新工科背景下《数据库原理与应用》课程立体式教学模式探索与实践

周慧芝 滕兆龙 刘海俊

湖南交通工程学院电气与信息工程学院，湖南 衡阳 421009

相对于传统工科而言，新工科基于新科技革命和产业变革，实现工程教育战略性改革，为我国工程教育良性发展提供新思维和新范式。基于人才需求视角，学者们提出新工科源于新产业、新社会形态萌发的新需求，更加强调不同领域、不同层次、不同能力的人才［1］。新的教育理念使教师探索新的教学模式，整合优质MOOC（massive open online courses）、网络、智能移动终端和学生的碎片化时间进行线上学习。但因其缺乏教学经验、无法实时面对面实验指导和评价，其线上学习效果不佳。以此充分利用无线网络和智能终端，融合MOOC 强大的优质资源，依据学校和学生学情构建新型的“线上+线下”混合教学。《数据库原理与应用》课程涵盖了数据库相关理论知识、设计与应用项目中有关数据库系统等内容，理论知识是基础，设计能力和应用能力是重点，工程能力和创新能力是难点。湖南交通工程学院电气与信息工程学院（以下简称“我院”）应用型课程与教学的特征不明显，如没有建立应用型的实践知识体系框架、教学深度与难度达不到应用型本科教育教学要求等，以此构建以CDIO 为导向的数据库原理与应用的横向多学科交叉理实一体化教学。

一、目前数据库原理与应用教学存在的问题

（一）理论灌输式教学。《数据库原理与应用》课程教材是知识顺序按章节编制，部分高校老师讲解理论知识按章节灌输式推进，未能充分激发学生学习的能动性，导致一些学生从想学到学不懂转向不学的状态演变。

（二）实验教学缺实效性。《数据库原理与应用》课程实验教学存在部分学生不了解实验目的、内容，考核时实验教学比重较轻，实验步骤和结果是绝大多数一模一样。实验的实效性，未达到培养学生工程能力和创新能力。

（三）课后练习缺乏主动性。课后作业部分学生都没高质量地完成，存在学生抄袭作业的现象。同时传统线下作业没有太多的吸引力，以致课后作业效果不佳，发挥不出应有的作用。

（四）考核僵化。传统应试教育下《数据库原理与应用》课程考核多以期末考试为主，部分学生为了达到考试目标而在考试前几天被动学习，未达到新工科培养人才要求。

（五）实践实习未达目标。学生的实习时间不够甚至没有实践机会，从而挖掘不出学生的自学机会和创新机会；实习内容发挥不了促进知识的加深和迁移。

二、《数据库原理与应用》课程立体式教学模式构建

（一）课程背景与目标

《数据库原理与应用》是我院电气与信息工程学院所有专业的基础核心课程。覆盖多个专业，是软件工程、物联网工程、网络工程、数据科学与大数据技术等专业核心课，其重要性毋庸置疑［2］。该课程在我院电信学院软件工程专业共设64 学时，其中含32 节理论和16 节实验，此外有16 节（1 周）课程设计。

本课程依据我院软件工程专业人才培养目标，基于新工科和工程认证对计算机人才新需求。知识层面要求学生理解并掌握该课程的基本原理；技能层面要求学生理解并熟练掌握SQL 语言、建模方法、系统设计、开发、应用和管理的能力；职业素养层面要求学生具有良好的科学素养和敬业精神；同时将专业道德规范、社会责任感、人文社会和积极向上的人生理想有效融入，实现课程与思政深度融合。

（二）课程内容

基于优选的课程教材提供教学内容体系，优编教学内容由第一章数据库述（学时线上2+实验2）、第二章关系数据库（学时线上2）、第三章关系数据库理论（学时线上2）、第四章数据库设计（学时线下2）、第五章数据库定义和数据更新（学时线上2+线下2+实验2）、第六章数据查询（学时线上2+线下2+实验2）、第七章数据库编程（学时线上2+线下2+实验2）、第八章数据库安全（学时线上2+实验2）、第九章数据库备份与恢复（学时线上2+线下2+实验2）、第十章事务管理与并发控制（学时线上2+线下2+实验2）、第十一章其他数据库技术（学时线上2）和课程设计（学时16）12 个教学模块组成，其对应的思政元素有国产数据库发展现状，如TiDB、GBase、OceanBase、TDSQL 等，让学生了解国产数据库的先进技术，SQL Server 安装配置过程中会遇到各种问题，需要坚韧执着、迎难而上；充分认识正版与盗版软件的区别，理解知识产权保护等；引入中国移动支付并介绍移动支付背后的技术支撑，引出数据库技术发展现状，理会“获得感”；基于关系型数据库设计规范要求，引入学科上的科学与严谨，引出求识与做事过程中的合理规范与突破创新之间的辩证关系；精湛的技术、戮力齐心的团队精神和较强的沟通能力，是计算机设计人员必要素质；由视图和索引的用途，引出学科上的创新理念，提高工作效率；大量实操练习，引出实践动手和自主学习能力在计算机科学中的重要性；把复杂的事做到化繁为简，面对复杂问题分解成可处理的模块，并分步骤执行；要有数据安全意识，引出IT 从业人员应当具备的职业道德与规范，鼓励学生在以后职业中加强素养与能力；引入图灵和图灵奖，介绍清华大学姚期智教授和清华大学计算机科学实班，鼓励学生立志为国做贡献；以企业时效项目为案例，历练学生的工程能力与创新能力。针对互联网与智能时代，本文提出并实践“多元文化融合、内容重塑整合、方法创新结合、校企联合和多维评价组合”五合教学模式，开展《数据库原理与应用》课程的教学［3］。

（三）建设课程教学资源及平台

超星集团的超星学习通教学工具，因其强大的数字图书资源受到各大高校的青睐［4］。课程教学团队教师录制线上学习资源放到自研课堂管理平台中，让师生在使用过程互动，依据校情和学情不断优化线上学习资源。依据移动学习的力量，基于微信小程序设计数据库原理与应用题库平台。

三、《数据库原理与应用》课程立体式教学模式实践

（一）线上教学

2019 ～2020 学年第二学期，《数据库原理与应用》课程教学团队结合我院学情，精选了MOOC上优质的数据库课程为学生线上学习资源，通过钉钉课堂直播方式进行了“线上+线下”混合式教学。起初实践探索中，教学效果不佳，学生反映听不懂，本课程授课团队教师及时开会研讨，并学习提升线上教学能力并调整学生在线学习方案。学生可以上网络听直播、录播或MOOC。在教学过程中，学生遇到理论知识理解模糊与实践操作受阻等任何问题，教师可通过线下微信+线上平台及时解答与辅助。经过探索与实践，该课程“线上+线下”教学效果很好。最近一期，学生在2021 ～2022 学年第二学期末参加线下闭卷笔试专业核心课程考试，软件工程2001 和2002两个班总平均分分别为79.6 和78.8，及格率分别为88%和86%，表明“线上+线下”教学模式教学效果良好。

（二）线下教学

线下授课由“理论+实践”两个模块组成。线下理论授课由案例讲演、难重点剖析、问题探讨和提问测试四个部分组成。线下实践授课由课内实验和课程设计两个部分组成。课堂设计至关重要，其包括内容设计（知识与案例）、过程设计等。例如，线上自主学习SQL 语言时讲Select查询命令及Select 相关语法。线下授课以视频中案例插入课堂引起学生回顾加深印象，案例讲演后让学生翻转，学籍管理系统中根据学生应用需求，按学号和课程名称查询自己的成绩等，基于“线上+线下”激发学生学习主动性和能动性。同时，可以借助超星学习通平台进行无纸化点名、在线测试和讨论学习等，提高立体式教学效果，其立体式教学模式构架如图1 所示。

图1 立体式教学模式构架

（三）实践教学

基于数据库基础知识和单个学生及组队可独立操作完成，本课程实践教学设计验证型和设计型两种为课内实验类型，教师现场指导或线上答疑为辅进行组织，完整的实验报告是课内实验考核依据。课程设计为期一周，融入企业时效项目进行开发设计，以3 ～5 人组队选择完成中型数据库系统开发为主，企业导师和校内教师根据实情与软件工程规范，对小组课程设计中有关数据库设计、实现和操作各阶段进行现场或线上指导，最后以小组演示和答辩课程设计成果，企业导师和校内教师以及课程设计小组成员进行线下或线上点评及评分。课程设计以项目驱动有以下创新。

1.深度融合思政教育与实践教学。培养学生达成“554”，弘扬5 种精神：科学精神、工匠精神、爱岗敬业精神、无私奉献精神、爱国主义精神；培育5 种情感：专业归属感、行业荣誉感、职业道德感、集体荣誉感、社会责任感；力争实现“4 个统一”：知识与能力、创新与创业、理论与实践、科学性与价值性的辩证统一［5］。

2.产教学研融合，实现“44”目标。实现4个维度：价值引领、知识探究、能力建设、态度养成；4 个层次：“知识、思维、能力、价值”有机统一［6］。

（四）多元教学评价

立体教学对学生进行全方位多元化评价是必要的。《数据库原理与应用》课程采用“理论考试+线上自主学习+实践项目+比赛+项目申报”方式进行考核，既检查了学生掌握该课程的基本原理及理论知识情况，又评价了学生自主学习能力、实践动手能力和科研创新能力［3］。既注重过程评价，又重视结果评价，以教师评价为主，学生互评为辅

1.过程评价占总考核的40%。由课堂情况占10%、线上情况占15%、实验报告占10%、参与学科比赛和申报项目占5% 组成；

2.结果评价占总考核的60%。原有单一结果评价转变全面客观考核形式。

四、教学成效

该课程从2020 年开始近三年的立体式教学探索与实践，其教学成效可嘉。通过学生对教师、其教学团队自我满意度评价、学生成果的调查及学校督导组听课等都肯定大加赞赏。引入立体式教学模式后，学生实践能力明显提升，在全国“蓝桥杯”软件设计大赛、“智能导航”创新大赛、“互联网+”创新创业大赛等获一等奖6 项，二等奖8项，三等奖20+项，并获批大学生创新创业训练计划项目10 项。以上数据表明，立体式教学弥补了传统课堂教学缺陷，以学生为主体，以能力为主线，深度融入课程思政元素达到课程目标，提高该课程教育教学质量。

五、结语

新工科背景下对计算机人才的新要求，促使高等教育体制深化改革。应新形势开展《数据库原理与应用》课程教学深入改革是趋势。在此经验上，教学团队以软件工程专业为对象陆续开展其核心课程教学改革，进而能够通过课程教学改革，不断提高软件工程专业人才的培养质量。