“數(shù)據(jù)庫原理及應用”實驗模塊的組織原則與教學實踐

黃德才　龔衛(wèi)華

文章編號：1672-5913(2009)10-0169-03

摘要：針對“數(shù)據(jù)庫原理及應用”課程傳統(tǒng)實驗內容和模塊組織存在的不足，本文提出了實驗改革的目標、實驗內容和模塊組織的“協(xié)調性、多樣性、趣味性、創(chuàng)新性和實用性”原則，給出了一個新的實驗方案和模塊組織結構，以及教學實踐的效果體會。實驗教學結果表明，這種實驗模塊組織方法有利于提高理論教學和實驗教學的效率和效果，對提高學生自主獲取知識能力和創(chuàng)新能力有積極的作用，對其他高校同類課程的建設和實驗教學改革有一定參考價值。

關鍵詞：數(shù)據(jù)庫；實驗模塊；實驗改革；課程建設

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1問題的提出

數(shù)據(jù)庫技術是計算機科學與技術中發(fā)展最為迅速的領域之一。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)同操作系統(tǒng)一樣，已成為各種應用系統(tǒng)開發(fā)的核心技術和重要基礎平臺，因此，“數(shù)據(jù)庫原理及應用”課程已成為各類高校許多專業(yè)的必修課，更是計算機專業(yè)本科生的核心主干課程。通過這門課程的開設和教學，力圖使學生能夠正確理解數(shù)據(jù)庫的發(fā)展歷史和基本原理，熟練掌握數(shù)據(jù)庫的設計方法和應用技術等。

雖然數(shù)據(jù)庫作為一門學科的研究范圍十分廣泛，但對于絕大多數(shù)計算機專業(yè)的本科生，學習數(shù)據(jù)庫課程的主要目的或者說畢業(yè)后的主要就業(yè)渠道，就是應用現(xiàn)有的商品化DBMS和開發(fā)工具，設計和開發(fā)面向各種實際問題的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)，因為大部分IT企業(yè)和用人單位需要的是工程型應用人才。因此，為了實現(xiàn)培養(yǎng)大學生實踐能力和創(chuàng)新意識培養(yǎng)的目標，課程實驗內容和模塊組織方案也就顯得十分的基礎和重要。

雖然我?！皵?shù)據(jù)庫原理及應用”課程的教學計劃中安排了課內實驗和為期1-2周的大型實驗，但由于實驗方案陳舊，內容單一，且理論教學基本上按照“理論-實踐-理論”的順序進行組織和教學，加之數(shù)據(jù)庫原理知識理論比較抽象，導致學生在理論知識學習階段感覺被動乏味、理解困難，而當進入數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)大型實驗階段后，又感到系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設計等實踐工作無從下手，致使實踐與理論之間嚴重脫節(jié)，也導致教學質量難于提高。

由于計算機新理論、新方法的不斷涌現(xiàn)，計算機專業(yè)培養(yǎng)計劃中的課程數(shù)不斷增多，且因總教學時數(shù)的限制，許多專業(yè)課程的教學時數(shù)逐年下降。從2001年起，我?！皵?shù)據(jù)庫原理及應用”課程的教學課時數(shù)已經減少到48學時(含課內實驗8學時)，但數(shù)據(jù)庫原理及應用課程涉及的知識卻更加豐富，導致理論和實踐教學中存在的問題和矛盾更加突出。因此，如何科學地選擇實驗內容、組織實驗模塊，培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，總體上提高教學質量，成為我校該課程實驗教學改革的核心任務之一。

2改革目標與模塊組織原則

“數(shù)據(jù)庫原理及應用”的實驗教學不僅是計算機專業(yè)人才培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)，更是社會用人單位對畢業(yè)生實踐動手能力的強烈要求。因此，“數(shù)據(jù)庫原理及應用”課程實驗改革的目標就是在不增加現(xiàn)有教學課時的前提下，不僅要幫助學生真正理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的原理，熟練掌握某種商品化DBMS的安裝、配置、常用工具和SQL語言的具體使用方法等基本技術，還要提高學生綜合運用課程知識，能夠使他們在給定用戶需求的情況下，具備主要通過獨立思考和分析研究，完成一個簡單的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的需求分析、系統(tǒng)設計和開發(fā)任務等數(shù)據(jù)庫知識綜合應用和創(chuàng)新的能力。

雖然實驗教學改革包括多個層次和許多內容，但實驗內容的選擇以及實驗模塊的組織方法卻是決定實驗效果的關鍵，因此，我們不僅要求實驗教學內容完全體現(xiàn)培養(yǎng)目標、教學計劃和課程體系，而且要求實驗模塊的組織方法能夠體現(xiàn)先進的實驗教學思想，提高實驗教學質量。因為學生在“數(shù)據(jù)庫原理及應用”課程中產生的學習困難，首先來自于他們對所學知識缺乏必要的感性認識，因而，我們在文獻[4]中提出了“實踐-理論-再實踐-再理論”的“雙循環(huán)”教學思想，即用“先實踐后理論”的方法把根據(jù)理論知識需求精心設計的實驗實踐環(huán)節(jié)與理論教學相融合，以實驗實踐教學來促進理論知識的學習，解決學生的認知困難。故實驗模塊的選擇和組織應該遵循以下原則。

(1) 協(xié)調性原則：主要指實驗教學內容、實驗教學時間和實驗教學節(jié)奏必須與理論教學的內容、時間和節(jié)奏協(xié)調一致，以及實驗模塊與模塊之間的協(xié)調性。因為實驗教學內容雖然是一個相對獨立的完整體系，但它畢竟是總體教學計劃的一個部分，必須與理論教學體系有機結合。特別是課內實驗，更應該與理論教學內容緊密結合，重點在于使學生加深對理論的理解，掌握其中的基本技術和方法，解決其中的基本問題。

(2) 多樣性原則：指實驗類型和實驗要求的多樣性?！皵?shù)據(jù)庫原理及應用”的實驗模塊中應該包括演示型、驗證型、操作型、綜合型和設計型等多種類型的實驗模塊，而且應該根據(jù)不同實驗類型提出不同的要求，包括實驗時間、地點和考核等的不同要求。比如，演示性實驗和驗證性實驗課不進行考核；一部分綜合性實驗可要求學生在實驗課內完成，另一部分可以在課堂教學結束后由學生自主完成等。

(3) 趣味性原則：指實驗內容和模塊的組織結構應盡可能地引起學生的學習興趣，特別是對數(shù)據(jù)庫原理知識的學習興趣。比如，可以通過一些演示型或驗證型實驗引導出對數(shù)據(jù)庫理論知識的需求和學習興趣，在講授和學習新的理論知識后，再引入新的實驗并導出對數(shù)據(jù)庫理論知識的進一步需求，這樣“實踐-理論-再實踐-再理論”的不斷循環(huán)往復以至無窮，使實踐和認識的每一次循環(huán)內容，都進到了比較高一級的程度。

(4) 創(chuàng)新性原則：指實驗模塊的設計不僅要求涵蓋教學計劃規(guī)定的所有知識，培養(yǎng)學生的基本實踐動手能力，更重要的是還要培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。因為知識雖然使我們能夠站在“巨人”的肩膀上，但只有通過實踐，才使我們能夠用智慧的大腦，練就一雙靈巧的手去開創(chuàng)一個嶄新的世界，因此，在一些綜合型和設計型的實驗模塊中應該增加一些集成創(chuàng)新的實驗內容和要求。

(5) 實用性原則：指實驗應盡可能地與實際問題緊密結合，使實驗內容來源于實際應用需求，且實驗結果也有一定的實用性，因為實用性也是激發(fā)學生學習興趣的有效方法之一。當然，對一些驗證數(shù)據(jù)庫原理知識正確性的模塊也不一定非要有實際應用價值。

3實驗模塊組織

根據(jù)實驗教學改革的目標、實驗內容和模塊組織的“協(xié)調性、多樣性、趣味性、創(chuàng)新性和實用性”原則，以學生為中心，教師為主導的“實踐-理論-再實踐-再理論”的“雙循環(huán)”教學思想，我們將實驗內容和模塊進行了科學的劃分和合理的組織。各實驗模塊的類型、內容和要求如表1所示。

4應用實踐與效果

根據(jù)以上實驗模塊組織順序和時間安排，在理論教學中結合以“需求”為導向的教學方法，即在理論教學的第一堂課就以演示“一個完整的微型數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)”(1#模塊實驗)開始，簡單說明這個系統(tǒng)運行所涉及的用戶、應用軟件案、DBMS、OS和計算機硬件等五個基本部分，引起學生對一個數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)構成和開發(fā)的好奇心，由此提出對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)的需求；在對SQL Server的安裝和配置，SQL 語言應用88例和常用工具等(2,3,4#模塊實驗)的操作使用過程中，又引起對DBMS本身的好奇心，進而提出對數(shù)據(jù)模型、關系代數(shù)、模式規(guī)范化、數(shù)據(jù)庫安全與保護、數(shù)據(jù)庫設計與實施等數(shù)據(jù)庫理論的需求；理論知識的豐富和SQL語言操作的熟練，特別是按照開發(fā)指南完成“一個完整的微型數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)”(5#模塊實驗)的開發(fā)之后，就為學生獨立開展數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的分析、設計與開發(fā)打下了很好的實踐基礎，同時學生也產生自主開發(fā)數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的沖動，適時地提出數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)大型實驗要求并安排實施時間，使學生在接受任務時就顯得非常輕松自然。同時，在大型實驗安排和理論教學中進一步指出，課堂上介紹的演示系統(tǒng)和大型實驗要求的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)并不能完全滿足現(xiàn)實世界的各種實際需要，從而對數(shù)據(jù)庫理論的進一步發(fā)展提出了新的需求；恰當?shù)匾牒徒榻B面向對象數(shù)據(jù)庫、分布式數(shù)據(jù)庫、嵌入式數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘等一些數(shù)據(jù)庫理論中的新發(fā)展和新知識，不僅為學生開啟了多個觀看數(shù)據(jù)庫星空的窗口，并為有興趣繼續(xù)學習和研究數(shù)據(jù)庫理論、技術和方法的學生指出了可供選擇的學習方向。

實驗模塊4中的10個實驗不僅具有相對獨立性，而且還有一定的創(chuàng)新要求。通過課內實驗和課外實驗，學生體會并掌握了數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建和標準SQL命令的使用，鞏固了理論教學知識和內容，并提出對數(shù)據(jù)庫理論的學習需求，使后續(xù)的原理教學變得輕松自如，達到事半功倍的效果，整體上提高了教學質量。

多數(shù)學生反映，通過課內實驗和課外實驗環(huán)節(jié)，使自己感覺數(shù)據(jù)庫原理知識有了實實在在的載體，不再是霧里看花，理論知識變得不僅理解容易，而且記得牢靠，并為學習數(shù)據(jù)庫設計和數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)開發(fā)打下了很好的實踐基礎。

單獨開課的大型實驗，體現(xiàn)了知識的綜合性、探索性和創(chuàng)新性。要求學生綜合運用課程中所學的知識，在給定用戶基本數(shù)據(jù)需求的情況下，主要通過獨立思考和研究，完成一個簡單的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的分析、設計和開發(fā)任務。因此，通過大型實驗教學，加深了學生對理論知識的理解，從整體上提高了學生分析、解決問題的能力以及數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的開發(fā)和創(chuàng)新能力。

多數(shù)學生反映，通過數(shù)據(jù)庫應用大型實驗，加深了對數(shù)據(jù)庫基本原理和數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)開發(fā)方法的理解。許多學生不僅應用數(shù)據(jù)庫原理及應用知識，參加了學校的“運河杯”科技創(chuàng)新競賽項目，并取得了較好成績，有些學生還參與學院教師組織的數(shù)據(jù)庫應用方面的科研項目或獨立對外承擔企事業(yè)單位的小型數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的開發(fā)任務。

總之，這種以“需求”為導向，實驗教學與理論教學協(xié)調一致的實驗教學方法，受到學生的極大歡迎。學生不僅課內積極認真進行實驗，課后也不斷地進行深入鉆研和探討，撰寫實驗報告。通過這些實踐的鍛煉，學生對數(shù)據(jù)庫理論知識的學習積極性得到空前提高，大大提高了學生的實際動手能力和創(chuàng)新能力。上學期在教務處組織的學評教評分活動中，本課程所有任課教師的得分都是優(yōu)秀。

5結束語

在“數(shù)據(jù)庫原理及應用”課程實驗教學改革上，不僅提出了明確的改革目標，還提出了實驗模塊內容選擇和模塊組織的“協(xié)調性、多樣性、趣味性、創(chuàng)新性和實用性”原則，依照以“需求”導向的“實踐-理論-再實踐-再理論”的“雙循環(huán)”教學思想開展實驗教學，提高了學生對數(shù)據(jù)庫理論知識學習和實踐操作的積極性，使教育質量整體上得到很大提高，其方法對國內高校同類課程的建設和實驗教學改革有一定參考價值。該課程被評為2007年浙江省精品課程。今后，我們還將在已有教學改革、實驗改革成果的基礎上，進一步完善理論教學和實驗教學的考核方式，進一步提高了學生自主獲取知識能力和創(chuàng)新能力，并在浙江省精品課程建設項目的資助下，向國家精品課程“一流教師隊伍、一流教學內容、一流教學方法、一流教材、一流教學管理”的目標邁進。

參考文獻：

[1] 孟小峰,周龍驥,王珊. 數(shù)據(jù)庫技術發(fā)展趨勢[J]. 軟件學報,2004,15(12).

[2] 黃德才. 數(shù)據(jù)庫原理及其應用教程[M]. 2版. 北京:科學出版社,2006.

[3] 教育部高等教育計算機科學與技術教學指導委員會. 高等學校計算機科學與技術專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范(試行)[M]. 北京:高等教育出版社,2006.

[4] 黃德才,陳慶章,古輝,等. 以教材建設為中心的“數(shù)據(jù)庫原理及其應用”課程改革與實踐[J].計算機教育,2008(8):139-140.