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摘要：在分析新工科建设研究与实践要求和大数据背景下数据库系统课程教学现状基础上，从课程内容精炼调整、课程实践教学设计、教与学过程设计与实施、全过程考核评价等几个方面对课程教学进行设计并进行实践，课程改革取得较好的效果。
关键词：新工科；工程案例；翻转课堂
本文引用格式：李永杰，等.新工科背景下数据库系统课程改革实践[J].教育现代化,2020,7(35):73-76.
Reform and Practice of Database Course under the Background of Emerging Engineering Education
LI Yong-jie，LI Hui-zhou，LV Xiao
（Naval University of Engineering,College of Electronic Engineering，Wuhan Hubei）
Abstract：Firstly,the research and practice requirement of emerging engineering education is analyzed,the current teaching situation of database system course under the background of big data is investigated.Furthermore,the course is designed and put in practice from the following aspects:the refinement and adjustment of course content,the teaching design of course practice,the design and implementation of teaching and learning process and the assessment and evaluation of the whole process.Finally,the course reform get better teaching efficiency.
Key words：Emerging engineering education;Engineering case;Flipped classroom
一 引言
新工科概念自2016年提出至今，先后达成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”，提出了人才培养新方案与工程教育改革新途径。2017年，教育部发布《关于开展新工科研究与实践项目的通知》与《新工科研究与实践项目指南》（以下简称《指南》），使新工科建设步入了实质性的执行阶段。《指南》给出了5类选题和24个项目方向，涵盖了新工科建设的各个方面，重点围绕工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系等开展研究与实践[1]。新工科研究与实践的目的是培养满足未来新产业需要、具有创新创业能力、高素质的各类交叉符合型工程技术人才。因此，突出以学生为中心的个性化人才培养及创新创业能力提高是进行新工科建设研究实践的重要组成。
数据科学与大数据专业是一个新兴的专业，全国各高校纷纷开设大数据专业，大数据专业很好地体现了新工科内涵与特点。数据库系统作为大数据专业的核心基础课程，课程建设应该结合新工科研究与实践项目的要求，从课程培养目标、课程教学内容、教学模式与方法、课程实践等方面进行改革实践。
二目前课程教学现状
数据库系统课程多年来已经形成以下基本共识：课程是一门理论与实践并重的课程，针对本科学生，主要教学目标是在理解数据库技术基本概念、原理、新技术基础上，掌握数据库设计方法与数据库编程技术，能够利用所学的程序语言，完成数据库应用系统的设计和开发，主要目标是培养DBA和数据库应用系统设计开发人员，但课程在具体实施过程中存在以下问题。
（一）课程内容发生了内涵式变化
关系型的数据库已经出现了近40年，在传统的课程教学仍是以关系数据库为主，采用的是主流关系型数据库管理系统，如Oracle、SQL Server、MySQL等，目前在数据库领域仍处于主导地位。在大数据背景下，NoSQL（Not Only SQL）数据库由于其非关系型、水平可扩展、分布式、最终一致性等特点，在大数据环境下得到了广泛的应用，MongoDB是典型代表[2]。2018年9月数据库知识网站DB-Engines给出的全球数据库排名中，MongoDB排名第五且分数在稳步增长。作为我校军事大数据专业的核心基础课程，应当在教学中融入NoSQL数据库技术。
同时，在大多数开设大数据专业的学校，包括我校的军事大数据专业，在其培养方案中都缺少软件工程课程内容，而软件工程的思想对于基于工程思维的系统开发具有重要的意义，因此应有机融合软件工程内容与方法，提高学生工程化实践能力。
（二）实践教学不能满足工程化要求
课程实践以验证型实验为主。由于受课程传统教材知识体系与学时的限制，在数据库课程实施中存在理论与实践学时分配不均、课程实践环节较为零散且以验证型为主，课程实践中教师针对某一案例数据库进行演示操作，如SQL语言、触发器、存储过程等，学生则是对演示的内容进行验证操作。课程工程实践与实际需求不匹配。虽然课程也进行了综合设计，但对综合设计的要求较低，往往是受学时和学生对编程语言掌握熟练程度限制，大部分只是提交设计报告与简单的系统原型，与应用型、工程型人才培养要求还有一定的差距[3,4]。
（三）考核评价机制有待完善
课程考核部分许多院校，包括我校也都进行了改革，如推行形成性考核机制，提高平时实践操作成绩和课程综合设计的占比，采取开卷考试且试卷提高实际问题分析考核比例，避免考核死记硬背的理论知识等。
但目前这种机制下，还存在一定的漏洞，如对开卷考试解决实际问题部分的题目质量不高、与专业联系不紧等。课程综合设计以小组为单位，对小组成员的考核不够细致，存在部分学员打酱油现象。
三 课程教学改革实践
（一）教学内容的调整
目前我校采用的是中国人民大学王珊教授主编的“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材《数据库系统概论（第5版）》，课程为60学时[5]。在课程实施过程中，从理论和实践两个方面对教材内容进行了调整和取舍，主题思想是精炼理论知识内容，调整教材内容顺序，加强数据库工程项目实践的教学案例分析与设计。
在理论教学内容方面，设置基础理论、设计与开发和新技术3个模块，各模块知识点及学时分配如表1所示。
在课程实践教学中，设置验证型实验与工程实践两类实验，实验设置如表2所示。其中验证型实验主要集中在SQL语言、数据库安全性、数据库完整性、数据库备份与恢复等章节。
工程实践对应设计与开发模块，按照小组为单位，不超过3人为一组，小组从给定选题选择或自行选题，实验涵盖了需求分析、总体设计、详细设计、系统实现、软件测试和系统维护全过程。
（二）翻转课堂与工程项目驱动教学设计
课程教学目标为提高学生的工程实践能力，在教学实施中，以科研项目《舰船装备维修管理与分析》等为教学工程案例，以翻转课堂为基本的教学实施方式。教与学的过程设计如图1所示。
1.教学准备
在教学准备阶段，主要是制定教学目标与教学大纲，对课程知识点进行梳理，编写教案、PPT和实验指导书，完成从可行性分析到系统测试各阶段的工程实践案例文档分类与汇编，整理常见的工程实践项目列表，提供基本的课程教学计划。将整理完成的资料通过微信群、网盘等形式下提前下发给学生。
2.学生自主学习
学生依据教师提供的初步学习计划安排，2-3人为1个小组，选定（自定）工程实践题目，按照教学计划安排在课前自主学习MOOC平台视频，课程采用中国大学MOOC平台的《数据库系统概论》和军网梦课平台自建的《数据库技术及应用》MOOC课程进行课程自主学习，利用MOOC平台的交流区对学生提出的问题进行解答，并不定期设置研讨交流主题，组织学生参与交流讨论。
3.重难点讲解及实践演示
在课程教学中，不再针对每个知识点进行详细讲解，而是对重难点和学生在自主学习过程提问较多的部分进行讲解，并对关键的课程实践内容，如完整性约束、连接查询、嵌套查询、存储过程、数据库安全、MongoDB基本操作等内容进行演示。
4.实验验证
学生对表1中给出的验证型实验参照实验指导书，在MySQL数据库管理系统中进行实验验证，其中MongoDB实验在SimpleBDT大数据实验教学系统中实现。
5.工程案例讲解与演示
结合软件工程技术和数据库设计基本过程，将工程案例设计实现过程拆分为需求分析、总体设计、详细设计、系统实现、软件测试和系统维护等六个部分。将数据库基本理论知识和实践融入到每个章节中，如将用户自定义完整性、用户权限与角色、视图等融入到工程案例的详细设计中讲解和演示。
6.项目分析、设计、实现
工程案例每个阶段讲解完毕后，学生依据选定的工程项目，按照给定要求完成分析、设计、系统实现、系统测试等各阶段工作。
7.小组汇报
以小组为单位对完成的工程项目阶段性工作进行汇报，在课程实施中共设置3次小组汇报，分别在需求分析、详细设计和系统实现与测试三个阶段完成后进行。
8.讨论和评价
在教师的指导下，针对各小组的汇报，组织全体学生参与讨论，分析存在的问题，给出改进建议及参考解决方案，并对学生实践结果进行考核评价。
9.归纳总结
教师对课程知识点及在项目实施中的应用进行归纳总结，对各小组工程项目实施过程中共性问题再次进行讲解，给出完善系统的意见。
10.修改、完善
各小组对项目进行修改、完善，并提交设计文档和系统。
（三）全过程考核评价
学生的课程成绩组成包括课程自主学习与平时表现、小组汇报、学生互评及期末考核4部分组成，占比分别为10%、45%、5%和40%。
1.采用全过程考核评价机制
自主学习与平时表现成绩由MOOC平台统计并结合参与日常讨论活跃度给出。3次项目小组汇报各占比15%，教员每次随机指定一名学生进行汇报与演示，避免打酱油现象，同一小组的组员依据汇报情况其分值也会不同。同时，采取学生互评模式，每名学生对其他学生的汇报与演示进行打分，占比5%。
2.改变期末考试模式
期末考试采取开卷形式，学生可以在考试时带任何纸质资料，试卷不再考核死机硬背的理论知识，题型为问题分析（20分）和综合设计（80分）。其中问题分析题目主要考核查询优化、关系规范化理论等知识点，综合设计是给出一个具体的应用，如人寿保险、装备器材管理、医院门诊等具体场景，考核涵盖概念结构设计、逻辑结构设计、SQL语言、完整性约束、存储过程等知识点。
四 结语
在分析新工科建设的要求基础上，分析了大数据专业数据库系统课程的教学现状和存在的问题，提出了课程教学改革措施并进行了实践，取得了以下效果。
（一）改变了学生的学习方式
完成了由灌输式教学到自主学习的转变。学生通过MOOC提前学习基本的理论知识，依据教师下发的实验指导书能够自主完成验证型的基础实验，通过下发的项目实施方案和系统实现代码能够对项目开发流程有初步的认识。通过教师对重难点及工程案例的讲解和演示，学生对课程各知识点的理解和掌握得到较大提升。
（二）提升了工程实践与创新能力
采用工程实践教学模式，学生参与具体的工程设计与开发，对工程应用问题的复杂性有了足够的认识，提高了学生的学习兴趣，在消化吸收理论知识基础上，提升了工程实践能力。通过数据库新技术及应用的学习与实践，拓展学生视野，对创新能力培养具有积极意义。
参考文献
[1]林健.深入扎实推进新工科建设——新工科研究与实践项目的组织和实施[J].高等工程教育研究，2017(10):18-31.
[2]张泽泉译.MongoDB游记之轻松入门到进阶[M].北京：清华大学出版社，2017.
[3]黄荣兵等.“新工科”背景下数据库系统课程教学改革路径研究[J].教育与教学研究，2019(02):27-36.
[4]李伟光,孙沫丽.基于“全程案例式”教学的数据库系统课程教学改革研究[J].计算机教育，2017(12):65-68.
[5]王珊.数据库系统概论（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2014.09.
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