新工科背景下基于OBE的混合式教学模式研究与实践
——以数据库原理课程为例

陈亚睿 杨 光

（防灾科技学院，河北 廊坊 065201）

1 引言

当前，我国大力推动创新驱动发展，积极实施“互联网+”“一带一路”“中国制造2025”等重大战略。新经济的蓬勃发展，对当代工程科技人才提出了更高要求，因此迫切需要深化工程教育改革创新，建设工程教育强国，这对服务和支撑国家经济升级转型具有重大意义。

为应对新一轮科技革命和产业变革的挑战，2017年，教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，形成了“复旦共识”；同年又在天津大学召开新工科建设研讨会，明确了新工科建设的行动路线“天大行动”[1]。2017年，《新工科研究与实践项目指南》（以下简称《指南》）的正式发布，指明了新工科建设的方向、原则和重点，使新工科建设步入了实质性的执行阶段。《指南》强调，高校要根据产业发展的态势更新学校既有课程体系以及教学内容、教学方法和教学手段[2]，提升新工科教育的支撑作用[3]。数据库是支持新经济社会的核心技术之一，新工科背景下对该课程进行教育改革和探索显得尤为重要。

本文基于新工科实践项目对计算机专业人才的培养要求，结合当前数据库原理课程的教学情况，通过探索成果导向教育(Outcome based education，简称OBE)和混合式教学方法，从课程现状、课程内容设计、教学方法以及教学改进等方面对该课程的改革和实践进行了探索。

2 数据库原理课程教学现状

由于数据库原理课程的重要性，目前几乎所有高校的计算机相关专业都开设此课程，主要学习数据库的基本概念、设计理论和基本操作。在新工科人才培养的大趋势下，现有的数据库课程已不能满足新工科要求的能解决实际应用问题、行业需要的工程系列人才的培养需求，这就对数据库课程提出了具体且更高的要求，当前的教学主要存在以下问题：

2.1 课程体系传统单一

国外著名大学为了满足不同层次学生的能力培养需求，一般将课程教学划分成数据库系列课程。如斯坦福大学将课程划分为数据库导论课程、数据库系统原理课程、数据库系统实现课程、事务处理和分布式数据库课程、数据库项目课程等，课程从浅至深，逐步递进，有层次并且自成体系，将理论知识讲解和动手实验结合起来。在国内，数据库课程一般只开设数据库原理或数据库系统概论，由于课时所限，教材的概括性较强，课程体系传统单一，对工程知识的综合应用、复杂数据的管理组织、系统设计开发能力的培养较少涉及，这与新工科背景下人才培养目标没有进行有效衔接。

2.2 教学模式有待改进

当前的课堂教学多采用以教师为中心的课堂讲授模式，教师依照教材的知识体系，按照先讲授概念，再举例说明，然后上机实验的授课流程进行教学。学生根据教师的要求去完成相应的学习任务，被动地接受知识，课堂枯燥无味，学习气氛沉闷，缺乏引导学生主动思考和讨论的过程，制约了学习主动性的发挥，影响整体教学效果。实验环节的教学则主要是对课堂演示的内容进行验证操作，与应用型、工程型人才培养要求还有一定的差距[4]。

2.3 不能达到以成果为导向的新工科培养要求

数据库类课程的授课形式多采取多媒体、板书结合演示的教学方式，实验课前进行集体讲解、实验中个别指导的实践教学方式开展。这种教学手段缺乏培养学生工程实践能力的环节，忽略对学生应用能力的培养。学生缺乏深度的专业性问题的沟通与锻炼的机会，学完课程后只是掌握了几个孤立的知识点和某种软件的基本操作，不会设计和评价具体的数据库应用系统，不能针对复杂工程问题与同业内同行进行高效交流，用人单位对这种模式下培养出的学生的普遍评价是“动手能力差”。

3 新工科背景下结合OBE的混合式教学改革实践

在OBE教育体系中，坚持以成果为导向，以学生为中心，持续改进教学效果的工程教学理念[5]。这些理念对促进和实现新工科培养面向未来的、多元化的复合型工程人才的培养目标实现至关重要。混合式教学则将在线教学和传统教学的优势结合起来，这种教学模式被越来越多的教师采用。为达到新工科的人才培养目标，探索OBE理念与混合式教学相结合的教学改革实践，可以从以下几点着手：

3.1 以案例为核心衔接课程教学内容

数据库原理课程的内容较庞杂，对大部分学生来说这门课难度较大。通常本课程的教材多是先讲解数据库的基本概念。学生在没有接触过数据库的情况下，一开始很难理解这些抽象概念和理论，容易产生学习挫败感，丧失学习积极性。即便是死记硬背记住了，在后面的学习中也无法与实际应用联系起来。即使教师将授课内容调整顺序，对其他章节知识的学习帮助也有限。针对这种情况，打破教材顺序，重新梳理课程内容，将各个知识点通过学生熟悉的案例依次衔接，使学生在案例教学过程中理解数据库的基本概念、掌握数据库设计和开发方法及数据库系统的管理方法。

课程开始时，通过一个学生日常经常接触的数据库系统，如“教学管理系统”，让学生先直观了解什么是数据库系统，再体会学习数据库的重要性，在学生对数据库有了感性认识的基础上，进一步讲解本课程的基本概念。教学过程中，以启发式教学为主，引导学生思考如果要使用教学管理系统，你需要系统提供什么样的功能？作为开发人员如何与不懂计算机的业务管理人员进行交流，由此导入现实世界向信息世界的转换，进而引申出数据库系统设计的第一个阶段需求分析和第二阶段概念结构设计(E-R模型)。接下来再引导学生思考E-R模型如何转换到机器世界，并引出概念设计向第三阶段逻辑结构设计的转换。逻辑结构设计阶段转换后的各种关系模式，如何存储到关系数据库里？当数据量很大的时候怎样加快检索速度？通过这些实际问题进入数据库设计的第四阶段物理结构设计及相关知识点。这些建立好的数据怎样装入数据库，谁来管理这些数据，哪些用户能使用数据？由此再引申出数据库设计的第五个阶段数据库实现阶段。至此可以引导学生逐步理解数据库、数据库管理系统、数据库系统、数据库管理员、一般用户和开发人员这些基本概念，解释他们之间的联系。这些用户怎样安全使用数据库，会有哪些可能出现的异常情况？再引出数据库需要解决和保证的完整性问题和安全性问题，进而阐述数据库系统设计的最后一个阶段系统运行和维护。通过上面学生熟悉的案例讲解，把数据库概述中的大部分抽象概念逐层递进展现在学生面前。学生既接触了实际工作中项目的开发流程，又在案例中逐层递进学习和理解抽象概念。在学生对基本概念掌握了以后，再通过展示本系统在SQL Server中的数据库以及表、视图，带领学生理解关系和关系模式，理解数据如何在数据库中获取，并由此导出SQL语言及其功能。

通过案例设计环环相扣，将本课程的抽象理论知识通过依次衔接，让学生明白学什么，为什么学，怎么学，和怎么用，有效降低抽象概念的理解难度，提高学习兴趣。

3.2 以项目为核心优化课程实验内容

新工科下OBE人才培养模式对学生的毕业能力设定了12项明确要求，包括问题分析、设计/开发解决方案、复杂工程问题研究、个人和团队角色承担、沟通、项目管理等。现有的教材实验内容孤立、缺乏延续性和整体性，学生根据老师布置的实验任务进行验证式练习，缺乏主动思考和讨论的过程，实验内容达不到新工科对人才能力培养的要求。因此除了常规性验证性实验外，增加将实际项目引入实验课的综合性实验环节。常规性实验在前8周前完成，从第9周起实验内容是完成一个完整的数据库系统。为了便于学生学习理解，项目内容采用学生熟悉的图书馆管理系统或者销售系统，由于实际项目比教学中的示例复杂，将其拆分成多个逻辑上相对完整的子课题，每次实验课完成一个子课题，进行阶梯式教学。学生从数据库系统的需求分析、设计、创建、实现、测试和维护参与系统工程项目建设全过程。同时为了培养学生的沟通和团队合作能力，将学生分组，自行选题或选择一个给定的题目，以小组为单位进行阶段性汇报。

3.3 以学生为中心的混合式教学

混合式教学是将在线学习与传统的师生面对面线下教学有机结合，以学习者为中心，基于一定的教学目标，把传统课堂教学与现代网络学习有机融合，实现学习目标最优化的教学模式[6]。混合式教学可以将线上教学和线下授课相结合，弥补课时不够的现状，同时可根据学生情况进行个性化教学，对于能力较强的学生，提供线上补充学习材料，便于这部分同学自主进行更深入的学习。同时，从学生线上的学习、作业完成情况可以了解学生课堂知识的掌握程度，及时调整适合的授课方法。

雨课堂是清华大学和学堂在线共同推出的新型智慧教学解决方案，可将教学工具、教学视频、课堂签到、练习互动、教学课件有机串联起来，同时在教学过程中采集数据，便于教师及时获取过程性数据，监控课堂教学效果，合理调整教学策略。中国大学慕课是国内优质的中文慕课学习平台，拥有非常丰富的课程资源，提供千余门课程的授课视频，包含国家精品在线开放课程300余门。借助雨课堂和中国大学慕课，来实现线上+线下的混合式教学。

课前将教学任务单和预习材料通过雨课堂推送到学生微信，明确教学知识要点及关键问题，引导学生进行课前预习。授课时在讲解完重要知识点后布置现场练习，通过雨课堂随时查看课堂练习情况，对知识掌握的薄弱点着重讲解。课后通过雨课堂布置复习练习和拓展题目，达到知识巩固以及检验知识掌握程度的目的，并挑选出中国大学慕课中的精品课程内容提供给学有余力的同学。上述教学过程，始终贯穿学生为主体的原则，将课前预习、课堂互动、课后复习的教学策略有机串联，着重培养学生的自主学习能力，同时雨课堂采集的数据为持续改进教学提供了科学客观的依据。

3.4 以数据为依托的教学持续改进

OBE强调教学效果需要持续改进。一方面教师借助在线教学平台获得的学生学习情况反馈及时调整教程策略，遵从OBE中成果导向的理念；另一方面，在每学期授课结束后，根据客观课堂基础数据，对本课程进行合理课程评价和总结，对不理想方面进行调整，在下一轮课程授课前进行改进与完善。

4 结语

本文在新工科背景下，对数据库原理课程的教学进行OBE和混合式教学方法的研究与实践，在教学中充分利用信息化手段促进教学过程的智能化与敏捷性。这种教学模式符合新工科要求的以培养目标为导向，以服务于毕业要求的达成为出发点与落脚点的培养目标，有助于实现学生从被动学习向自主学习、创新性学习转化，也满足不同层次学生学习的各种需求，还可以动态跟踪课程过程产出，便于及时发现与解决问题。