算法類(lèi)課程的微課視頻設(shè)計(jì)

閆秋艷+孟凡榮+葛欣

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

摘要：大學(xué)本科理工類(lèi)課程以概念和算法為主，給微課視頻的設(shè)計(jì)帶來(lái)很多困難，如何針對(duì)以算法為主的理工類(lèi)課程中的單一知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行微課視頻設(shè)計(jì)，是本文討論的重點(diǎn)問(wèn)題。本文以《數(shù)據(jù)庫(kù)原理》課程中的除法運(yùn)算為例，從微課視頻設(shè)計(jì)存在的難點(diǎn)問(wèn)題出發(fā)，對(duì)腳本設(shè)計(jì)及交互環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)兩個(gè)個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并給出了今后進(jìn)一步完善的方向。

關(guān)鍵詞：微課建設(shè)，視頻制作，數(shù)據(jù)庫(kù)原理，理工類(lèi)課程

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）24-0264-03

一、微課程發(fā)展及現(xiàn)狀分析

2008年，美國(guó)新墨西哥州胡安學(xué)院（San Juan College）的高級(jí)教學(xué)設(shè)計(jì)師、學(xué)院在線(xiàn)服務(wù)經(jīng)理戴維·彭羅斯（David Penrose）正式提出了微課這一概念，并運(yùn)用于在線(xiàn)課程。他認(rèn)為，微課是一種以建構(gòu)主義為指導(dǎo)思想，以在線(xiàn)學(xué)習(xí)或移動(dòng)學(xué)習(xí)為目的，基于某個(gè)簡(jiǎn)要明確的主題或關(guān)鍵概念為教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)聲頻或視頻音像錄制的60秒課程。微課不僅可用于在線(xiàn)教學(xué)、混合式教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)等，也為學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)的資源，讓學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)行知識(shí)鞏固學(xué)習(xí)。國(guó)內(nèi)研究者對(duì)微課有著不同的解讀。率先提出微課概念的廣東佛山教育局研究員胡鐵生將之定義為：“按照新課程標(biāo)準(zhǔn)及教學(xué)實(shí)踐要求，以教學(xué)視頻為主要載體，反映教師在課堂教學(xué)過(guò)程中針對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)而開(kāi)展教與學(xué)活動(dòng)的各種教學(xué)資源有機(jī)組合。其核心內(nèi)容是課堂教學(xué)視頻（課例片段），同時(shí)還包含與該教學(xué)主題相關(guān)的教學(xué)設(shè)計(jì)、素材課件、教學(xué)反思、練習(xí)測(cè)試及學(xué)生反饋、教師點(diǎn)評(píng)等教學(xué)支持資源，即以一定的結(jié)構(gòu)關(guān)系和呈現(xiàn)方式共同營(yíng)造了一個(gè)半結(jié)構(gòu)化、主題突出的資源單元應(yīng)用‘生態(tài)環(huán)境，是在傳統(tǒng)的教學(xué)資源類(lèi)型的基礎(chǔ)上繼承發(fā)展而來(lái)”。國(guó)內(nèi)微課內(nèi)容的呈現(xiàn)形式主要以結(jié)合PPT等多媒體的教師講授或課堂實(shí)錄片段這兩種形式呈現(xiàn)。下面以中國(guó)微課網(wǎng)為例進(jìn)行介紹。中國(guó)微課網(wǎng)目前涵蓋了來(lái)自全國(guó)31個(gè)省市的中小學(xué)教師上傳的參賽微課視頻，涉及語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、英語(yǔ)、物理、地理、化學(xué)、生物、政治、歷史、信息技術(shù)、科學(xué)、歷史與社會(huì)等學(xué)科，授課時(shí)長(zhǎng)均在10分鐘以?xún)?nèi)。微課內(nèi)容主要來(lái)源于中小學(xué)常規(guī)課的教學(xué)內(nèi)容，部分微課是課堂實(shí)錄小片段，也有一部分是教師結(jié)合課件的講解，視頻常配有相關(guān)課程說(shuō)明，方便學(xué)生尋找對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)相比之下，國(guó)內(nèi)微課內(nèi)容的呈現(xiàn)形式較單一，仍以課堂實(shí)錄片段為主，教師們更傾向于對(duì)自己的優(yōu)質(zhì)課視頻進(jìn)行后期加工，這也使授課內(nèi)容缺乏一定連貫性。由于教師自身的編輯處理能力不強(qiáng)，加之缺少專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)視頻進(jìn)行錄制、加工處理等，課堂實(shí)錄的效果不佳，從而影響微課視頻的實(shí)用性.與中小學(xué)授課內(nèi)容不同，大學(xué)本科理工類(lèi)課程以概念和算法為主，缺乏生動(dòng)、活潑的案例及知識(shí)語(yǔ)境，學(xué)習(xí)過(guò)程相對(duì)枯燥乏味，給微課視頻的設(shè)計(jì)帶來(lái)很多困難，相比較之下，帶有操作類(lèi)的理工科課程，微課設(shè)計(jì)就顯得相對(duì)容易。那么，如何針對(duì)以算法為主的理工類(lèi)課程中的單一知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行微課視頻設(shè)計(jì)，是本文討論的重點(diǎn)問(wèn)題。（國(guó)內(nèi)外“微課”資源建設(shè)與應(yīng)用進(jìn)展）

二、《數(shù)據(jù)庫(kù)原理》微課程建設(shè)存在的問(wèn)題

《數(shù)據(jù)庫(kù)原理》是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)主干課程，主要講授數(shù)據(jù)庫(kù)基本原理、基本方法以及數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)理論及簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的使用，為學(xué)生未來(lái)從事數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)研究或?qū)嶋H工作奠定基礎(chǔ)。鑒于該課程的重要作用，我院多年來(lái)一直保持對(duì)該課程的重點(diǎn)培養(yǎng)及建設(shè)，圍繞課程內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段及課程資源庫(kù)等內(nèi)容，開(kāi)展了多次教學(xué)改革，培養(yǎng)了一支完整的教學(xué)梯隊(duì)，獲得了校級(jí)精品課程及多項(xiàng)教學(xué)成果獎(jiǎng)勵(lì)。面對(duì)國(guó)內(nèi)外微課程建設(shè)的熱潮，《數(shù)據(jù)庫(kù)原理》課程團(tuán)隊(duì)也躍躍欲試，希望通過(guò)微課建設(shè)，使該課程能夠更廣泛的為社會(huì)大眾服務(wù)。然而，在建設(shè)初期，我們發(fā)現(xiàn)，《數(shù)據(jù)庫(kù)原理》這門(mén)課程存在諸多微課程建設(shè)的困難，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.概念多，算法多，實(shí)際動(dòng)手操作少?！稊?shù)據(jù)庫(kù)原理》課程包括：數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)理論、SQL語(yǔ)句、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化理論、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原理及數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)維護(hù)。除了SQL語(yǔ)句和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)部分內(nèi)容包含具體操作和案例分析，其他章節(jié)的內(nèi)容都以概念和算法為主，因此很難圍繞某一概念展開(kāi)生動(dòng)形象的微課案例設(shè)計(jì)。

2.概念之間的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。微課的時(shí)間要求比較嚴(yán)格，短小精煉的微課設(shè)計(jì)才能起到概念突出的效果，所以時(shí)間長(zhǎng)度一般要求在5—10分鐘的范圍，時(shí)間太短不能說(shuō)明問(wèn)題，過(guò)長(zhǎng)則顯得拖沓，學(xué)習(xí)者的注意力則不容易集中。但是，如何在短短10分鐘內(nèi)，將一個(gè)涉及較多基本概念的主要內(nèi)容，有層次、有節(jié)奏地呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，需要授課教師對(duì)微課的腳本進(jìn)行完善、精心的設(shè)計(jì)。

3.概念和計(jì)算過(guò)程復(fù)雜。對(duì)于《數(shù)據(jù)庫(kù)原理》課程中的概念和算法，有些比較晦澀難懂，例如本案例中的“除法”運(yùn)算，因?yàn)榫哂小半p重否定”的含義，同時(shí)沒(méi)有直接對(duì)應(yīng)的關(guān)系代數(shù)符號(hào)，需要進(jìn)行邏輯表示上的轉(zhuǎn)換，因此語(yǔ)義和語(yǔ)法上都存在理解的難度。在實(shí)際授課的過(guò)程中，通常用一個(gè)學(xué)時(shí)講概念及過(guò)程推導(dǎo)，一個(gè)學(xué)時(shí)舉例講解。即便如此，在考試中除法運(yùn)算還是學(xué)生最主要的失分項(xiàng)。將此概念作為微課程設(shè)計(jì)的對(duì)象，意義顯而易見(jiàn)，但難度也是非常明顯的。

綜合上述三點(diǎn)存在的問(wèn)題，我們迎難而上，開(kāi)展了針對(duì)《數(shù)據(jù)庫(kù)原理》微課教學(xué)設(shè)計(jì)的嘗試。本文以《數(shù)據(jù)庫(kù)中的除法運(yùn)算》為例，說(shuō)明針對(duì)算法類(lèi)理工科本科課程微課視頻設(shè)計(jì)的主要方法及心得體會(huì)，希望能達(dá)到拋磚引玉，投石問(wèn)路的作用，為后續(xù)此類(lèi)課程微課設(shè)計(jì)的深入開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

三、腳本設(shè)計(jì)

1.主要內(nèi)容。本次微課的知識(shí)點(diǎn)是《數(shù)據(jù)庫(kù)中的除法運(yùn)算》，結(jié)合以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，首先給出圍繞知識(shí)點(diǎn)的四個(gè)主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：除法運(yùn)算解決的問(wèn)題、概念、關(guān)系代數(shù)表示和SQL表示。選擇這四個(gè)方面，是希望通過(guò)“要解決的問(wèn)題”引出數(shù)據(jù)庫(kù)中除法運(yùn)算的重要意義，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；在此基礎(chǔ)上，趁熱打鐵地給出除法運(yùn)算的概念，由于概念比較晦澀難懂，我們考慮從關(guān)系代數(shù)和SQL語(yǔ)句兩個(gè)方面進(jìn)行理解，因?yàn)殛P(guān)系代數(shù)式除法運(yùn)算的機(jī)器語(yǔ)言形式，而SQL則是用戶(hù)直接使用的形式，兩種語(yǔ)言既有聯(lián)系又有區(qū)別，同時(shí)理解才能從根本上理解除法的概念和意義。

2.案例設(shè)計(jì)。在上述主要內(nèi)容的框架下，我們考慮通過(guò)一個(gè)案例貫穿整個(gè)微課過(guò)程，從概念、關(guān)系代數(shù)表示和SQL語(yǔ)法表示三個(gè)方面，對(duì)舉例進(jìn)行講解，達(dá)到理解和融會(huì)貫通的效果。在圖1這個(gè)例子中，共有三個(gè)關(guān)系模式：S（學(xué)生）C（課程）SC（學(xué)習(xí)），查詢(xún)“至少選修了1號(hào)同學(xué)選修的所有課程的學(xué)生姓名”。顯然，這是一個(gè)典型的除法運(yùn)算解決問(wèn)題。由于除法運(yùn)算都具有明顯的包含關(guān)系，但是被除數(shù)關(guān)系與除數(shù)關(guān)系較難確定，因此我們采取用圖形的形式更加直觀(guān)地對(duì)兩個(gè)集合進(jìn)行表示，并在后續(xù)的章節(jié)中一直結(jié)合該圖形及對(duì)應(yīng)的集合符號(hào)R和S進(jìn)行講解，通過(guò)這個(gè)案例，學(xué)生可以產(chǎn)生清晰的感性認(rèn)識(shí)：究竟什么樣的問(wèn)題，可以用除法運(yùn)算來(lái)表示和解決。在給出除法概念的基礎(chǔ)上，立刻回到原來(lái)的例子，鞏固概念的同時(shí)，給出關(guān)系代數(shù)的表示方法。對(duì)于相同的例子，已經(jīng)理解了除法概念，知道這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該用除法來(lái)解決，并且也知道會(huì)得到什么樣的結(jié)果，關(guān)鍵問(wèn)題是，如果用關(guān)系代數(shù)對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行表示。于是，我們?cè)谝曨l中分步驟地給出關(guān)系代數(shù)中的“被除數(shù)”，“除數(shù)”的表示方法，如此可以很容易理解RS的結(jié)果，同時(shí)對(duì)照?qǐng)D形集合表示，清晰地說(shuō)明了計(jì)算機(jī)是如何對(duì)除法進(jìn)行理解和表示的。最后，也是除法運(yùn)算的難點(diǎn)部分，除法的SQL表示。在集合圖形表示的基礎(chǔ)上，容易理解R包含S，此時(shí)進(jìn)一步將除法運(yùn)算的結(jié)果，表示為“S-R為空”，并解釋為Not Exists（S-R），接下來(lái)，只要將Not Exists（S-R）用SQL進(jìn)行表示即可。為了便于理解，我們將Not Exists（S-R）的表示拆分為三步：第一步：表示集合S和R；第二步，表示S-R；第三步，表示Not Exists（S-R）。為了鞏固知識(shí)點(diǎn)的掌握，我們給出了一個(gè)全新的例子，而對(duì)于這個(gè)舉例，采用了Flash動(dòng)畫(huà)的形式，使學(xué)生動(dòng)態(tài)地觀(guān)看和理解除法運(yùn)算執(zhí)行的過(guò)程，從而能夠從原理上深入理解這種操作，見(jiàn)圖2。

3.交互環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)。在交互環(huán)節(jié)，我們提供了兩種手段，其一，在微課進(jìn)行過(guò)程中，插入兩次短暫的動(dòng)畫(huà)時(shí)間，讓學(xué)生思考問(wèn)題的關(guān)系代數(shù)表示和除法表示，插入動(dòng)畫(huà)的間隙，也給學(xué)生留出短暫梳理的時(shí)間，使其能夠緩一緩精神，為后續(xù)的課程思考做好準(zhǔn)備；其二，在微課最后，插入了一張練習(xí)題的課件，一是可以供學(xué)生課后進(jìn)行聯(lián)系和復(fù)習(xí)，同時(shí)通過(guò)這些習(xí)題，可以讓學(xué)生直觀(guān)、快速地看到這堂課最后應(yīng)該掌握的內(nèi)容，實(shí)際上達(dá)到總結(jié)的目的。

本文在總結(jié)《數(shù)據(jù)庫(kù)原理》微課建設(shè)存在的難點(diǎn)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，結(jié)合該課程微課建設(shè)中的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，以《數(shù)據(jù)庫(kù)中的除法運(yùn)算》這一具體知識(shí)點(diǎn)的設(shè)計(jì)過(guò)程為例，闡述了理工類(lèi)本科課程，在“算法多”“概念多”的情況下，如何進(jìn)行微課視頻的設(shè)計(jì)。后續(xù)，我們還會(huì)進(jìn)一步針對(duì)交互環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮如何在10分鐘的學(xué)習(xí)過(guò)程中，讓學(xué)習(xí)者能夠及時(shí)得到反饋，有身臨其境的學(xué)習(xí)感，同時(shí)有掌握知識(shí)的成就感。

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