新工科视角下“数据库原理”课程教学改革研究

2024-10-20 00:00:00郑林涛俞卫华董永生杨春蕾
科技风 2024年29期

摘要:适应新工科人才标准的计算机专业课程教学研究是近年来计算机专业课程教学领域的研究热点,而“数据库原理”作为计算机专业一门重要的专业基础课,新工科视角下“数据库原理”课程教学改革也是目前研究热点之一。本文首先介绍传统“数据库原理”课程教学所面临的诸多问题,并分析了传统教学目标与新工科人才标准下教学目标之间的差距。针对这些问题,提出了新工科视角下“数据库原理”课程体系建设与改革方案,通过调整课程内容,完善教学平台,改革成绩评价系统等方法强化思维能力的培养。

关键词:新工科视角;数据库原理;能力培养;教学改革

ResearchontheReformof"DatabasePrinciples"CourseTeachingfrom

thePerspectiveofNewEngineeringEducation

ZhengLintaoYuWeihuaDongYongshengYangChunlei

SchoolofInformationEngineering,HenanUniversityofScienceandTechnologyHenanLuoyang471023

Abstract:Adaptingcomputermajorcoursestothenewengineeringtalentstandardsisaresearchhotspotinthefieldofcomputercourseteachinginrecentyears.Asanimportantbasiccourse forcomputermajors,"databaseprinciples"arealsooneofthecurrentresearchhotspotsforteachingreformfromtheperspectiveofnewengineeringeducation.Thisarticlefirstintroducesthemanyproblemsfacedbytraditional"databaseprinciples"courseteachingandanalyzesthegapbetweentraditionalteachingobjectivesandteachingobjectivesundernewengineeringtalentstandards.Toaddresstheseissues,anewengineeringperspectiveisproposedfor"databaseprinciples"coursesystemconstructionandreform,whichstrengthensthecultivationofthinkingabilitythroughmethodssuchasadjustingcoursecontent,improving

teachingplatforms,andreformingscoreevaluationsystems.

Keywords:PerspectiveofNewEngineeringEducation;Databaseprinciple;Abilityculture

当前,我国正致力于通过创新引领发展,并实施重大战略,包括“一带一路”倡议、“中国制造2025”计划和“互联网+”行动。随着新技术、新产业形态、新商业模式和新产业的快速增长,新经济正在迅速崛起,对工程技术人才提出了更高的要求。因此,迫切需要加速工程教育的改革与创新步伐。自2017年2月以来,新工科建设取得了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等标志性成果。在《关于开展新工科研究与实践的通知》中,明确了教育教学的新质量要求:在完善中国特色、国际实质等效的工程教育专业认证制度的基础上,研究制定新兴工科专业教学质量标准,开展多维度的教育教学质量评价等。同时《新工科建设行动路线(天大行动)》中的第四点也明确了“问学生志趣变方法,创新工程教育方式和手段”,并要求落实以学生为中心的理念。新工科理念为工程教育的理论与实践注入了新的元素,并明确了工程学科的前进方向。推动“新工科”的建设不仅是顺应国际竞争的需要,也是响应国家战略规划的要求。

“数据库原理”是计算机专业的一门学科平台必修课和专业主干课程,同时也是进一步学习数据库开发技术、oracle数据库管理、软件工程等课程的基础,是一门承前启后的课程[1-4]。课程有较强的理论性和实用性,应用领域广大。课程内容比较宽泛,涉及了关系代数、谓词演算、关系数据理论等与数学理论基础相关的内容,还涉及了数据库安全性、完整性、数据库设计等工程设计方面的原理知识,以及SQL语句、数据库编程、查询优化、数据库恢复技术、并发控制等工程应用方面的技术。

随着人工智能、大数据和云计算等新兴技术的快速发展,“数据库原理”课程作为一门面向高校计算机专业的公共基础课程,在培养人才方面的重要性日益凸显,成为信息时代中不可或缺的关键课程,对于学生综合素质和创新能力的培养至关重要。在新工科建设背景下,“数据库原理”课程的教学内容、教学模式和教学资源也亟须进行深入的改革和创新,以更好地培养适应现代工程和科学领域需求的优秀人才,达到新工科建设人才培养的目标。

一、“数据库原理”课程的教学现状

虽然“数据库原理”在计算机专业中占据着举足轻重的核心基础课程位置,并且在整个课程体系中发挥着桥梁和纽带的作用。然而,在传统的教学方法中,许多教师倾向于依照教科书进行教学,将重点放在理论知识的传授上。此外,由于缺少有效的评价机制,学生往往只注重掌握课程中一些结论性的知识,而无法深入理解应用,并且在最终的考核中只能机械地记住一些答案,而不清楚答案背后的原因。这种教学模式不符合培养应用型和工程型人才的目标,也不符合教育教学中注重创新的要求,很难达到教学目标。这主要存在以下几个方面的问题:

(一)课程教学内容较为陈旧落后

随着大数据和云计算等新技术的发展,数据库技术已经成为此类新技术发展的核心技术之一[5]。当前,高校的“数据库原理”课程在专业特色上尚不突出,面对大数据、云计算以及图数据库、时空数据库、分布式数据库等新兴技术与应用的强烈挑战,传统的“数据库原理”课程内容显得相对陈旧,导致课堂教学的实际效果并不尽如人意。随着数据库新技术的极大发展,各种新的理论和实践成果也不断出现,特别是大数据、云计算和分布式数据库技术已经深入社会生活的方方面面,目前的“数据库原理”课程体系主要以传统的关系数据库理论教学和结构化查询语言(SQL)操作实验为主要授课内容,显然已经落后于目前数据库技术的发展,导致学生无法掌握最新的数据库技术和应用趋势[6-7]。

(二)重理论,轻实践

当前教学工作中,许多教师在教学过程中只关注专业理论的讲授,而忽略了对学生更为重要的工程实践能力的培养。在这种传统教育培养模式下,大学生将大部分的课程学习时间投入理论知识的学习上,而忽视了对自身工程实践技能的锻炼,这明显与新工科教育目标背道而驰。针对这一普遍现象,为了更好地贴合新工科教育的要求和社会对高校毕业生的需求,我们必须对传统的“讲授式”教学模式进行与时俱进的改革和优化,以期通过改革后的“数据库原理”课程,有效提升学生的学科素养、工程知识和设计开发能力。

在传统的“数据库原理”课程教学中,大多仍然采用以教师为中心的课堂讲授模式,学生只是被动地接受知识,课程中教师在讲授理论性较强的部分往往会让学生觉得课堂枯燥无味,学习气氛沉闷,常常有跟不上教师的思路的现象出现。而近年来,随着新工科教育理念的大力推行,各高校对各个专业的本科生培养方案进行了调整,降低了总学分要求。随之而来必然会引起专业课课时缩减,本就不多的课程实验时间被进一步挤压。由于实验教学实践课时少,实验内容上学生势必只能进行一些简单的验证性实验,而无法去做更具有实践意义更能锻炼学生能力的综合性实验项目了。

(三)考核评估方式单一

以往我校物联网专业的“数据库原理”课程考核分数构成比为:期末笔试成绩占总成绩70%,平时成绩占总成绩20%,实验成绩占总成绩10%。由这个分数占比可以看出,本课程的成绩还是以笔试成绩为主导。而笔试试卷仍是侧重于考试学生的机械记忆能力的考查。这种考核现状会给学生造成错误的引导,让学生觉得只要考试前突击死记硬背课本上的知识点就一定能获得一个不错的考试成绩。这也助长了学生平时不注重课程内容的学习,仅靠考前死记硬背以求顺利通过考试的风气,而学生自身的工程实践能力、积极主动学习的积极性都没有在课程学习过程中得到任何实质性提高,这与新工科要求的培养创新性人才的目标背道而驰。

二、“数据库原理”课程改革路径

在新工科育人新理念的指导下,我们结合河南科技大学关于加强工程实践环节、培养学生应对未来工程界挑战的能力和创新创业精神、为企业输送满足企业需要的应用型复合人才的目标,我们对“数据库原理”课程的教学做了如下改进:

(一)及时调整理论和实践教学内容

一方面,针对传统“数据库原理”课程理论只关注关系型数据库的现状,我们压缩了传统关系型数据库的部分教学内容。例如SQL的细节问题、范式、部分功能的介绍:游标、触发器、存储过程、访问控制。我们在理论课堂很少讲技术细节,而是突出强调概念、思想与方法讲解,将简单的细节知识交由学生自学,我们在课堂多次明确说明:很多细节课堂上不讲,而是让同学们通过作业自学,通过网络途径自己查找资料解决细节技术问题。

另一方面,增加了目前行业常用的数据库新技术的内容,例如,大数据模式、处理平台和框架结构以及一些常用的非关系型数据库,如NoSQL数据库、图数据库、内存数据库、分布式数据库等内容。

在教学实践环节方面,我们课程组经过近几年迭代设计了一套与理论内容紧密衔接、难度逐步递进的设计与实验题,受到学生欢迎。实验题目紧密围绕数据库系统设计的6大模块即需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施、数据库运行和维护进行数据库应用系统的设计和开发。该套实验题要求学生自学掌握多个相应的设计工具,并要求将多门课程内容串接起来,活学活用,对学生建立知识体系和培养自身自学的能力大有裨益。同时,部分实验内容稍提前于课程理论内容,倒逼学生去提前预习部分知识,从而提高理论概念讲述的吸收效果。

上述教学内容的改革方向是:删减压缩了一些已经过时的、纯理论推导方面的知识。强调应用和实践:随着人工智能、大数据和云计算等新兴技术的快速发展,数据库在实际应用中扮演着重要角色。我们在“数据库原理”课程更加注重学生对数据库技术的实际应用和解决实际问题的能力培养。尽可能地创造一切机会通过案例分析、项目实践等方式,让学生将所学知识运用到实际场景中。

(二)从理论教学为主转向实践为主

“数据库原理”课程的理论知识较多,我们教师在教学过程中加强实验环节,通过搭建数据库实例,让学生亲自动手操作和实践,加深对“数据库原理”的理解。同时,引入一些目前业界流行的数据库管理工具和开发框架,帮助学生更好地掌握数据库的使用和管理技能。

除了上述教学内容改革中突出实验实践内容以外,我们向同学们灌输了贯彻全栈数据库工程师培养理念。在课程要求与实验实践环节设计,都明确要求每个学生实现一个全链条信息系统,从UI、Web服务器、应用服务器和数据库服务器,系统的整个链条必须完整,但不要求枝繁叶茂,从而培养提高学生的全链条技术能力。而从学生的学习过程来看很多同学开始不太有信心,而经过课程的实践任务的磨炼,建立了做复杂系统的自信心,个人自学和动手实践的能力在实践项目实战中得到了大幅的提高。同学们纷纷表示自己从“数据库原理”课程实践项目中受益颇深。

(三)考核评估方式多样化

为了增强学生的自主学习能力,确保教学效果,并推动学生的全面成长,对“数据库原理”课程的评估体系进行了创新。过去以单一的期末考试成绩作为评价标准的模式已被改变,现在平时成绩和期末考试成绩各占一半。此外,课程引入了多样化的持续评估方法,将整个教学周期的各个环节纳入评价体系,强调持续的过程评价。这表明,课程评价将覆盖整个教学周期,以及加强对课堂内外、线上与线下学习活动的评价,同时加入了竞赛和本科生科研项目等额外加分项,以鼓励学生的全面进步。

平时成绩由线下和线上两部分学习活动成绩组成。学生线下学习活动包括参与课堂主题讨论、完成课后研究型作业、进行课堂实验、参与项目答辩和撰写项目报告等。而线上学习则主要通过学习通和学银在线等平台来追踪学生的线上学习进展。这些平台详尽地记录了学生的学习轨迹,包括课程学习进度、预习测试、作业提交、小组讨论、实训实验的完成情况及成绩、课堂参与度以及单元测试的完成情况等。这些记录最终可以被导出,作为学生持续评估的参考。至于课程的期末考试,则采用闭卷形式,试卷内容依据课程大纲设计,覆盖所有教学要点,并以实际应用为主,全面测试学生对“数据库原理”基础、SQL应用技能和数据库设计等知识的掌握程度,以确保实现课程的学习目标。

三、课程教学改革后的效果

在领会新工科建设的要求基础上,本文分析了河南科技大学物联网专业“数据库原理”课程的教学现状和存在的问题,提出了相应的课程教学改革措施并进行了教学改革实践,取得了以下效果。

在近两年我校的教学效果测评中,“数据库原理”获得了督导和学生的一致好评,主讲教师获得了2022年度河南科技大学教学优秀成果奖,团队教师的平均评教成绩明显高于学院整体水平。学生从课程的持续改进中获益,在各级软件设计大赛、创新比赛、SRTP项目等活动中获奖、评优。

参考文献:

[1]蒋欣岑,杨先凤.数据库原理及应用课程思政建设[J].计算机教育,2023(10):57-62.

[2]闫蓉.混合教育背景下的数据库类课程思政教学探索[J].计算机教育,2023(06):17-22.

[3]薛淑敏.新工科背景下数据库教学模式改革与研究[J].科技风,2023(07):116-118.

[4]肖海蓉.数据库原理混合式教学过程数据分析与教学启示[J].计算机教育,2023(01):184-189+194.

[5]王靖,张洪波,丁卫颖.大数据时代数据库原理教程的教学模式探索[J].成才,2022(16):79-80.

[6]刘哲,宋余庆,谢从华,等.基于联邦学习的数据库系统原理课程混合式教学模式探索[J].计算机教育,2022(08):103-107.

[7]姜季春,马丹.基于过程化考核的数据库原理课程改革与实践[J].科技视界,2022(04):42-45.

基金项目:河南科技大学校级教育教学改革研究与实践项目(2021BK175)

作者简介:郑林涛(1977—),男,河南洛阳人,副教授,研究方向为数字图像处理;俞卫华(1979—),女,河南洛阳人,讲师,研究方向为数字图像处理;董永生(1979—),男,河南新乡人,教授,研究方向为数字图像处理;杨春蕾(1980—),女,河南开封人,副教授,研究方向为数字图像处理。