以工程實(shí)踐能力提升為導(dǎo)向的“數(shù)據(jù)庫”課程改革

［摘 要］ 工程教育認(rèn)證的基本理念是以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向。為切實(shí)提高學(xué)員“數(shù)據(jù)庫”課程的工程實(shí)踐能力，針對(duì)課程案例式教學(xué)中不同章節(jié)案例相互割裂的問題，構(gòu)建了貫通式教學(xué)案例庫，并開展了基于混合式教學(xué)模式的貫通式案例教學(xué)實(shí)踐；針對(duì)期末綜合實(shí)踐能力考核不充分的問題，應(yīng)更加突出實(shí)踐能力培養(yǎng)導(dǎo)向。通過改變課程綜合設(shè)計(jì)的匯報(bào)方式，促使學(xué)員真正參與綜合設(shè)計(jì)工作，優(yōu)化期末理論考試的內(nèi)容與方式，更加突出對(duì)學(xué)員綜合分析與實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］ 貫通式教學(xué)案例；工程實(shí)踐能力；混合式教學(xué)模式

［基金項(xiàng)目］ 2021年度海軍工程大學(xué)教學(xué)成果立項(xiàng)培育項(xiàng)目“‘戰(zhàn)、研、教、訓(xùn)’四環(huán)相扣的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)類課程改革實(shí)踐”（海工教〔2021〕91號(hào)）

［作者簡(jiǎn)介］ 李永杰（1977—），男，河南漯河人，博士，海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事數(shù)據(jù)工程研究；郭 暉（1984—），女，河北滄州人，碩士，海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院講師（通信作者），主要從事數(shù)據(jù)工程研究；黃 穎（1986—），女，湖北洪湖人，碩士，海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院講師，主要從事軟件工程研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）03-0049-04 ［收稿日期］ 2023-01-11

引言

工程教育認(rèn)證的基本理念是以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向。它從理論素養(yǎng)、實(shí)踐能力和個(gè)人素養(yǎng)三個(gè)方面對(duì)人才培養(yǎng)提出了新要求，要求在教與學(xué)中激發(fā)學(xué)員自主學(xué)習(xí)、有效學(xué)習(xí)，突出學(xué)員深度參與和實(shí)踐體驗(yàn)的緊密結(jié)合，因此需要探索適應(yīng)工程教育認(rèn)證的高效教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等。

“數(shù)據(jù)庫”課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程等專業(yè)核心必修課程，是一門理論與實(shí)踐并重的課程，課程實(shí)施的“目標(biāo)成果”就是工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，提升數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。各高校均在“數(shù)據(jù)庫”課程的工程實(shí)踐能力提升方面做了很多改革實(shí)踐。夏浩飛等［1］提出了基于問題解決的“數(shù)據(jù)庫”課程混合式教學(xué)模式，實(shí)踐效果良好；黃榮兵等［2］基于新工科背景，對(duì)“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”課程內(nèi)容、教學(xué)模式和考核方法等進(jìn)行了改革實(shí)踐，克服了傳統(tǒng)教學(xué)缺點(diǎn)，有效提升了課程教學(xué)效果；陳火榮等［3］提出了基于工作過程的項(xiàng)目教學(xué)法并在高職“數(shù)據(jù)庫”課程教學(xué)中進(jìn)行應(yīng)用；李偉光等［4］提出了基于“全程案例式”的“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”課程教學(xué)實(shí)踐模式，在學(xué)員學(xué)習(xí)效果與實(shí)踐能力提升方面具有積極意義。

但是，綜合分析各院校及本校“數(shù)據(jù)庫”課程教學(xué)改革實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，目前在“數(shù)據(jù)庫”課程實(shí)施中，還存在以下幾個(gè)方面的問題：案例式教學(xué)中不同章節(jié)案例相互割裂，缺少一個(gè)完整案例貫通整個(gè)教學(xué)過程，學(xué)員對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)缺少系統(tǒng)、整體的理解與認(rèn)識(shí)；在課程考核評(píng)價(jià)方面，雖然各院校都建立了相對(duì)完善的考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與辦法，但仍存在因以小組為單位的綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)考核不細(xì)致而出現(xiàn)部分學(xué)員“打醬油”的現(xiàn)象。

針對(duì)以上問題，結(jié)合海軍工程大學(xué)實(shí)際，我們開展了以工程實(shí)踐能力提高為導(dǎo)向的“數(shù)據(jù)庫”課程實(shí)施與考核實(shí)踐。

一、構(gòu)建貫通式案例教學(xué)模式

（一）構(gòu)建貫通式的課程教學(xué)案例

課程組結(jié)合承擔(dān)的科研項(xiàng)目任務(wù)及“數(shù)據(jù)庫”課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了“值班執(zhí)勤管理系統(tǒng)”“裝備維修管理系統(tǒng)”“裝備檔案管理系統(tǒng)”等貫通式教學(xué)案例，每個(gè)案例都涵蓋了“數(shù)據(jù)庫”課程主要教學(xué)內(nèi)容，包括需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建與維護(hù)、數(shù)據(jù)查詢與更新、數(shù)據(jù)庫安全性與完整性設(shè)計(jì)、系統(tǒng)功能與界面設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等。

以“裝備維修管理系統(tǒng)”為例，在教學(xué)案例設(shè)計(jì)中，按照數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法及軟件工程設(shè)計(jì)方法，完成對(duì)某部裝備維修信息系統(tǒng)從需求分析到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的全流程設(shè)計(jì)，并將課程中的數(shù)據(jù)庫基本理論知識(shí)與實(shí)踐操作融入案例對(duì)應(yīng)的部分。

1.需求分析。結(jié)合數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中的需求分析技術(shù)，按照面向過程的需求分析方法，調(diào)研“裝備維修管理系統(tǒng)”開發(fā)背景意義，給出系統(tǒng)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)可行性、技術(shù)可行性和用戶使用可行性分析；調(diào)研并分析業(yè)務(wù)需求、用戶需求、功能需求，給出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典。

2.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)合概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)，給出系統(tǒng)的分E-R圖、總E-R圖。

3.邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)合邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)，完成概念結(jié)構(gòu)向邏輯結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換；提前要求學(xué)員通過MOOC完成規(guī)范化理論內(nèi)容自學(xué)；利用規(guī)范化理論分析每個(gè)表是否存在四類問題，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)并分析、創(chuàng)建所需視圖。

4.物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)合物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)與選定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和硬件環(huán)境，在分析系統(tǒng)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上完成索引創(chuàng)建，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件、日志文件、備份文件的存放位置，給出備份策略等。

5.數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建與維護(hù)。以達(dá)夢(mèng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為平臺(tái)，利用SQL語言或相關(guān)工具完成“裝備維修管理系統(tǒng)”中數(shù)據(jù)庫、表、視圖等的創(chuàng)建、修改和刪除；使用SQL語言或達(dá)夢(mèng)數(shù)據(jù)庫備份恢復(fù)軟件，給出數(shù)據(jù)庫備份與恢復(fù)策略；結(jié)合使用的開發(fā)工具，給出SQL語言嵌入高級(jí)語言具體示例說明。

6.數(shù)據(jù)查詢與更新。結(jié)合裝備修理業(yè)務(wù)，使用SQL語言給出裝備、工程單等單表的增加、修改和刪除的語法表達(dá)，給出按照專業(yè)、裝備、單位、時(shí)間等進(jìn)行多表綜合查詢統(tǒng)計(jì)示例；結(jié)合具體開發(fā)工具C#.NET，給出SQL語言嵌入高級(jí)語言具體示例說明。

7.數(shù)據(jù)庫安全性與完整性設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫安全性設(shè)計(jì)部分重點(diǎn)針對(duì)艦員、單位裝備助理員、業(yè)務(wù)機(jī)關(guān)助理員、維修單位人員等，區(qū)分不同的專業(yè)屬性來設(shè)計(jì)不同的權(quán)限與角色，并使用SQL語言或可視化工具為不同用戶分配權(quán)限與角色，加深了學(xué)員對(duì)數(shù)據(jù)庫安全性的理解與掌握；通過創(chuàng)建視圖View限定數(shù)據(jù)訪問權(quán)限；創(chuàng)建存儲(chǔ)過程隱藏表的細(xì)節(jié)以提高安全性。

數(shù)據(jù)庫完整性設(shè)計(jì)部分除對(duì)常見的用戶自定義完整性設(shè)計(jì)外，重點(diǎn)對(duì)完整性約束命名子句、觸發(fā)器等進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，并用SQL語言進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。例如，“裝備維修管理系統(tǒng)”中利用觸發(fā)器完成新增一個(gè)工程單則自動(dòng)在工程單費(fèi)用表中增加一條該工程單對(duì)應(yīng)的工程費(fèi)用記錄，其中修理費(fèi)、工時(shí)、器材費(fèi)自動(dòng)賦值為0，工程單的修改、刪除也會(huì)對(duì)該記錄進(jìn)行修改和刪除。

8.系統(tǒng)功能與界面設(shè)計(jì)。依據(jù)概念結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能模塊結(jié)構(gòu)及模塊功能說明；分析系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程，給出核心業(yè)務(wù)流程圖；使用相關(guān)工具完成界面設(shè)計(jì)。

9.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。演示裝備維修管理系統(tǒng)，給出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)部分核心代碼，增加學(xué)員的感性認(rèn)識(shí)。

（二）基于混合式教學(xué)模式的貫通式教學(xué)案例實(shí)施

由于貫通式教學(xué)案例打破了課程教學(xué)原有內(nèi)容順序，因此不能再采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，混合式教學(xué)模式為課程教學(xué)實(shí)施提供了強(qiáng)有力的支持［5］。在課程教學(xué)實(shí)施中，以構(gòu)建的貫通式工程教學(xué)案例為基礎(chǔ)，我們開展混合式教學(xué)，教與學(xué)的過程設(shè)計(jì)如圖1所示。整個(gè)過程可分為教學(xué)裝備、案例教學(xué)實(shí)施前和案例教學(xué)實(shí)施中三個(gè)階段。

1.教學(xué)準(zhǔn)備。主要是完成工程實(shí)踐教學(xué)案例編寫，收集整理工程實(shí)踐項(xiàng)目清單，通過Educoder實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成基本驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)設(shè)置，向?qū)W員提供課程學(xué)習(xí)課件、資源及教學(xué)計(jì)劃安排等。

2.案例教學(xué)實(shí)施前。課程開始后，利用10～12個(gè)學(xué)時(shí)，組織學(xué)員通過中國大學(xué)MOOC平臺(tái)的“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論”或軍網(wǎng)夢(mèng)課平臺(tái)自建的“數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用”MOOC課程，完成對(duì)緒論、關(guān)系模型、SQL語言、安全性、完整性等數(shù)據(jù)庫基本知識(shí)的學(xué)習(xí)。按照2～3人為小組，學(xué)員自行或者按照給定范圍，選定課程綜合設(shè)計(jì)題目。教師利用MOOC平臺(tái)的交流區(qū)、微信群等對(duì)學(xué)員提出的問題進(jìn)行解答，并設(shè)置研討交流主題，組織學(xué)員參與交流討論。通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、課堂在線測(cè)試等掌握學(xué)員學(xué)習(xí)情況，之后采用講解討論方式解決難點(diǎn)內(nèi)容。

3.案例教學(xué)實(shí)施中。在教學(xué)實(shí)施中，教師按照教學(xué)實(shí)施計(jì)劃開展案例教學(xué)，組織學(xué)員提前通過MOOC課程自學(xué)后續(xù)案例設(shè)計(jì)的理論知識(shí)，并對(duì)規(guī)范化理論、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)等難點(diǎn)內(nèi)容在案例講解前進(jìn)行重點(diǎn)講解和研討。學(xué)員按照教師講解內(nèi)容與進(jìn)度，同步開展選題的設(shè)計(jì)工作。在整個(gè)設(shè)計(jì)階段，學(xué)員需進(jìn)行4次小組匯報(bào)，匯報(bào)過程中由教師與其他小組共同對(duì)每個(gè)小組的匯報(bào)進(jìn)行評(píng)議，給出意見和建議；在下一次匯報(bào)前，各小組需匯報(bào)意見建議的回饋情況；每次小組匯報(bào)時(shí)，教師采用隨機(jī)抽取小組成員的方式，避免出現(xiàn)部分學(xué)員“打醬油”的現(xiàn)象。

二、基于工程實(shí)踐能力的課程考核

在學(xué)員課程成績?cè)u(píng)定中，教師要側(cè)重對(duì)學(xué)員工程實(shí)踐能力的考核。課程成績由課程自主學(xué)習(xí)與平時(shí)表現(xiàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)與匯報(bào)、期末考核4部分組成，占比分別為5%、10%、45%和40%。我們重點(diǎn)對(duì)期末課程考核部分進(jìn)行了改革實(shí)踐。

（一）自主學(xué)習(xí)與平時(shí)表現(xiàn)

由MOOC平臺(tái)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合日常上課表現(xiàn)給出。

（二）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

主要通過Educoder實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成情況自動(dòng)判定，主要包括數(shù)據(jù)庫、表、查詢、視圖、索引、觸發(fā)器、存儲(chǔ)過程、數(shù)據(jù)庫安全、備份與恢復(fù)等基本操作，根據(jù)完成情況折算成績。

（三）綜合設(shè)計(jì)與匯報(bào)

課程安排4次項(xiàng)目小組匯報(bào)，各占比10%，由教師給出。學(xué)員可以依據(jù)分工完成相應(yīng)工作，但均需要熟悉小組內(nèi)其他成員承擔(dān)的工作。每次匯報(bào)時(shí)，教師隨機(jī)指定小組中的一名學(xué)員進(jìn)行匯報(bào)與演示，避免出現(xiàn)部分學(xué)員“打醬油”現(xiàn)象。其他小組學(xué)員均可對(duì)匯報(bào)提出問題和建議，并采取小組互評(píng)模式，進(jìn)行互相評(píng)價(jià)與打分。4次小組互評(píng)分?jǐn)?shù)折算后占總分的5%。

每個(gè)小組在匯報(bào)前，首先需要對(duì)上次匯報(bào)中教師和其他小組提出的修改意見進(jìn)行反饋和回饋。

（四）以實(shí)踐能力為導(dǎo)向的期末理論考試

期末考試采取開卷形式，不再考核死機(jī)硬背的理論知識(shí)，學(xué)員可以在考試時(shí)帶任何教材、筆記等資料，滿分100分。試卷題型為選擇題（20分）、問題分析題（20分）和綜合設(shè)計(jì)題（60分）。

1.選擇題不關(guān)注具體理論知識(shí)的考核，而是知識(shí)具體應(yīng)用，如給定兩個(gè)關(guān)系模式及主碼與外碼，給定兩組數(shù)據(jù)，判斷哪個(gè)元組違反了完整性約束等。

2.問題分析題目主要考核查詢優(yōu)化、關(guān)系規(guī)范化理論、數(shù)據(jù)庫安全、數(shù)據(jù)庫備份恢復(fù)等知識(shí)點(diǎn)，由教師給出具體的場(chǎng)景，學(xué)員對(duì)問題進(jìn)行分析并解決。如給出某單位器材管理基本業(yè)務(wù)分析介紹，給定一個(gè)關(guān)系及屬性，如器材庫存（器材編碼、器材名稱、規(guī)格型號(hào)、器材專業(yè)，調(diào)撥方式、批次時(shí)間、單價(jià)、數(shù)量），由學(xué)員分析該關(guān)系模式將會(huì)存在的問題及原因，并將該關(guān)系模式改造為滿足3NF的關(guān)系模式。

3.綜合設(shè)計(jì)題目是給出一個(gè)精簡(jiǎn)的具體應(yīng)用場(chǎng)景，如科研項(xiàng)目管理、學(xué)員公差勤務(wù)管理、教材倉庫管理等，給出初步的業(yè)務(wù)需求分析和實(shí)體集，由學(xué)員完成以下題目：（1）設(shè)計(jì)系統(tǒng)E-R圖。（2）將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式（要求達(dá)到3NF）。（3）數(shù)據(jù)庫操作：選擇某表分析其完整性約束情況，使用SQL語言完成該表的創(chuàng)建（含完主碼、外碼、CHECK約束等）及數(shù)據(jù)插入、修改、刪除等操作；給出某查詢需求，使用SQL語言創(chuàng)建視圖；給出某需求，完成存儲(chǔ)過程、觸發(fā)器創(chuàng)建等。

結(jié)語

針對(duì)教學(xué)缺少貫通式的案例及期末考核未能真正以工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向等問題，海軍工程大學(xué)在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軍事大數(shù)據(jù)工程、信息安全等專業(yè)開展以工程實(shí)踐能力提高為導(dǎo)向的“數(shù)據(jù)庫”課程實(shí)施與考核實(shí)踐，有效提升了課程實(shí)施效果。通過對(duì)畢業(yè)班次學(xué)員課程問卷調(diào)查分析，95%的學(xué)員認(rèn)為，課程改革實(shí)施對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)必需的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)具有積極意義，對(duì)后續(xù)其他專業(yè)課程學(xué)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)幫助較大。

參考文獻(xiàn)

［1］夏浩飛，嚴(yán)娟娣.基于問題解決的混合式教學(xué)模式研究與實(shí)踐：以數(shù)據(jù)庫應(yīng)用課程為［J］.計(jì)算機(jī)教育，2020（3）：157-161.

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The Database Curriculum Reform Oriented by the Improvement of Engineering Practice Ability

LI Yong-jie， GUO Hui， HUANG Ying

（School of Electronics Engineering， Naval University of Engineering， Wuhan， Hubei 430033， China）

Abstract： The basic concept of engineering education certification is student-centered and results-oriented. In order to effectively improve the training of students’ engineering practice ability in the teaching of database system course，" aiming at the problem that the teaching cases of different chapters are separated from each other in the course case teaching， a case teaching library is built and a whole process case teaching based on online and offline blended teaching model is carried out. Aiming at the problem of insufficient comprehensive practical ability assessment in the final examination， the appraise of engineering practice ability was highlighted. By changing the reporting method of comprehensive design， students can effectively participate in the whole course design. By changing the content and form of the final theory examination， the analysing and practical ability of students is cultivated.

Key words： whole process case teaching; engineering practice ability; blended teaching model