新工科背景下基于OBE理念的数据库原理课程教学改革

［摘 要］在新工科建设的背景下，传统的数据库原理课程教学呈现出多方面的不足，难以满足新工科人才培养的要求。基于OBE理念，文章探讨了数据库原理课程教学改革：以目标为导向改革教学内容，以“核心+模块”适应不同专业需求；科教融合，引入工程案例，培养学生的工程素质；响应国产化替代需求，引入信创数据库，有效提升学生的工程素质和创新能力。这些改革措施取得了良好的效果。

［关键词］新工科；数据库原理课程；教学改革；OBE理念；信创

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）12-0037-04

新工科建设是为应对新经济的挑战而提出的重大行动计划，从服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展的高度，在“卓越工程师教育培养计划”的基础上，持续深化工程教育改革，通过多学科交叉融合、多主体参与等方式，致力于培养学生解决复杂工程问题的能力与创新能力 [1]。数据库技术是支持经济社会发展的核心技术，数据库原理课程是计算机类专业的核心课程，强调专业基础知识与实践应用能力并重。教育部发布的《新工科研究与实践项目指南》强调，建立满足产业发展需要的专业设置和动态调整机制，提升工程人才培养对国家战略和经济发展的适应性和支撑能力[2]。因此，面对新工科建设所带来的人才培养新理念和新要求，数据库原理课程应主动适应新形势，以需求变革和技术发展为导向，积极开展课程改革[3]。 在新工科建设背景下，本文以梧州学院为例，探讨应用型本科院校数据库原理课程在教学内容等方面进行的课程教学改革。

一、传统课程教学存在的不足

（一）教学内容以课程为中心，授课内容固化

在数据库教育领域，萨师煊于1983年撰写并出版了国内第一部系统阐述数据库原理、技术和理论的教材——《数据库系统概论》。这部教材在国内众多高校中得到了广泛应用，且后续出版的其他数据库教材大都参照了其内容架构，为数据库教学内容的系统化组织提供了重要指导。然而，随着信息技术的快速发展，数据库新技术层出不穷，应用场景也日益扩大，这给数据库教学带来了不小的挑战。

第一，传统的教学内容架构过于追求全面，但往往不够深入。传统的课程教学通常围绕数据库技术展开，涵盖基本理论、数据操纵、数据库安全、数据库设计、数据库程序设计、数据库管理等基本模块和步骤，旨在实现系统化的教学。但由于数据库技术知识体系庞大，且受到课时的限制，教材在教学内容的组织上往往存在内容全面但不够深入的问题，使得一些知识点只能点到为止，学生难以理解和掌握。此外，不同计算机专业对数据库学习的培养要求各不相同。例如，物联网工程专业侧重于SQL和C++的嵌入式编程，而软件工程专业则更关注JDBC编程。这种全而不精的传统教学内容难以满足不同计算机专业的培养需求。

第二，传统的教学内容以关系数据库为主。关系数据库目前仍是市场份额最大的数据库类型，如MySQL、Oracle等数据库管理系统在实际中仍被广泛应用。但随着大数据技术的兴起，NoSQL、NewSQL数据库因其在处理海量数据时展现出的显著性能优势，开始得到广泛应用。为了适应这一趋势，许多传统教材在原有的关系数据库教学内容基础上增加了对NoSQL和NewSQL的简要科普性介绍。但在实际教学中，由于课时有限，这部分内容通常被教师简略处理，鼓励学生自行阅读。

（二）教学目标与工程应用脱节

传统的数据库原理课程教学通常采用“理论+例子系统”的教学模式，通过一个简单的例子系统串联整个教学过程。例子系统虽然具有一定的实际意义，但是以示例为主，与实际的工程应用相差甚远。从数据库开发角度看，该模式缺乏基于软件工程视角的深入分析，使得学生难以系统掌握相关知识和技能。因此，学生往往只能学到零散的知识点，无法深入理解关系代数、SQL语言、规范化和数据库设计之间的逻辑关系，这导致他们缺乏解决复杂工程问题的综合能力，难以满足新工科人才培养的要求。

传统的数据库原理课程教学未能与现实工程应用需求对接。以数据库设计为例，虽然强调范式理论的重要性，但高范式在实际应用中可能引发问题。高范式意味着更多的连接运算，这些运算会大量消耗服务器资源，导致查询性能下降。特别是在数据量大或对查询效率要求高的场景中，高范式反而成为制约因素。因此，为提高查询性能，某些实际工程场景会选择将范式降低至2NF甚至1NF。同时，在高并发量的应用中，前端会承担部分完整性约束的任务，并尽量避免使用如存储过程等耗费服务器资源的程序。然而，这些实际工程应用中的注意事项在课程中却鲜有提及。

（三）教学内容不适应新时代新要求

科技自立自强是国家强盛之基、安全之要。在信息领域，信创（信息技术应用创新产业）已成为国家重点推进的改革方向。因此，高等院校肩负着为信创产业培养人才的使命[4]。信创的核心领域包括CPU、操作系统和数据库。经过多年的发展，国产数据库如华为GaussDB、阿里巴巴OceanBase和人大金仓等信创数据库产品脱颖而出，已广泛应用于各行各业，并逐渐成为机关事业单位和国企信息系统的首选。但目前部分教师在数据库教学中仍主要介绍MySQL、SqlServer等国外数据库，未能及时根据新时代的需求调整教学内容，以适应不断发展的科技趋势。

二、课程教学改革的思路

新工科的“新”主要体现在新理念、新模式和新技术上。新理念强调培养学生解决复杂工程问题的能力，新模式注重课程与实践教学的紧密结合，新技术要求加强产教和科教的深度融合[5]。为了突出以学生为中心、产出为导向的教学理念，提升学生的工程素质和创新能力，课程教学模式的改革成为新工科建设的关键环节。作为计算机类专业的核心课程，数据库原理课程需紧密契合新工科人才培养要求，对课程体系、教学内容及教学方法进行全面改革与实践，以更好地适应新时代的发展需求。

改革思路如下：为适应新时代的发展需求，遵循OBE（Outcome⁃Based Education）理念，将教学内容模块化，适应不同专业的需求；科教融合，引入实际工程案例，培养学生的工程素质和创新能力；响应国家在信息领域“自主可控”的号召，在实践教学中引入信创数据库产品，并加强课程思政，旨在培养具有家国情怀、适应新时代需求的数据库人才。

三、课程教学改革的措施

（一）以目标为导向改革教学内容，以“核心+模块”适应不同专业需求

为培养应用型人才，高校应以目标为导向，精选并构建核心教学内容，包括数据库基本理论、数据操纵技巧、数据库安全机制以及设计方法。这些内容作为各专业学习的共同基础，基于关系数据理论，旨在确保学生掌握数据库的基本知识与技能，如安全设置和备份恢复方法。一方面，学生应具备根据实际需求设计数据库的能力，如根据客户需求设计概念模型，并将其转换为关系模式，运用范式理论进行优化，从而构建出高效且合理的数据库结构。另一方面，学生需清晰理解数据库的三层模式结构，以便在应用程序设计中有效运用外模式增强安全性，并通过设计物理模式来提升数据库运行效率。

针对不同的专业人才培养目标，形成对应的教学内容模块。对于软件工程专业，以培养Java工程师为目的，适当调整了数据建模和数据库编程的教学内容，包括存储过程和JDBC等，以适应复杂工程应用的要求。对于物联网工程专业，考虑到其硬件交互较多的特点，适当调整了SQL嵌入C++编程的教学内容，以适应数据感知与采集等实际工程需求。对于数据科学与大数据技术专业，模块化地强化了Python与SQL的交互内容，并专门介绍了MongoDB等NoSQL、NewSQL数据库。在教学过程中，不同计算机专业在核心教学内容的基础上，选用不同的模块进行强化，以将OBE理念融入教学的组织与实施中，确保实现各专业的培养目标（见图1）。

（二）科教融合，引入工程案例

在教学过程中，高校应积极引入真实的项目案例，以提升学生的实践能力和工程能力。鉴于高校在服务社会过程中承接了众多横向项目，其中很多项目涉及数据库应用系统，为加强科教融合，高校应精选经典项目，提炼为数据库开发应用工程案例，并将其融入数据库教学案例及实践训练内容。实践表明，与课本中的示例相比，真实的工程案例更能激发学生的学习兴趣和动力，有助于学生更深入地理解和掌握数据库的基本知识与技能。通过实践教学，学生可运用已有的工程项目案例进行训练，亲身体验项目的实现过程，并解决遇到的问题，从而系统地掌握解决复杂工程应用问题的方法，显著提升实践能力和工程能力。

在实际开发项目中，培养良好的工程素质和创新能力是新工科人才的核心培养目标。为了达到这一目标，可以鼓励优秀学生加入教师的在研横向项目团队，参与以交付为目标的真实项目开发。这些项目往往需要多学科协同，学生在参与过程中，不仅能接受完整数据库开发周期的系统训练，还能获得多学科交叉融合的锻炼，从而逐步成为适应新工科需求、具备解决复杂工程问题能力的新工科人才。

（三）响应国产化替代需求，引入信创数据库

1.全面引入信创数据库产品

科技自立自强是国家强盛之基、安全之要。“十四五”规划首次强调了科技自立自强在国家发展中的战略支撑作用。数据库技术曾是“卡脖子”技术之一，但经过20年的自主研发，国产信创数据库取得了显著进展，尤其在金融、国防等关键领域，基本实现了国产化替代。然而，国内IT领域仍以外国数据库产品为主，信创数据库生态有待加强。因此，培养信创数据库技术人才成为数据库原理课程教学的目标，而产教融合成为实现这一目标的有效途径。梧州学院已加入了openEuler&openGauss人才发展加速计划，将数据库原理课程的实践教学平台全面更换为华为openGauss，并得到了中国—东盟信息港鲲鹏生态创新中心的大力支持。该计划提供的课程包不仅包含高质量的理论教学和实验教学内容，还包含性能调优、二次开发等高阶内容，能够使学生快速掌握openGauss，并全面提升人才培养质量。鉴于信创数据库产品多样，不同地区信创云平台采用的数据库产品有所不同。梧州学院所在区域的信创云使用人大金仓数据库，因此在实际项目的开发中，学校也将人大金仓数据库纳入培训范围。由于不同数据库产品存在较多共性，学生学习和应用转换的难度相对降低。

2.鼓励学生参与学科竞赛，以检验并增强学习效果

梧州学院积极鼓励学生使用信创数据库开发项目，并参与各类信创竞赛（如广西鲲鹏应用创新大赛），以促进学生对国产数据库产品的理解和掌握，同时公开检验培养效果。

在课程中融入信创数据库产品的时代背景和原因，通过讲解“棱镜门”、中美贸易战等事件，阐述信创数据库产品的发展历程，从而帮助学生了解我国在数据库领域从落后到逐渐发展的艰辛过程，并认识到信创数据库技术发展对于国家信息安全的重要性。同时，强调高水平科技自立自强对于全面建成社会主义现代化强国的重要意义，培养学生的家国情怀，激励学生立志成为在开发应用领域全面支持国产数据库的高素质数据库技术人才，并在国家科技自立自强中贡献自己的力量[6]，从而有效践行立德树人的时代要求。

四、结语

在数据库原理课程教学中，课程组以培养适应新工科要求的数据库技术人才为目标，遵循OBE理念，实施模块化教学，以满足不同专业的人才培养需求。通过实际工程项目训练，着重培养学生的工程素质和创新能力，并全面引入信创数据库，以适应新时代国家科技自立自强的要求。经过两年的实践，改革成效显著：一是学生的培养质量显著提升，学生的数据库相关作品在学科竞赛中屡获殊荣，获得省级一等奖及以上奖项每年超过20项，在同类院校中名列前茅。在信创竞赛如广西鲲鹏创新大赛中，学生屡获佳绩。二是学生的工程素质和创新能力也有显著提升，部分优秀学生已参与到学院的重点科研项目中，并发挥了重要作用。例如，在西江水情大数据库平台项目中，学生助力平台实现1.5亿条数据记录入库，为防洪工作和提升航运效率做出了重要贡献；在“智能显微设备研发”广西重大专项的数据采集处理等功能模块研发中，参与的学生展现了出色的工程素质和创新能力。学院鼓励学生将创新成果转化为知识产权，每年学生获得的软件著作权等知识产权数量超过10项。

总的来说，以新时代、新工科对数据库人才培养的需求为驱动，以产出为导向进行的数据库原理课程教学改革，有效地提高了学生的工程素质和创新能力，取得了良好的效果。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 杜金莲，赵文兵，金雪云.新工科背景下数据库原理课程改革建设思考[J].中国现代教育装备，2020（23）：65-67.

[2] 中华人民共和国教育部.教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知[EB/OL].（2017-06-16）[2023-12-10].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201707/t20170703_308464.html.

[3] 艾心荧，潘兆东，罗振源，等.新工科背景下基于OBE理念的土木工程制图与CAD课程群建设及改革[J].大学教育，2023（2）：62-65.

[4] 岳清，何玉洁，张良.信创背景下数据库人才培养模式研究[J].中国电力教育，2023（4）：69-70.

[5] 郭良敏，陈传明，俞庆英，等.面向新工科学生创新实践能力培养及评价探索：以软件工程专业为例[J].大学教育，2023（2）：136-138.

[6] 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

［责任编辑：梁金凤］