新工科下的數(shù)據(jù)庫原理課程改革建設(shè)

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摘要：數(shù)據(jù)庫原理課程是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的主干課程，是大型軟件開發(fā)的核心技術(shù)。從新工科背景下對(duì)本校計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)的新要求出發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)庫原理課程的教學(xué)目標(biāo)定位、教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建、教學(xué)模式實(shí)施以及教學(xué)質(zhì)量考核方式進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的改革建設(shè)思路和方法，以促進(jìn)課程教學(xué)與時(shí)俱進(jìn)，適應(yīng)新時(shí)期的人才培養(yǎng)需求。

關(guān)鍵詞：新工科；數(shù)據(jù)庫原理課程；教學(xué)改革建設(shè)；計(jì)算機(jī)類專業(yè)

“新工科建設(shè)”是在以信息技術(shù)為主導(dǎo)的新一輪產(chǎn)業(yè)變革的背景下產(chǎn)生的，目的是在“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”基礎(chǔ)上持續(xù)深化工程教育改革，以通過多學(xué)科交融、多主體參與的方式培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力、學(xué)習(xí)能力、溝通管理能力及國家情懷等這些在新經(jīng)濟(jì)環(huán)境下的核心競(jìng)爭(zhēng)力[1]。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是支撐新經(jīng)濟(jì)社會(huì)的核心技術(shù)之一，未來社會(huì)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)管理能力的需求會(huì)不斷增強(qiáng)，對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言，培養(yǎng)具有科學(xué)的數(shù)據(jù)管理思維和工程能力顯得非常重要。數(shù)據(jù)庫原理課程是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的核心課程，是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)管理思維的基石。新工科背景下建設(shè)好該課程，對(duì)建立科學(xué)的數(shù)據(jù)管理思維，培養(yǎng)學(xué)生解決未知領(lǐng)域復(fù)雜數(shù)據(jù)工程問題的能力具有重要的意義。本文基于北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)要求，結(jié)合目前數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展情況，從數(shù)據(jù)庫原理課程的教學(xué)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、教學(xué)模式以及考核方式等方面對(duì)該課程的改革建設(shè)思路進(jìn)行了探索。

1課程目標(biāo)的設(shè)置

北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)致力于培養(yǎng)適應(yīng)國家和京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)和社會(huì)發(fā)展需要，具備復(fù)雜計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、應(yīng)用能力的工程應(yīng)用型人才。在新經(jīng)濟(jì)時(shí)代，隨著物聯(lián)網(wǎng)及智慧城市建設(shè)的不斷深入，對(duì)大量復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的組織和管理是信息領(lǐng)域面臨的重要問題。因此，對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言，擁有未知領(lǐng)域復(fù)雜數(shù)據(jù)的組織、管理能力顯得尤為緊迫，這也是新工科背景下對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的新要求。為達(dá)到這一要求，需要對(duì)數(shù)據(jù)庫原理課程的目標(biāo)進(jìn)行重新定位。數(shù)據(jù)庫原理課程對(duì)學(xué)生的工程知識(shí)、學(xué)科素養(yǎng)和設(shè)計(jì)開發(fā)等能力有著重要的支撐作用[2]。在工程知識(shí)方面，要培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)據(jù)組織的基本理論，能對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行正確的表達(dá)，理解數(shù)據(jù)操作的理論依據(jù)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)；在學(xué)科素養(yǎng)方面，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)庫建模的思維與方法，能夠針對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)模型的抽象，并通過邏輯推理等方法進(jìn)行模型的評(píng)價(jià)和優(yōu)化，依據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境對(duì)建模中的冗余和效率問題進(jìn)行識(shí)別、分析及正確處理；在設(shè)計(jì)開發(fā)方面，培養(yǎng)學(xué)生掌握基于數(shù)據(jù)庫的復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和模式結(jié)構(gòu)，建立需求驅(qū)動(dòng)的理念并掌握完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)過程，能夠利用所學(xué)知識(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比平衡，并選擇合適的DBMS和語言進(jìn)行數(shù)據(jù)庫及相關(guān)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。基于此，數(shù)據(jù)原理課程將培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)據(jù)的抽象建模思維、邏輯推理能力、復(fù)雜數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施、基于應(yīng)用的評(píng)價(jià)與優(yōu)化等工程能力，這也是本專業(yè)必須達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)。

2教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建

目前數(shù)據(jù)庫原理課程主要以關(guān)系理論為核心內(nèi)容，但是隨著應(yīng)用需求的變化、數(shù)據(jù)類型的擴(kuò)展和數(shù)據(jù)量的劇增，出現(xiàn)了許多新的數(shù)據(jù)模型，如xml模型，同時(shí)也出現(xiàn)了許多新的數(shù)據(jù)管理技術(shù)和系統(tǒng)，如nosql等。它們有自己的數(shù)據(jù)組織方式和操作方法，適用于不同的領(lǐng)域。從與時(shí)俱進(jìn)的角度出發(fā)，課程內(nèi)容需要根據(jù)這些變化進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。首先，在分析目前數(shù)據(jù)管理理論和技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，以關(guān)系理論為核心提煉總結(jié)主要的理論與技術(shù)框架，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展，將數(shù)據(jù)管理理論從適用于結(jié)構(gòu)化的集合論向適用于非結(jié)構(gòu)化的相關(guān)理論擴(kuò)充，如可擴(kuò)展xml模型的基本思想及運(yùn)算理論、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)組織的基本思路和方法等，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的數(shù)據(jù)管理思維和面對(duì)未知領(lǐng)域的創(chuàng)新思維意識(shí)，這一點(diǎn)對(duì)于奠定數(shù)據(jù)組織與管理的理論基礎(chǔ)，提高數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域的學(xué)科素養(yǎng)有促進(jìn)作用。其次，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方面，在以“需求分析→概念模型→邏輯模型”為主要思路的基礎(chǔ)上，適當(dāng)擴(kuò)展復(fù)雜數(shù)據(jù)建模的相關(guān)方法，并引導(dǎo)學(xué)生建立以需求為中心的工程意識(shí)，培養(yǎng)方法運(yùn)用的能力和解決未知問題的思維意識(shí)。最后，在數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)方面，在sql的基礎(chǔ)上適當(dāng)擴(kuò)展其他數(shù)據(jù)庫或存儲(chǔ)機(jī)制的定義和查詢操作，以擴(kuò)展學(xué)生的視野，了解目前數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域的主流技術(shù)和工具的應(yīng)用情況。

3教學(xué)模式的改革

教學(xué)模式改革是新工科背景下培養(yǎng)高水平工程科技人才的必然途徑。由于新經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下對(duì)人才能力的要求越來越高，因此要求教學(xué)模式的改革要從“知識(shí)傳授”向“能力培養(yǎng)”轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)庫原理課程的教學(xué)改革尤其要體現(xiàn)這一點(diǎn)。為達(dá)到這一目標(biāo)，可以從以下幾個(gè)方面出發(fā)：

3.1以課堂為平臺(tái)推進(jìn)教學(xué)模式改革

此項(xiàng)改革主要解決兩個(gè)問題：一是根據(jù)數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的知識(shí)特征確定以何種方式將知識(shí)傳遞給學(xué)生；二是隨著知識(shí)內(nèi)容的增加和基本要求的提高，如何解決有限的課時(shí)量與較高的課程目標(biāo)之間的矛盾。為此，需要充分研究互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和在線教學(xué)平臺(tái)、教學(xué)工具的作用，掌握這些在線學(xué)習(xí)平臺(tái)和教學(xué)工具在人才培養(yǎng)中的長(zhǎng)處，并在此基礎(chǔ)上對(duì)課程的內(nèi)容、知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)地梳理，分析其特征，研究不同內(nèi)容的不同學(xué)習(xí)方式。充分利用在線教學(xué)平臺(tái)制作在線課程和相關(guān)資源，通過合理設(shè)計(jì)線上和線下結(jié)合的教學(xué)方式，發(fā)揮教師的引導(dǎo)性，激發(fā)學(xué)生利用線上資源擴(kuò)充知識(shí)的主動(dòng)性，從而既培養(yǎng)學(xué)生的自我探究和學(xué)習(xí)能力，又解決了課時(shí)的有限性和知識(shí)的無限性間的矛盾，這也是未來教學(xué)和學(xué)習(xí)模式的發(fā)展趨勢(shì)。

3.2深化校企合作

改革實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)新形勢(shì)下學(xué)生的工程能力主要體現(xiàn)在能夠靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，創(chuàng)新性地解決未知、復(fù)雜系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織問題。為此，實(shí)踐環(huán)節(jié)需要在實(shí)踐內(nèi)容的深度、廣度、系統(tǒng)性、復(fù)雜性和先進(jìn)性等方面加強(qiáng)建設(shè)，而深化校企合作，通過產(chǎn)學(xué)協(xié)同育人的方式是實(shí)現(xiàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)的根本途徑[3]。具體而言可以通過兩方面的合作改革實(shí)踐環(huán)節(jié)的建設(shè)：第一，引入企業(yè)已有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)項(xiàng)目，并對(duì)其進(jìn)行研究、梳理，將知識(shí)穿插、融合、擴(kuò)充形成完整而利于實(shí)踐教學(xué)的案例。這樣的案例具有很強(qiáng)的實(shí)用性，有利于拉近理論與實(shí)際的距離，學(xué)生易于接受。同時(shí)學(xué)生通過實(shí)踐能夠掌握數(shù)據(jù)庫從設(shè)計(jì)到實(shí)施的完整過程，能充分理解其中具有一定復(fù)雜性和矛盾性的關(guān)鍵問題求解，并通過實(shí)際應(yīng)用建立數(shù)據(jù)安全意識(shí)并明確自身的責(zé)任。第二，在實(shí)踐環(huán)節(jié)中引入企業(yè)在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的先進(jìn)理念、先進(jìn)技術(shù)和主流工具，從而使學(xué)生能夠?qū)W習(xí)當(dāng)前企業(yè)的研究方向、發(fā)展理念和主流工具的使用方法，激發(fā)其主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，有效培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的工程能力和工程意識(shí)。

4建立科學(xué)的考核機(jī)制

數(shù)據(jù)庫原理課程對(duì)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)、工程知識(shí)、創(chuàng)新實(shí)踐等多方面能力的培養(yǎng)起重要的支撐作用，以往的基于一紙?jiān)嚲砘颉霸嚲?實(shí)驗(yàn)結(jié)果”的考核方式無法體現(xiàn)對(duì)這些能力培養(yǎng)情況的評(píng)價(jià)，因此需要從多角度出發(fā)，對(duì)課程學(xué)習(xí)效果構(gòu)建精細(xì)化、過程化的評(píng)價(jià)體系，以確保學(xué)生學(xué)習(xí)后能夠達(dá)到課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)。從考核內(nèi)容來看，注重基本概念、基本理論和基本方法掌握情況的考核已經(jīng)不再適用新工科時(shí)代對(duì)學(xué)生能力要求的評(píng)價(jià)。新工科時(shí)代需要重點(diǎn)考查復(fù)雜數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程中知識(shí)的運(yùn)用能力、關(guān)鍵問題解決方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、面對(duì)多因素沖突問題求解的工程思維和工程意識(shí)，如冗余與效率、簡(jiǎn)單與復(fù)雜、關(guān)系代數(shù)與sql表達(dá)查詢的優(yōu)化意識(shí)等，因此對(duì)于考核內(nèi)容的深度和復(fù)雜度方面要進(jìn)行擴(kuò)充。為此，在考題的形式上選擇、填空、簡(jiǎn)答等客觀題的比例要大幅減少，甚至可以沒有，要擴(kuò)大與實(shí)際結(jié)合緊密的、蘊(yùn)含理論與方法的、體現(xiàn)工程能力素質(zhì)的試題。對(duì)于實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容要求也必須具有一定的復(fù)雜度。從考核形式來看，要對(duì)“試卷+實(shí)驗(yàn)結(jié)果”的兩元評(píng)價(jià)進(jìn)行擴(kuò)展，基于課程的目標(biāo)要將學(xué)習(xí)過程中體現(xiàn)學(xué)生能力培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)都計(jì)入評(píng)價(jià)，建立多元化、過程化、可追溯的評(píng)價(jià)體系。這些環(huán)節(jié)包括參與教學(xué)活動(dòng)的積極程度，主動(dòng)解決問題的次數(shù)和正確率，實(shí)踐過程中設(shè)計(jì)解決方案的積極程度，選題的復(fù)雜程度，課題完成的完整性和創(chuàng)新性，幫助他人解決問題的意愿和水平，實(shí)踐總結(jié)及答辯效果等。把這些環(huán)節(jié)與筆試成績(jī)相結(jié)合，可構(gòu)成一個(gè)能綜合評(píng)價(jià)學(xué)生所獲得的數(shù)據(jù)庫基本原理知識(shí)、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)工程意識(shí)、合作交流能力、指導(dǎo)能力、總結(jié)表達(dá)能力的多元化、過程化的評(píng)價(jià)體系。

5結(jié)語

新工科是在新的歷史發(fā)展階段對(duì)高等教育提出的新要求。“新工科建設(shè)”要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教深度融合、改革教育教學(xué)機(jī)制。在新工科的發(fā)展框架下數(shù)據(jù)庫原理課程建設(shè)要體現(xiàn)技術(shù)發(fā)展需求及對(duì)人才培養(yǎng)的核心支撐。本文針對(duì)新工科背景下數(shù)據(jù)庫原理課程的改革建設(shè)進(jìn)行探索，對(duì)課程目標(biāo)定位、內(nèi)容構(gòu)建、教學(xué)模式以及考核評(píng)價(jià)機(jī)制提出新的建設(shè)構(gòu)想，以使該課程能緊密結(jié)合時(shí)代需求，滿足專業(yè)人才的培養(yǎng)需要。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣宗禮,姜守旭.發(fā)揮本科教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)新工科建設(shè)的推動(dòng)作用[J].中國大學(xué)教學(xué),2018(1):41-45.

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作者：杜金蓮 趙文兵 金雪云 單位：北京工業(yè)大學(xué)