所有的学生，使得有的同学没有进行充分锻炼，实验效果并不理想。另外，课后学生只需要提交实验报告，并未深入思考实验内容，也从未考虑过在实验基础上进行创新拓展设计。因此通过12课时的实验，大部分学生对于简单的基础实验掌握较好，但是面对综合应用、设计性、创新性实验项目，由于学生缺少综合创新设计能力往往无从下手。

二、面向工程能力培养的数据库原理及应用课程实验教学新模式探索

实验课程作为理论教学的辅助环节，其目的是让学生通过实验能更好地理解和掌握理论知识，提高个人的应用创新能力和动手能力。而学生工程实践能力的培养是要在实验教学的每一个环节中实现，目的是为了提升学生分析问题、解决问题的能力。针对实验教学中存在的问题，以本课程的课程目标为出发点，以课程能力要求为基础，遵循“以学生为中心、教育产出为导向、教学与科研相结合”的实验教学理念，从实验教学体系、实验教学内容、实验教学模式等方面，对数据库原理及应用实验课程的教学进行了探索和改革，重点培养学生工程应用实践能力。

（一）多层次实验教学体系

实践能力的培养必须遵循从基本操作能力培养向综合能力培养的转变，针对当前课程教学中存在的实验内容单一、项目知识点分散、以验证性实验为主的问题和数据库课程的特点，首先在实验教学体系和实验内容上进行改革创新，针对学生不同层次、不同阶段的学习，采用了多层次、递进式的数据库实验教学体系，自编实验教材，精选教学示范案例，引导学生在实验过程中由浅入深、循序渐进地进行实验，目的是为了激发学生学习的热情，提高学生学习的主动性。此实验体系结合数据库知识点的特点，由基础验证型、应用提高型和综合创新型实验3个层次实验组成。

在多层次实验教学体系中，课程实验主要围绕基础验证实验项目展开，引导学生由浅入深自主学习。在他们熟悉数据库环境和基本操作后，可以深入理解SQL语言的综合应用，将工程项目思想引入到面向应用的实验中，为下一步的综合创新实验打下基础。在综合创新性实验中，学生需要综合各门课程的知识，结合实践设计完整的数据库项目，主要检验学生对知识的综合应用能力，使学生解决问题的能力得到加强。

本实验体系从简单到深入，从数据库的建立到综合实训项目的设计和完成，逐步引导学生掌握课程的相关知识点。在整个过程中，学生可以整合所学知识，形成实验教学体系，提高学生的实践和创新能力。

（二）递进式实验内容

传统的课程实验教学项目主要以验证性为主，学生是在老师指导下按照实验指导书的要求完成实验项目，在这个过程中，实验内容和知识点比较分散，学生缺乏整体项目的实施锻炼，学生工程应用实践能力很难得到提升。而面向工程实践能力培养的实践教学，要求实验内容来源于工程项目或者科研课题，引导学生在实际场景中分析解决问题。因此在多层次递进式的实验教学体系中，我们根据课程培养方案，在目前实验内容的基础上对实验内容进行修整，从趣味性、工程性、实用性等方面考虑，增加工程性、灵活性要求更高的综合设计型和应用创新型实验。在整个实验内容设计中，从数据库的一些基本操作出发，在实验过程中，结合Java等多科目共同实现完整的图书管理系统项目，并且保证每个实验都包含数据库设计过程中的知识点，由浅入深分层次递进式实验教学，循序渐进逐步引导学生掌握课程的知识点，从而使学生的综合应用能力得到提高。

基础验证性实验是实验内容的基础，学生要实现数据定义、数据查询、数据完整性与安全性等最基本的操作，目的是为了培养学生掌握数据库操作的基础知识和技能，为接下来的学习打好基础，学生必须完成这一部分实验内容。

应用提高型实验包括了数据库中函数、数据存储、数据备份恢复等机制的学习，同时在这一部分实验要求中，学有余力的同学可以使用JDBC/ODBC去访问数据库，目的主要是为了锻炼学生使用SQL语言进行数据库高级编程能力，并在此基础上强化工程实践的能力。

综合创新实验是在学习数据库理论基础后进行强化的综合创新应用，主要检验学生对数据库知识的综合应用掌握情况。这部分题目不局限于一个题目，学生可以自由选择自己感兴趣的题目，同时也可以完成老师的科研课题，甚至参加一些学科竞赛，没有固定的实验步骤，要求学生在设计中以数据库知识为主线，结合其他如Java、算法设计等课程，按照数据库设计开发的步骤完成一个综合数据库系统的应用，实现数据库知识和其他课程有机结合。此部分内容要求学生以小组的形式完成，由老师带队，学生带动学生，也大大培养了培养学生分析解决问题团队协作能力和团队协作能力。

（三）线上线下混合式教学模式

在传统的实验教学模式中，教师主导，从实验的设计、执行、完成都是由教师参与，学生处在一个被动接受状态，降低了学生学习积极性，教学效果没有达到理想状态。此外，课堂实验课时有限，仅仅依赖课堂实验环节来培养学生的工程能力是远远不够的。因此在数据库实验教学改革中，为了充分调动学生的学习积极性，使理论实践、课内课外能充分融合，提高实验效率，我们采用线上线下混合式教学模式进行实验教学。线上课前通过学习平台推送学生预习实验项目的知识，让学生提前了解实验内容。同时，教师通过学习平台分享实验项目的相关知识学习视频，方便学生随时下载学习。此外，学生还可以通过学习平台，随时向老师反馈实验中存在的问题。线下实验教学，以学生为主体，教师为引导，让更多的学生通过实验过程掌握相应的知识和技能，提高分析问题和解决问题的能力。同时采用小组合作的教学模式。根据学生的个人情况，保证每组学生组成一个阶梯状的小组，每个小组指定一个负责人。实验过程中，同组讨论实验内容，进一步加深对理论知识的理解。同时，组内学习能力强的同学在掌握实验内容并完成后，可以与组内稍弱的同学合作。同时，每个小组可以互相帮助、共同进步。这将有助于解决教师在实验中无法兼顾每个学生的问题，也可以促进学生之间的互动和讨论，培养学生团队协作能力。

仅仅通过有限的课内实验环节来培养学生的综合应用能力是远远不够的。因此，我们要求学生利用课外时间拓展课程实验内容，鼓励学生参加各类课外科技活动、学科竞赛、大学生创新创业项目等。依托这些竞赛平台，学生可以自主学习，也可以通过竞赛任务相互合作。同时，通过大赛督促学生更好地了解社会行业的人才需求，关注行业发展动态，为未来就业发展做好准备。

（四）自主编写实验教材，不断更新实验内容

数据库技术是目前计算机科学领域中得到最广泛应用，也是发展最迅猛的技术，相应的数据库课程的教学内容也日新月异。因此，我们自主编写的实验指导书，明确地给出每次实验的实验目的、实验内容、实验要求、实验步骤或方法、实验原理、操作技巧和注意事项。每次实验后也都给出适量的思考和练习题，使学生进一步巩固实验内容，彻底改变了以往实验课缺乏或没有实验指导书，学生不清楚每次实验的目的、内容、要求和实验原理，上机就去翻课本上的例题的情况。近年来，我们针对不同层次的数据库教学编写了四本实验指导书，保证了实验教学质量的稳步提高。

（五）改革实验教学方法，激发学生学习热情，培养学生分析问题和解决问题的能力

实验教学是教学过程中的一个重要环节，它不仅是培养学生综合能力的重要手段，也是衡量高校教学质量和就业形势的关键。但“授人以鱼不如授人以渔。”，除了要求学生完成规定的实验内容外，我们注重把提高学生的能力和素质作为实验教学的目标。在数据库实验教学过程中，我们注重培养学生以下能力。

理论知识的运用能力。理论教学和实践教学相辅相成，两者内在统一。理论教学是基础，重点在于传授知识；实验教学则是应用，重点在与对学生能力的培养。通过实验，不仅可以检验学生对理论知识的掌握程度，还可以培养学生的理论应用能力，教会学生充分理解理论知识的深刻内涵，学会达到实际应用的目的，从而进一步培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。例如，在综合设计实验中，要求学生设计一个特定需求的数据库，除了按照数据库设计方法进行设计，还要按照需求分析对逻辑结构设计、概念结构设计、物理结构设计、数据库实现等步骤进行设计。除此之外，还要引导学生运用关系数据的理论知识，不忽略数据的完整性，设计出具有真正实用价值的数据库。

独立探究能力。虽然现在科学技术在迅猛发展，知识也日新月异，但是由于书本和课时的限制，老师不可能实时更新所有的新知识并传授给学生。培养学生的学习热情是我们的主要目的，让他们主动学习，在实践中不断探索，通过个人努力提高自己。在实验教学中，应充分发挥学生的主体地位，以学生为中心，教师只作为教学的组织者，对学生进行现场指导。老师和学生可以进行互动，营造和谐的教与学的氛围。对学生在操作、设计、调试过程中经常遇到的问题老师进行及时的启发和引导，培养学生的学习兴趣，让学生逐渐深入其中进行独立自主探究学习。比如在处理多表复杂查询这一问题时，怎样通过创建视图快速提取有效数据，这就需要学生不断尝试探索。在综合设计性实验中，需要对数据库进行操作，涉及数据库的连接技术、数据的增、删、改、查等操作。学生在课后应广泛查阅书籍，查找相关资料进行自主学习，然后通过不断的实践，最终可以完成一个数据库系统的开发。除此之外，加强自主探究能力的培养，拓展知识面和技能，对学生将来从事相关技术工作非常重要。

团队协作和交流能力。在实验中，除了培养学生的实践能力外，还要注重学生其他相关能力的培养。目前很多大型项目都是通过团队合作完成的，良好的沟通能力是前提。在实验中，要注重这种能力的培养。对于综合设计性实验，鼓励学生通过个人能力和团队协作完成实验任务，实验组采用自由组合的方式进行分组。小组成员通过分工合作，相互研究讨论，共同完成实验任务。最后，各组以答辩的形式对实验进行总结，并提交相关报告，让学生充分融入实验，体验实验带来的乐趣。通过培养学生的语言沟通能力和团队合作精神，为学生将来工作打下坚实的基础

三、结束语

过本次实验教学改革后，实验课时为12学时，一共安排3次实验，每次实验4学时，分别是基础验证型实验、应用提高型实验、综合创新型实验。

实验教学是验证和深化理论知识的重要途径，也是提升学生工程实践能力的重要教学环节。以工程能力培养为导向，从教学体系、教学内容、教学模式等方面改革实验教学，自编教材，完善考核机制，鼓励学生参加学科竞赛等活动，激发学生学习的主动性和积极性，从而提高学生的工程实践能力和综合应用能力。实践证明，学生通过参加各种实践项目，可以大大提高学习的主动性。在这个过程中，每组学生都可以在项目竞赛中发挥个人特长完成相应的任务，促进了理论与实践的结合，使学生的个人自信心得到提高，培养了学生的团队合作能力，同时将所学知识融入到实际项目中，极大地锻炼了学生的工程实践应用能力。