《数据库原理及其应用》课程知识模块组织与教学实践

2022-10-09

1 问题的提出

数据库技术是计算机科学与技术中发展最为迅速的领域之一。数据库管理系统 (DBMS) 同操作系统一样, 已成为各种应用系统开发的核心技术和重要基础平台, 已在计算机辅助设计、人工智能、电子商务、工农业生产、行政管理、科学研究和工程技术等诸多领域得到了广泛应用。因此, 《数据库原理及其应用》课程已经成为各类高校许多专业的必修课, 特别是计算机科学与技术本科专业的专业必修课程。通过这门课程的开设和教学, 力图使学生能够正确理解数据库的发展历史和基本原理, 熟练掌握数据库的设计方法和应用技术[1]。

数据库作为一门学科, 它的研究范围十分广泛, 但从宏观上看, 一般认为有三个主要领域:

(1) 数据库管理系统软件的研制。由于DBMS是数据库应用系统的基础, 它提供了对数据库中的数据进行存储、检索和管理的功能。因此, 研制可靠性好、效率高、功能全的DBMS始终是数据库技术的重要研究领域。特别是随着数据库应用领域的不断扩大和移动计算时代的到来, 嵌入式操作系统对微小型数据库管理系统的需求也为数据库技术开辟了新的发展空间。小型数据库管理系统 (DBMS) , 如占用内存低于50KM的超微DBMS (pico-DBMS) 、占用内存在50～300KM的微小DBMS (micro-DBMS) 和占用内存在2 M左右的嵌入式D B M S等的研制已成为数据库管理系统研究的一个新的发展方向[2]。

(2) 数据库应用系统设计与开发。在DBMS的支持下, 按照用户的需求为某一部门或组织设计和开发一个功能强、效率高、使用方便、结构优良的数据库及其配套的应用程序系统, 是数据库应用系统设计与开发的主要内容。

(3) 数据库理论研究。数据库的理论研究主要集中在关系数据库的理论研究, 近些年也开始了面向对象数据库、分布式数据库、多媒体数据库和嵌入式数据库等的理论研究, 包括数据模型、规范化理论、并发控制理论等。随着人工智能的发展, 数据仓库与数据挖掘技术 (Data Warehouse&Data Mining) 也成为数据库理论研究中的热点。

虽然数据库技术三大研究领域都非常重要, 但对于绝大多数计算机专业的学生, 特别是非重点大学的计算机专业学生来说, 学习数据库原理及其应用课程的主要目的或就业渠道, 不是去研究和开发商品化的DBMS或从事数据库理论的研究, 而是为了应用现有DBMS和数据库应用系统开发工具, 解决实际工作中的各类计算机应用问题, 因为国内大部分IT企业和用人单位需要高等学校计算机专业培养的是工程型人才[3]。因此, 非重点高等院校计算机或信息管理类专业的大学生, 在学习数据库理论与实际应用知识的时候, 不仅要掌握数据库的基本原理, 还必须懂得如何将具体的DBMS与某种客户端应用开发工具结合, 完成基于“C/S”或“B/S”结构的数据库应用系统的开发过程, 使学生具备和体会一个完整的设计经历, 才能真正理解和掌握数据库原理及应用的完整概念和知识, 为日后开发大型的综合数据库应用系统奠定坚实的基础。

然而, 传统的数据库原理及其应用教材和课程知识模块组织方式基本上按照“理论-实践-理论”的顺序进行组织和教学, 即把理论教学放在首位, 先介绍数据库的有关基本概念、E-R模型、逻辑模型等各种数据模型、三级模式、关系代数等数据库基本原理之后, 再通过例子简单介绍一下原理的应用问题, 最后介绍其它相关的理论知识。由于数据库基本原理、基本方法和基本技术的理论性强、抽象程度高, 导致学生在最初的理论知识学习阶段感觉被动乏味、兴趣低下、理解困难。而在进入在实践阶段后, 学生由于理论基础不扎实, 没有理论指导, 又感到实践无从下手, 致使实践与理论之间严重脱节, 进一步挫伤了学生的积极性, 导致教学质量下降。

此外, 随着科学技术的飞速发展, 信息科学与技术, 特别是计算机科学与技术中的新理论、新方法不断涌现, 计算机专业培养计划中的课程数目不断增多。但由于课程总教学时数的限制, 许多课程, 特别是专业课程的教学时数逐年减少。从2001年起, 我校《数据库原理及其应用》的教学课时数已经减少到48学时 (含课内实验8学时) , 但数据库原理及其应用课程涉及的知识却更加丰富, 导致教学中存在的问题和矛盾更加突出。如何培养学生的工程实践能力和创新能力, 提高教学质量, 成为本课程教学改革的首要任务。

2 教改目标与指导思想

众所周知, 面对课程与教学中存在的诸多问题, 必须通过课程建设与教学改革来解决。但由于课程建设涉及教学研究、教学模式设计、教材和教学资源建设、师资队伍建设等多个层次, 教学改革涉及教学计划、教学内容、教学方法、实验方法和考试方法等诸多具体内容。显然, 我们的课程建设与教学改革不可能在一开始就面面俱到, 一蹴而就。因此, 研究问题的解决方案、找准课程建设与教学改革的突破口便成为问题解决的关键和核心。

虽然课程建设和教学改革包括多个层次和许多内容, 但教学内容的选择以及知识模块的组织方法却是课堂教学的核心。因为教学内容是培养目标、教学计划和课程体系的完整体现, 也是课堂教学得以实施的基本保证, 而知识模块的组织方法则是先进教学思想的体现, 对于教学方法与教学手段的创新, 提高教学质量都有着非常重要的促进作用。因此, 我们以提高教学质量为目标, 把知识模块顺序方案设计作为课程建设与教学改革的第一任务。

《数据库原理及其应用》是一门理论与实践结合紧密的课程, 而马克思主义的实践论和认识论告诉我们, 理论源于实践, 又反过来指导实践, 脱离实践的理论是空洞无力的, “实践, 理论、再实践, 再理论”无限循环往复是人类认识世界的基本过程[4]。

多年的教学实践也使我们逐步认识到, 本课程所存在的各种问题, 其本质上是教学改革的指导思想问题, 即在教学和教学改革中没有处理好理论与实践的关系问题。传统方法在课程知识模块和教学过程中过分强调原理知识的完备性和系统性, 忽视了实践教学、实验方案在培养学生实践能力和创新能力中的重要作用。因此, 我们将“实践, 理论、再实践, 再理论”的“双循环”认识论思想作为知识模块组织方案设计的指导思想。

3 知识模块组织顺序

根据既定的课程建设与教学改革目标, 我们提出以学生为中心, 教师为主导的“实践-理论-再实践-再理论”的“双循环”教学思想, 将课程知识模块按照“标准SQL及应用实践 (应用) -数据管理与数据库、关系数据库模型、规范化设计理论、数据库安全与保护、数据库设计 (理论) -数据库应用系统开发 (应用) -数据库发展新技术讲座 (理论) ”的顺序精心组织, 各知识模块的教学时数分配如表1所示。

从2000年以来, 虽然我们曾选用过两种按照“理论-实践-理论”结构顺序组织的传统教材, 但我们在制定具体教学进度计划和实际教学过程中, 始终坚持按照表1所示的知识模块组织顺序进行教学实践。结果表明, 按照“实践, 理论、再实践, 再理论”的顺序对知识模块进行组织, 完全符合学生学习新知识的思维习惯, 有助于提高学生对理论知识学习的兴趣和主动性、提高教学效率和教学质量。

4 教学实践与效果

根据以上知识模块组织顺序和学时安排, 我们在具体课堂教学中又采用以“需求”为导向的教学方法, 即以应用系统的实际演示, 提出对数据库管理系统 (D B M S) 的需求, 对SQL Server的应用提出数据模型、关系代数和模式规范化等理论需求, 理论知识的完备为数据库应用系统设计与开发提出应用需求, 简单应用系统的开发成功又对理论的进一步发展提出了新的需求, 其中的10个课内实验不仅具有独立相对独立性, 而且还有一定的创新要求, 并为学生课外独立完成知识模块8指定完整数据库应用打下了很好的基础。这种以“需求”为导向的教学方法, 受到学生的极大欢迎。上学期在教务处组织的学评教评分活动中, 本课程所有任课教师的得分都超过90分。本科程的教学效果在去年学校教学督导组主持的计算机专业学生代表座谈会上也得到学生代表的一致肯定。他们在会上说, 数据库课程的教学方法使学生既感到轻松、愉快, 又学到了深刻的知识。

根据表1给出的知识模块顺序, 并在总结前几年教学实践经验的基础商, 我们编写出版了《数据库原理及其应用教程》 (科学出版社, 2006年7月第2版) 以及相应的学习指导书和电子课件。该教材已被列为“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”, 并被全国1 0多所高校选作计算机本科专业教材。同时, 《数据库原理及其应用》课程已被评为浙江省精品课程, 为该课程进一步的建设和教学改革奠定了坚实的基础。

5 结语

在《数据库原理及其应用》课程建设和教学改革上, 我们针对教学过程中存在的主要问题, 以马克思主义的实践论和认识论为指导, 以教学内容知识模块组织为第一任务, 提出了有别于传统教学过程的知识模块顺序, 实施以“需求”导向的教学方法, 提高了学生对数据库理论知识学习和实践操作的积极性, 使教育质量得到很大提高。对国内其它高校同类课程的建设和教学改革有一定参考价值。今后, 我们还将已有教学成果的基础上, 进一步完善理论教学和实验教学的考核方式, 以进一步提高了学生自主获取知识能力和创新能力, 并在浙江省精品课程建设项目的资助下, 按照国家精品课程“一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理”的目标迈进。

摘要：介绍了《数据库原理及其应用》课程的一种知识模块组织方法——“实践, 理论、再实践, 再理论”的“双循环”模块组织顺序, 学时分配方案和教学实践效果体会。教学实践表明, 这种知识模块组织方法有利于提高教学效率和教学效果, 对提高学生自主获取知识和创新能力有积极的作用, 对其它高校同类课程的建设和教学改革有一定参考价值。

关键词：教学改革,课程建设,数据库原理,数据库应用