于明遠,范 菁,陸億紅,李甜甜

（浙江工業(yè)大學 計算機科學與技術學院&軟件學院,浙江 杭州310023）

0 引言

歷次工業(yè)革命都推動了技術的革新及工業(yè)的繁榮發(fā)展。隨著新工業(yè)革命的深入,技術的提升與工業(yè)發(fā)展之大變局撲面而來,國際經濟、科技和產業(yè)競爭日趨激烈,產業(yè)結構的調整及科技的高標準需求變得更加緊迫。而掌握相應技能與知識的高端人才起著關鍵的基礎作用,尤其是具有社會責任感、創(chuàng)新精神和實踐能力的創(chuàng)新人才[1]。這給我國肩負著重要的歷史使命的高等教育提供了歷史性機遇與挑戰(zhàn)。

我國高等教育體系和課程體系,都是在發(fā)展過程中不斷汲取他國的成功經驗并參照他國模式以及專業(yè)設置,并結合我國的實際構建起來的。但隨著經濟的蓬勃發(fā)展與國際競爭的日趨激烈,特別是我國的高等教育在較短時間內從精英教育跨入大眾化教育后,高等教育質量與社會的實際需求日趨不適應。2016年,我國正式加入倡導以學生為中心、產出導向和持續(xù)改進三大教育理念的《華盛頓協(xié)議》,在國際工程認證教育中取得了具有里程碑意義的突破。2018年我國首次召開的全國本科教育工作會議,明確指出一定要把本科教育放在人才培養(yǎng)體系的核心地位、教育教學的基礎地位和新時代教育發(fā)展的前沿地位。2018年,教育部印發(fā)了《關于加快建設高水平本科教育 全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》的“新時代高教40條”?！蛾P于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見》[2]的出臺,更是為提升我國教育發(fā)展水平、增強國家核心競爭力提供了有力的保障。

美國學習并借鑒德國大學模式,創(chuàng)立了霍普金斯大學。哈佛、耶魯和普林斯頓等高校以霍普金斯大學的教育理念與模式為基礎進一步深入改革,克拉克大學和芝加哥大學等新型現代大學的建立,都促進了美國高校科研水平和育人質量的顯著提升,培養(yǎng)了大批高新技術領域的創(chuàng)新型領軍人才,使美國高校大踏步進入了研究型大學時代。雖然美國高等教育取得了令人稱頌的成果,但隨著國際經濟和產業(yè)競爭的日趨激烈,美國高等教育質量也飽受社會各界的猛烈抨擊與質疑。美國博耶研究型大學本科生教育委員會在1998年針對本科教育中存在的問題,發(fā)表了《重建本科生教育:美國研究型大學發(fā)展藍圖》的研究報告,明確提出“探索、調查、發(fā)現是大學的核心”,其中第七項是設置頂峰體驗課程,意在提高學生解決實際問題的能力[4]。

1 本科教育與頂峰課程理念

教育質量的提高是高等教育不斷追求的永恒“不動點”。對于后起之秀的我國而言,目前正處于以規(guī)模擴張為主的外延式發(fā)展模式向以質量提高為主的內涵式發(fā)展模式轉型過程中,這個“不動點”的地位更加突出[5]。我國的高等教育從粗放型到內涵式發(fā)展與改革過程中,傳統(tǒng)課堂教學存在的各種弊病,制約了教育質量的提升,如教學內容更新緩慢、理論教學未能深度融入實踐中、創(chuàng)新動力不足、學生參與度不夠等。

工程教育認證強調要培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力,強化內涵發(fā)展,提高質量,促進教育觀念的更新、標準意識的建立和質量意識的強化。目前我國推進的新工科建設,旨在提高高等工程教育質量主動適應新技術、新產業(yè)、新經濟發(fā)展和建成工程教育強國的需要。新工科建設正在改變高校教與學的行為、高校人才培養(yǎng)方案以及學校的評價體系與資源配置方式,也正在改變產業(yè)的競爭格局。

基于頂峰課程理念,本科教育應把相對零碎的知識整合起來,通過研究性學習,深入到一個與專業(yè)相關且具有一定難度和深度的項目中,從而實現學生解決實際問題能力的提高[6]。工科本科教育的基本定位是解決“復雜工程問題”,既不是“廣義工程問題”,也不是“狹義工程問題”,而是“復雜工程問題”[7]?！度A盛頓協(xié)議》中通過7個特征來刻畫復雜工程問題,其中第一個特征是復雜工程問題的本質:需深入運用工程原理經過分析才解決的。這與頂峰課程理念中要求的項目難度與深度相一致。通過頂峰課程的回顧和綜合學習內容,幫助學生拓展和應用所學內容,為研究作鋪墊,把本科工程教育的本質即解決復雜工程問題能力培養(yǎng)統(tǒng)一起來,進一步強化了高等教育追求的永恒“不動點”。

本文提出把頂峰課程的基本理念引入課堂,通過把具有一定復雜度的項目分解到“數據庫原理”課程的各個部分,最后完成整個項目,達到提高學生解決實際問題的能力的目的,從而提升課堂教學和課程建設的內涵。下面以軟件工程專業(yè)的“數據庫原理”課程為例,對課程目標、課程理論教學、實踐教學、教學方法和教學評價等方面進行具體的實施,以適應新時代變化的需要。

2 頂峰課程理念在“數據庫原理”課程中的實施

把頂峰課程的理念融入“數據庫原理”課程課堂,貫穿于整個教學實踐中,以產出為導向,以任務驅動方式,把復雜的教學教務系統(tǒng)作為實踐項目,將其重要功能分解到按理論教學的知識與技能組織模塊中,理解具體理論的應用,圍繞教學教務系統(tǒng)展開探究性學習與討論。每一部分的實驗內容都是教學教務系統(tǒng)的組成部分,以小組為基礎,分析實驗內容,提出實驗方案,以個性化方式實現。最后,在數據庫系統(tǒng)課程設計中進一步以小組討論分析為基礎,把數據庫原理中相對零碎的知識整合起來,通過探究性、合作性和針對性的學習,完成個性化教學教務系統(tǒng)的開發(fā)。本文通過課程的目標設置、內容編排、組織過程、評價反饋等環(huán)節(jié)的安排,實現學生理論與實踐的高度融合,獲得頂峰課程的體驗,實現綜合素質的提升。

2.1 課程目標

通過復雜的教學教務系統(tǒng)的分解與整合的具體實踐與探究性學習,使學生系統(tǒng)地掌握數據庫系統(tǒng)的基本原理和基本技術。要求在掌握數據庫系統(tǒng)基本概念的基礎上,能熟練使用SQL語言在某一個數據庫管理系統(tǒng)上進行數據庫操作；掌握數據庫設計方法和步驟,具有設計數據庫模式以及開發(fā)數據庫應用系統(tǒng)的基本能力。該課程對應專業(yè)的要求有四個主要目標[8]:

【目標1】掌握和理解SQL語言的應用、數據庫基礎知識和數據庫設計與實施技術,從而讓學生能夠按照工程化要求對軟件系統(tǒng)的子模塊、子單元或部件進行設計。

【目標2】以實際工程應用需求為導向,學生根據特定需求對數據庫進行分析和設計,把數據模型、關系代數和模式規(guī)范化等理論深入應用到工程項目中,從而理解軟件領域復雜工程實踐對外部環(huán)境以及社會可持續(xù)發(fā)展的影響,并具有基于科學原理和科學方法設計軟件實驗項目的能力。

【目標3】理解范式和模式分解特性以及并發(fā)控制理論,促進數據庫管理系統(tǒng)的商品化,培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新意識,鼓勵學生進行探索。

【目標4】掌握數據庫應用系統(tǒng)的分析與設計方法,能夠對問題的各種解決途徑的可行性和有效性進行對比,以得出有效結論。

該課程支撐以下畢業(yè)要求和具體細分指標點:

【畢業(yè)要求2】問題分析:能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理,識別、表達并通過文獻研究分析復雜軟件工程問題,以獲得有效結論。

支撐指標點2-4:能夠對問題的各種解決途徑的可行性和有效性進行對比,以得出有效結論。

【畢業(yè)要求3】設計/開發(fā)解決方案:能夠設計針對復雜軟件工程問題的解決方案,設計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程,并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現創(chuàng)新意識,考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。

支撐指標點3-3:按照工程化要求對軟件系統(tǒng)的子模塊、子單元或部件進行設計。

【畢業(yè)要求4】能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜軟件工程問題進行研究,包括設計實驗、分析與解釋數據,并通過信息綜合得到合理有效的結論。

支撐指標點4-1:具有基于科學原理和科學方法設計復雜軟件實驗項目的能力。

【畢業(yè)要求7】環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展:能夠理解和評價針對復雜軟件工程問題的專業(yè)工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。

支撐指標點7-1:理解軟件領域復雜工程實踐對外部環(huán)境以及社會可持續(xù)發(fā)展的影響。

2.2 課程內容編排

本課程主要講述數據庫系統(tǒng)的基礎理論、基本技術和基本方法。第一,基于頂峰課程理念,把復雜的教學教務系統(tǒng)融入如下的數據庫原理知識點中,如關系數據庫標準語言—SQL,數據模型,數據庫系統(tǒng)的模式結構,關系模型與關系代數運算,關系模式的規(guī)范化設計理論,數據庫的安全管理、完整性策略、恢復技術、并發(fā)控制方法、觸發(fā)器和存儲過程,數據庫設計的步驟和數據庫實施,數據庫應用系統(tǒng)的體系結構,數據庫技術的新發(fā)展。如表1所示是理論教學內容及學時分配。第二,在學習中圍繞工程實踐進行討論分析,深入理解原理。第三,在實踐中把零碎的原理知識點應用其中。最后,完成該系統(tǒng)的開發(fā),從而提高學生解決實際復雜問題的能力。

表1 理論教學內容及學時分配Table 1 Theoretical teaching content and class hours distribution

在整個課程改革中,壓縮理論教學學時,增加學生的實踐。課內外教學根據理論教學的每個知識模塊明確教學的重點、難點和教學方法,給出學生的學習任務,如作業(yè)要求以及自學與討論的內容。

把相對復雜的教學教務管理系統(tǒng)作為實踐教學項目,分割為不同的實踐單元,在小組基礎上進行需求分析、設計和個性化實施。實驗模塊總共15個,按照實驗的性質分為引導性、基礎性、過渡性和創(chuàng)新性。必修課內實驗8學時,完成4個實驗,其余的10個實驗以及教材中所給例題全部需要課外實驗作為補充,其中必須完成4個課外實驗。最后一個創(chuàng)新性的綜合項目是以小組合作模式完成的數據庫系統(tǒng)課程設計內容。實驗教學模塊見表2。

表2 實驗教學模塊Table 2 Experimental teaching modules

數據庫系統(tǒng)課程設計采用教師在實驗室指導與學生課外自主實驗相結合的方式,以2～4人組成小組,要求學生以SQL SERVER等數據庫管理系統(tǒng)為平臺,通過重新梳理理論教學與實驗教學中的教學教務管理系統(tǒng),結合實際應用的系統(tǒng),進一步討論和探究需求分析內容,設計數據庫的概念模型、邏輯模型、物理模型,選擇一種程序設計語言（如VC++,C#.NET,VB,Java/JSP等）,開發(fā)并完成一個相對完整的教學教務管理系統(tǒng),并撰寫課程設計報告。

學生在小組合作交流過程中,通過互助與協(xié)作學習不僅可以針對已有問題尋找解決方案,還可以生成一些新的問題和應對措施,通過問題的解決,提升學生的自我效能感,并最終獲得頂峰體驗。

2.3 課程評價與考核

“數據庫原理”課程的考核強調過程化考核。其總成績分為進程性成績和期末考試成績兩大部分。進程性成績主要考核學生的作業(yè)、實驗能力和課堂討論表現幾個方面。各個環(huán)節(jié)所占比例及基本要求如下:

期末考試占總成績的50%,原則上要求填空、選擇、判斷、名詞解釋、簡答等基礎性和記憶性題目,分值不超過總試卷分值的30%；加大綜合性題目的比例,重在考查學生運用知識解決復雜軟件工程問題的能力。

課內外實驗占總成績的24%,考查學生軟件領域復雜工程實踐的分析能力、資料搜索能力、綜合運用計算機科學和工程技術完成實驗設計與實施并對實驗結果進行分析的能力。

作業(yè)占總成績的15%,考查學生運用數據庫基礎知識和本專業(yè)基本理論解決實際工程問題的能力。

課堂表現占總成績的11%,從學生上課是否專心聽講,回答教師提問是否正確,課堂小測驗和分組討論是否積極、正確、有獨特見解等幾方面進行考核,以活躍課堂氣氛,提高課堂教學效果。

3 總結與展望

為了便于評價頂峰課程理念在“數據庫原理”課程中的效果,針對教學環(huán)節(jié),給出了課程目標與畢業(yè)要求（指標點）對應關系,見表3。

表3 教學環(huán)節(jié)對畢業(yè)要求的支撐Table 3 Support of teaching links to graduation requirements

針對考試試卷,給出了試卷內容及其對畢業(yè)要求的支撐關系,見表4。

表4 試卷內容及其對畢業(yè)要求的支撐關系Table 4 Test paper content and its supporting relationship to graduation requirements

從近3年來的教學班級的成績來看,第三、四大題的得分率較高,表明學生能夠掌握常用數據庫的基本知識、工作原理和使用方法,能夠從數據庫原理及應用角度厘清復雜數據庫系統(tǒng)的子系統(tǒng)之間的分工和邏輯,具有一定的使用、選擇和開發(fā)現代工具和資源的能力,以及系統(tǒng)總體解決方案的構建能力和軟件詳細設計能力。但第一、二大題得分率相對較低,說明學生對數據庫原理及應用的難點與重點知識的理解掌握還有所欠缺,表明學生在應對計算機和軟件工程復雜問題時精準解決問題的能力還有待進一步提高。

把頂峰課程理念融入“數據庫原理”課程教學綜合改革中,注重激發(fā)學生的自主意識,從而提升了學生參與實踐教育的主體能動性,維持了學生獨立精神與合作精神之間的平衡[9],培養(yǎng)了學生持續(xù)終身學習和解決復雜工程應用的能力,給學生提供了一個展現自身教育、智慧和才能的平臺,獲得頂峰體驗的同時,也為未來走向更加廣闊的平臺做好準備。