MOOC環(huán)境下數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程教學(xué)改革探索

張 俊

（大連海事大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116024）

MOOC環(huán)境下數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程教學(xué)改革探索

張 俊

（大連海事大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116024）

MOOC環(huán)境下數(shù)據(jù)庫原理理論課程建設(shè)快速發(fā)展，而實(shí)驗課程建設(shè)相對滯后。文章分析MOOC環(huán)境對數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程教學(xué)的影響，并從實(shí)驗平臺建設(shè)、實(shí)驗內(nèi)容MOOC化、實(shí)驗教學(xué)方法等方面，探討數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程教學(xué)改革方法。

MOOC；數(shù)據(jù)庫原理；實(shí)驗教學(xué)；教學(xué)改革

1 背 景

MOOC作為一種創(chuàng)新的教學(xué)理念和教育教學(xué)環(huán)境，為教育改革帶來了新機(jī)遇[1]，近年來得到國內(nèi)外眾多高校的高度重視，大量MOOC課程不斷被開發(fā)出來。MOOC不僅為理論課程教學(xué)帶來深刻影響和變革，也為實(shí)驗課程教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)和機(jī)遇。清華大學(xué)李山山等人探討了MOOC時代的計算機(jī)實(shí)驗教學(xué)[2]，指出相對于計算機(jī)硬件實(shí)驗而言，計算機(jī)軟件實(shí)驗較易MOOC化；北京航空航天大學(xué)孫青等人提出實(shí)驗教學(xué)MOOC化應(yīng)從實(shí)驗內(nèi)容MOOC化、實(shí)驗環(huán)節(jié)虛擬化、實(shí)驗教學(xué)平臺網(wǎng)絡(luò)化等方面建設(shè)MOOC環(huán)境下開放共享的實(shí)驗教學(xué)[3]；國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)周麗濤等人探索MOOC在計算機(jī)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[4]，指出MOOC可以有效幫助學(xué)習(xí)者提升各項實(shí)驗技能，推動實(shí)驗室信息化建設(shè)水平提升。

數(shù)據(jù)庫原理課程是一門理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的IT相關(guān)專業(yè)核心課程。目前許多大學(xué)紛紛建設(shè)了數(shù)據(jù)庫MOOC，如中國人民大學(xué)王珊教授主講的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論、哈爾濱工業(yè)大學(xué)戰(zhàn)德臣教授主講的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、浙江大學(xué)陳嶺副教授主講的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理、北京工業(yè)大學(xué)杜金蓮副教授主講的高級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以及東北師范大學(xué)李雁翎教授主講的數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用等?？偟膩碚f，MOOC環(huán)境下數(shù)據(jù)庫原理理論課程建設(shè)快速發(fā)展，而實(shí)驗課程建設(shè)相對滯后。一門好的數(shù)據(jù)庫MOOC課程建設(shè)，不僅需要建設(shè)好MOOC理論課程，也需要建設(shè)好相應(yīng)的MOOC實(shí)驗課程[5]。中國人民大學(xué)王珊教授數(shù)據(jù)庫教學(xué)團(tuán)隊不但創(chuàng)建了優(yōu)秀的數(shù)據(jù)庫MOOC理論課程，也在開發(fā)和完善配套的在線實(shí)驗系統(tǒng)；中南大學(xué)奎曉燕等人探討基于MOOC理念的數(shù)據(jù)庫實(shí)踐教學(xué)改革[6]，但并沒有指出如何建設(shè)數(shù)據(jù)庫MOOC實(shí)驗平臺，也沒有指出數(shù)據(jù)庫實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容如何MOOC化；江蘇師范大學(xué)黎孟雄等人探討了基于SQLite的數(shù)據(jù)庫原理自主實(shí)驗平臺設(shè)計[7]，但并沒有指出如何支持?jǐn)?shù)據(jù)庫MOOC實(shí)驗教學(xué)過程。

2 數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前國內(nèi)高校眾多專業(yè)開設(shè)了數(shù)據(jù)庫原理課程，但數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗教學(xué)體系各不相同[8]，如開課方式多樣（課內(nèi)實(shí)驗或獨(dú)立實(shí)驗課，理論課教師兼任實(shí)驗課教師或者獨(dú)立實(shí)驗教師）、實(shí)驗學(xué)時設(shè)置不同（20學(xué)時或者36學(xué)時）、實(shí)驗平臺多種多樣（商業(yè)DBMS或者開源DBMS，國外DBMS或者國產(chǎn)DBMS）、實(shí)驗項目設(shè)置不盡相同（實(shí)驗項目有多有少，各有側(cè)重）。

數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程具有自身特點(diǎn)，如實(shí)驗項目和實(shí)驗內(nèi)容多，要求實(shí)驗內(nèi)容可裁剪；實(shí)驗操作性和實(shí)踐性強(qiáng)，要求學(xué)生多做多練；實(shí)用性和應(yīng)用性強(qiáng)，要求實(shí)驗以應(yīng)用為中心、以案例為中心；數(shù)據(jù)與軟件相結(jié)合，要求以數(shù)據(jù)為中心；實(shí)驗平臺多而復(fù)雜，要求建立開放共享的實(shí)驗平臺；實(shí)驗涉及的知識多，要求學(xué)生多花課外時間。

分析以上數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀可知，目前數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程教學(xué)存在一些問題。

（1）數(shù)據(jù)庫課程實(shí)驗教學(xué)教師和理論課授課教師不是同一個人，容易導(dǎo)致理論課程教學(xué)和實(shí)驗課程教學(xué)脫節(jié)。

（2）由于數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程實(shí)驗項目和內(nèi)容較多，學(xué)生在實(shí)驗課堂不能及時完成實(shí)驗任務(wù)，需要花費(fèi)較多的課外時間，導(dǎo)致授課教師不能及時掌握學(xué)生的實(shí)驗進(jìn)度和完成質(zhì)量情況，僅通過實(shí)驗報告難以評判學(xué)生實(shí)驗成績。

（3）由于實(shí)驗平臺多，限定學(xué)生使用一種DBMS會抑制學(xué)生實(shí)驗的興趣，如果允許學(xué)生靈活選擇不同的DBMS作為實(shí)驗平臺，又會增加實(shí)驗管理的難度和復(fù)雜性，也對實(shí)驗授課教師提出了更高的要求。

3 MOOC環(huán)境為數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程建設(shè)帶來的影響

（1）MOOC環(huán)境擴(kuò)展學(xué)生實(shí)驗空間和時間，使學(xué)生可以花更多的課外時間完成更多的數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗項目和內(nèi)容。

（2）數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程內(nèi)容碎片化、MOOC化，有利于各層次高校和不同專業(yè)學(xué)生靈活選擇學(xué)習(xí)。

（3）MOOC環(huán)境可以構(gòu)建開放共享的多DBMS平臺，使學(xué)生靈活選擇實(shí)驗平臺，也可以學(xué)習(xí)和掌握多種DBMS，降低授課教師管理實(shí)驗過程的難度和復(fù)雜度。

（4）數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程是軟件實(shí)驗，構(gòu)建在線實(shí)驗和自動評測系統(tǒng)，一方面減少了實(shí)驗授課教師評閱實(shí)驗報告的工作量，另一方面使學(xué)生實(shí)時了解自己的實(shí)驗情況，從而提高實(shí)驗效果。

（5） MOOC環(huán)境可以全面收集學(xué)生實(shí)驗預(yù)習(xí)、實(shí)驗過程和實(shí)驗結(jié)果等情況，有利于理論課授課教師和實(shí)驗課授課教師及時掌握學(xué)生實(shí)驗進(jìn)度和實(shí)驗質(zhì)量情況，避免理論課和實(shí)驗課授課脫節(jié)。

4 MOOC環(huán)境下數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程教學(xué)改革方法

4.1 數(shù)據(jù)庫MOOC實(shí)驗平臺建設(shè)

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫實(shí)驗平臺包括單機(jī)環(huán)境、客戶端/服務(wù)器環(huán)境和開放環(huán)境。所謂單機(jī)環(huán)境是每臺計算機(jī)安裝一套DMBS，每個學(xué)生使用一臺計算機(jī)實(shí)驗；客戶端/服務(wù)器環(huán)境是在服務(wù)器上安裝一套DBMS，每臺客戶機(jī)只安裝客戶端，每個學(xué)生使用一臺客戶機(jī)完成實(shí)驗；開放環(huán)境是在多個服務(wù)器上安裝多個DBMS，學(xué)生在客戶機(jī)上可以選擇需要連接的DBMS服務(wù)器。傳統(tǒng)實(shí)驗環(huán)境以實(shí)驗室為中心，實(shí)驗場地和實(shí)驗時間比較固定，實(shí)驗教師只能掌握實(shí)驗課堂上學(xué)生的實(shí)驗情況，不能掌握課外學(xué)生實(shí)驗的情況，難以全面評價學(xué)生的實(shí)驗情況。

理想的數(shù)據(jù)庫MOOC實(shí)驗平臺由專門設(shè)計的數(shù)據(jù)庫MOOC平臺軟件通過網(wǎng)絡(luò)連接各種DBMS、實(shí)驗學(xué)生和實(shí)驗授課教師，學(xué)生不再局限于實(shí)驗場地和實(shí)驗時間，可以在自己喜歡的時間和地點(diǎn)完成實(shí)驗項目，實(shí)驗教師可以通過MOOC實(shí)驗平臺軟件實(shí)時掌握學(xué)生的實(shí)驗過程和完成情況，見圖1。

圖1 理想的數(shù)據(jù)庫MOOC實(shí)驗平臺體系架構(gòu)示意圖

理想的數(shù)據(jù)庫MOOC實(shí)驗平臺具有的功能見圖2，包括學(xué)生管理、實(shí)驗內(nèi)容管理、實(shí)驗過程管理、教師管理4部分功能。

圖2 數(shù)據(jù)庫MOOC實(shí)驗平臺功能結(jié)構(gòu)圖

學(xué)生管理功能主要有注冊管理、實(shí)驗報告管理、實(shí)驗成績管理3部分。實(shí)驗報告管理針對學(xué)生實(shí)驗過程自動生成實(shí)驗報告，然后由學(xué)生補(bǔ)充完成實(shí)驗總結(jié)等內(nèi)容。實(shí)驗成績管理允許學(xué)生查看各個實(shí)驗項目的具體成績，并能查看實(shí)驗丟分項、與所有注冊學(xué)生的實(shí)驗成績對比分析情況。

實(shí)驗內(nèi)容管理主要包括實(shí)驗項目、實(shí)驗數(shù)據(jù)集和實(shí)驗案例管理。實(shí)驗項目管理主要是實(shí)驗內(nèi)容MOOC化管理，不僅列出各個實(shí)驗項目大綱（包括實(shí)驗?zāi)康?、?shí)驗要求和具體的實(shí)驗內(nèi)容），還管理實(shí)驗教師制作的授課視頻，以便學(xué)生在實(shí)驗過程中隨時觀看和學(xué)習(xí)。實(shí)驗數(shù)據(jù)集是完成數(shù)據(jù)集實(shí)驗的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)庫實(shí)驗以數(shù)據(jù)為中心，因此收集和管理大量的實(shí)驗數(shù)據(jù)集，有利于學(xué)生做好各個數(shù)據(jù)庫實(shí)驗項目，實(shí)驗教師可以針對每個實(shí)驗數(shù)據(jù)集制作相應(yīng)的視頻，講解該實(shí)驗數(shù)據(jù)集的特點(diǎn)和作用，以便學(xué)生迅速了解和掌握數(shù)據(jù)集。實(shí)驗案例預(yù)先收集整理的實(shí)驗例子，以便學(xué)生隨時調(diào)閱學(xué)習(xí)，實(shí)驗教師也可以針對每個實(shí)驗案例制作視頻加以講解，讓學(xué)生了解每個實(shí)驗案例的優(yōu)缺點(diǎn)。

實(shí)驗過程管理包括在線實(shí)驗管理、實(shí)驗交互討論管理和實(shí)驗過程監(jiān)督管理。在線實(shí)驗管理是學(xué)生選擇實(shí)驗項目，調(diào)閱相關(guān)實(shí)驗視頻學(xué)習(xí)，進(jìn)行具體實(shí)驗項目管理。實(shí)驗交互討論管理為學(xué)生與實(shí)驗教師、學(xué)生之間提供相互討論實(shí)驗問題的功能。實(shí)驗過程監(jiān)督管理自動收集學(xué)生實(shí)驗過程數(shù)據(jù)，監(jiān)督學(xué)生實(shí)驗進(jìn)度情況，為實(shí)驗教師實(shí)時了解學(xué)生實(shí)驗情況提供方法和手段。

教師管理包括教師注冊、實(shí)驗考核、實(shí)驗情況分析3部分功能。實(shí)驗考核管理主要設(shè)定實(shí)驗考核標(biāo)準(zhǔn)，然后由系統(tǒng)對學(xué)生實(shí)驗完成情況進(jìn)行自動考核，也可以完成學(xué)生互評和教師評價，最后綜合上述3部分考核成績，給出學(xué)生最終的實(shí)驗成績。實(shí)驗情況分析通過實(shí)驗過程中收集的學(xué)生實(shí)驗進(jìn)度信息、交流討論信息和實(shí)驗考核信息，綜合評價學(xué)生完成實(shí)驗的質(zhì)量情況。

4.2 MOOC實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容改革

MOOC環(huán)境下數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容可以分為MOOC實(shí)驗平臺、DBMS、數(shù)據(jù)集、實(shí)驗案例、實(shí)驗項目5部分內(nèi)容，其中實(shí)驗項目是核心的實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容，其他為輔助的實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容。表1列出各部分實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容、內(nèi)容說明和MOOC化的方法。

中國人民大學(xué)王珊教授主編的《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論(第5版)習(xí)題解析與實(shí)驗指導(dǎo)》[8]把數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗分為11個實(shí)驗，每個實(shí)驗又分為若干個實(shí)驗項目，共計26個實(shí)驗項目，見表2。筆者仔細(xì)分析了各個實(shí)驗項目，指出其MOOC化方式（在線實(shí)驗、演示或者是在線實(shí)驗+演示3種方式），其中“在線實(shí)驗+演示”表示該實(shí)驗項目既允許學(xué)生在線實(shí)驗，又允許學(xué)生觀看實(shí)驗案例演示視頻，例如實(shí)驗1.1數(shù)據(jù)庫定義；“演示”表明該實(shí)驗項目不允許學(xué)生進(jìn)行在線實(shí)驗，僅允許學(xué)生觀看實(shí)驗案例演示視頻，例如實(shí)驗5數(shù)據(jù)庫設(shè)計。

實(shí)際上，對于實(shí)驗5數(shù)據(jù)庫設(shè)計和實(shí)驗7數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)等難以實(shí)現(xiàn)學(xué)生在線實(shí)驗的實(shí)驗項目，一方面可以制作相應(yīng)的實(shí)驗案例視頻，允許學(xué)生線上學(xué)習(xí)，線下完成實(shí)驗；另一方面可以探討該實(shí)驗項目實(shí)驗環(huán)節(jié)的虛擬化，允許學(xué)生在虛擬環(huán)境中完成該實(shí)驗項目。數(shù)據(jù)庫實(shí)驗項目的虛擬化為數(shù)據(jù)庫MOOC實(shí)驗平臺開發(fā)提出更高的要求，也帶來更大的挑戰(zhàn)。

4.3 MOOC實(shí)驗教學(xué)方法改革

實(shí)驗教學(xué)過程方面，對于非學(xué)歷和學(xué)位學(xué)習(xí)的學(xué)生采用MOOC方式進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)，即學(xué)生采取“在線實(shí)驗+演示”的線上方法進(jìn)行實(shí)驗，或通過虛擬環(huán)境完成實(shí)驗項目；而對于學(xué)歷和學(xué)位教育的學(xué)生采用“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的實(shí)驗教學(xué)方式，即學(xué)生采取線上和線下相結(jié)合的混合實(shí)驗?zāi)Ｊ剑环矫鎸W(xué)生通過“在線實(shí)驗+演示”完成實(shí)驗內(nèi)容，另一方面可以線下實(shí)際操作，完成實(shí)驗項目內(nèi)容后，在線提交實(shí)驗報告。

表1 MOOC環(huán)境下數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程教學(xué)內(nèi)容

表2 數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程實(shí)驗項目設(shè)置一覽表

實(shí)驗考核方面，對于非學(xué)歷和學(xué)位學(xué)習(xí)的學(xué)生，因為學(xué)習(xí)人數(shù)眾多，教師人工評價工作量巨大，需要非常長的時間完成人工評價，幾乎是不可能完成的任務(wù)，只能采用系統(tǒng)自動評價的方式；對于學(xué)歷和學(xué)位教育的學(xué)生，可以采用系統(tǒng)自動評價、學(xué)生互評和教師評價相結(jié)合的方式綜合評定學(xué)生的實(shí)驗成績。

實(shí)驗結(jié)束后，可以利用數(shù)據(jù)庫MOOC實(shí)驗平臺收集的學(xué)生實(shí)驗過程產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘，得出學(xué)生實(shí)驗情況分析報告，為后續(xù)實(shí)驗教學(xué)改進(jìn)提供更加客觀和精準(zhǔn)的依據(jù)。

5 結(jié) 語

MOOC環(huán)境為數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程教學(xué)帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。目前許多高校開發(fā)了一些數(shù)據(jù)庫原理在線實(shí)驗教學(xué)系統(tǒng)，但是這些系統(tǒng)在功能方面還不夠完善，在與數(shù)據(jù)庫原理理論課程MOOC配套建設(shè)方面還有較大差距。未來數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗課程教學(xué)還需要在實(shí)驗環(huán)境和工具的集成、實(shí)驗教學(xué)環(huán)節(jié)的虛擬化和實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容的MOOC標(biāo)準(zhǔn)化以及實(shí)驗教學(xué)管理系統(tǒng)的功能完善方面加大研究和開發(fā)力度，以達(dá)到與數(shù)據(jù)庫原理理論課程MOOC建設(shè)有機(jī)融合和同步發(fā)展。

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1672-5913(2017)11-0014-05

G642

遼寧省級教改項目“面向互聯(lián)網(wǎng)+人工智能的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的研究與實(shí)踐”（2016021）。

張俊，男，教授，研究方向為數(shù)據(jù)庫信息檢索和智能信息處理，zhangjun@dlmu.edu.cn 。

張 俊

（編輯：孫怡銘）