數(shù)據(jù)庫課程開放實踐教學(xué)平臺的改革與建設(shè)

商新娜，Gao Jinzhu ，馬 楠，彭 濤，廖禮萍

（1. 北京聯(lián)合大學(xué) 機器人學(xué)院，北京100101；2. School of Engineering and Computer Science,University of the Pacific, The United States, Stockton 95211）

0 引 言

近年來，在教育部開展普通高等學(xué)校本科教學(xué)工作審核評估精神的指導(dǎo)下，各高校圍繞人才培養(yǎng)的中心地位，強化質(zhì)量保障體系的建設(shè)，不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。實踐教學(xué)在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、促進學(xué)生將知識轉(zhuǎn)化為能力、培養(yǎng)學(xué)生開拓創(chuàng)新能力等方面發(fā)揮著不可替代的作用，與理論教學(xué)相輔相成、相得益彰。為了滿足實踐教學(xué)快速發(fā)展的需求，實踐教學(xué)應(yīng)重點發(fā)展完善的教學(xué)體系、開放的實踐環(huán)境、多元化多層次的實踐項目、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)資源和管理等[1]92。數(shù)據(jù)庫課程是計算機科學(xué)和軟件工程專業(yè)的核心骨干課程，課程的理論性和實踐性要求都很高。在做好理論教學(xué)的同時，如何提高實踐教學(xué)體系的質(zhì)量、發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、提高學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，是教學(xué)研究和改革的重點[2]。

1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫實踐教學(xué)中的問題

1）實踐環(huán)境受限制。

學(xué)校開設(shè)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用等課程目前主要以SQL Server系列數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為實驗環(huán)境，由指導(dǎo)教師發(fā)布實踐作業(yè)，將實驗軟件安裝在機房，學(xué)生按學(xué)時到機房上機完成實踐作業(yè)，然后提交實驗報告，這是運行了十幾年的一種實踐教學(xué)方式。這種情況下，學(xué)生完成實驗作業(yè)的時間和地點都有很大局限，有些學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)完不成作業(yè)或不能熟練應(yīng)用知識，而出現(xiàn)抄襲或蒙混過關(guān)的情況。由于實踐環(huán)節(jié)薄弱，學(xué)生理論知識的學(xué)習(xí)效果也越來越差。

2）實驗指導(dǎo)受限制。

傳統(tǒng)實踐教學(xué)中，指導(dǎo)教師在機房指導(dǎo)學(xué)生實驗，受學(xué)時等因素影響，教師不可能指導(dǎo)每個學(xué)生，并且通常在批改了學(xué)生的實驗報告后才能指導(dǎo)，具有明顯的滯后性。另一方面，由于選課學(xué)生多，指導(dǎo)教師人工評定成績的工作量非常大，也會導(dǎo)致一定的滯后。

3）實踐平臺的限制。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器產(chǎn)品，安裝和運行占用的資源都比較多，學(xué)校機房承擔(dān)了多門課程的實踐教學(xué)任務(wù)，一般為每門課程安裝一種實驗軟件，近年來有學(xué)生在自己的筆記本電腦上安裝，但受硬件條件的限制，很難同時安裝多種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件，如MySQL、ORACLE等，對于該門課程的拓展學(xué)習(xí)也產(chǎn)生了很大限制。

2 開放實踐平臺的設(shè)計與構(gòu)建

2.1 開放實踐教學(xué)平臺的建設(shè)意義

近年來，開放式實踐教學(xué)模式得到迅速發(fā)展，成為我國高等工科教育教學(xué)改革的重要探索[3-6]。它充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和優(yōu)勢，給學(xué)生提供多元化的學(xué)習(xí)資源和空間，突破了傳統(tǒng)實踐教學(xué)的很多限制，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師成為學(xué)生知識學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)的設(shè)計者、組織者、指導(dǎo)者[7-9]，學(xué)生從“封閉的束縛態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤伴_放的自由態(tài)”[1]91。開放實踐教學(xué)模式將教學(xué)資源、實驗資源、實驗過程、實驗評價和管理等都網(wǎng)絡(luò)化，提高了教學(xué)效率[10-13]。

2.2 總體設(shè)計

以“培養(yǎng)基本素質(zhì)好、實踐能力強，具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和社會責(zé)任感，具有一定的國際視野、較強的適應(yīng)能力和可持續(xù)發(fā)展能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才為目標(biāo)”的辦學(xué)理念為指導(dǎo)，學(xué)校設(shè)計建設(shè)一個開放的數(shù)據(jù)庫實踐教學(xué)平臺，能夠給教師和學(xué)生提供實踐教學(xué)的完善保障，充分利用信息化手段，整個實踐教學(xué)實現(xiàn)全天候、多平臺、多功能，大幅減少人工指導(dǎo)和批改的工作量，拓展學(xué)生自主學(xué)習(xí)的空間和時間，提高實踐教學(xué)的廣度和深度。

平臺總體設(shè)計完成實驗內(nèi)容和實驗過程的全面管理，包括實驗內(nèi)容的設(shè)置、SQL語法檢查、程序調(diào)試、實驗過程控制、實驗教學(xué)輔導(dǎo)、結(jié)果驗證檢查、試驗指標(biāo)評價等。系統(tǒng)面向3類用戶，分別是管理員、任課教師和學(xué)生。管理員具有最高權(quán)限，負責(zé)維護系統(tǒng)運行；任課教師可以設(shè)置課程、發(fā)布實踐任務(wù)、批改作業(yè)等；學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)登錄平臺完成指定的實踐任務(wù)并查看評閱結(jié)果等功能。系統(tǒng)分為教師子系統(tǒng)、學(xué)生子系統(tǒng)和管理員子系統(tǒng)，具體的功能見圖1。

2.3 平臺的建設(shè)及應(yīng)用情況

1）系統(tǒng)設(shè)置與管理。

系統(tǒng)設(shè)置分為以下幾個項目：基礎(chǔ)信息管理包括各類用戶的信息管理和維護，用戶主要為系統(tǒng)管理員、任課教師、選課學(xué)生等，并設(shè)置不同的權(quán)限，支持批量導(dǎo)入學(xué)生信息；教學(xué)任務(wù)管理主要負責(zé)管理每門課程的實驗內(nèi)容以及每個學(xué)期的教學(xué)任務(wù)信息；系統(tǒng)管理負責(zé)對系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)進行定期和不定期備份、災(zāi)難恢復(fù)等功能；系統(tǒng)還具有公告和留言管理、密碼管理等功能。

2）實踐任務(wù)設(shè)置與發(fā)布。

任課教師在教師子系統(tǒng)中對當(dāng)前學(xué)期選課的學(xué)生信息進行錄入或?qū)耄瑸椴煌瑢I(yè)和班級的學(xué)生制訂不同的實驗內(nèi)容，并為每個實驗設(shè)置起止時間。如當(dāng)前學(xué)期商新娜老師為軟件工程2014級1-2班學(xué)生講授數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用（SQL Server平臺）課程，將該班的學(xué)生信息導(dǎo)入學(xué)生管理系統(tǒng)，然后從教學(xué)資源庫中為該班選定了8個具體實驗環(huán)節(jié)共16學(xué)時的實踐任務(wù)，設(shè)置每個具體實驗的開始、結(jié)束時間，拓展了學(xué)生進行實驗的空間和時間。

圖1 開放實踐平臺總體結(jié)構(gòu)圖

3）學(xué)生按時完成實踐任務(wù)。

選課的學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)號和密碼進入學(xué)生子系統(tǒng)，在個人中心欄目可以看到自己的實踐任務(wù)和完成時間要求，見圖2。

學(xué)生根據(jù)課程進度，在實驗結(jié)束時間前，可以按照實驗具體要求的步驟進行實驗操作，對于大部分實驗內(nèi)容，系統(tǒng)能即時提示該實驗操作是否執(zhí)行正確，見圖3。如果不正確，學(xué)生可以根據(jù)錯誤提示，重復(fù)實驗。完成本次實驗的所有任務(wù)后，學(xué)生可以在線編輯完成自己的實驗報告，并上交。

4）教師評閱與反饋。

任課教師可以隨時評閱學(xué)生上交的實驗報告，給出實驗得分和評語，并針對學(xué)生實驗過程中碰到的問題，逐個反饋或者發(fā)布公告講評。學(xué)生登錄系統(tǒng)后能看到教師的評分和反饋，改進自己的實驗。在學(xué)期末，系統(tǒng)自動匯總每個學(xué)生的實驗成績并保存。

2.4 實踐平臺應(yīng)用效果

數(shù)據(jù)庫開放實踐平臺自2013年實施以來，實踐教學(xué)與理論教學(xué)相輔相成，在學(xué)生鞏固理論知識、提高動手能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識等方面都起到了推進作用。學(xué)生普遍反映使用開放實踐平臺實驗提高了興趣和積極性。由于時間和空間的靈活性，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣慢慢養(yǎng)成。很多學(xué)生還利用業(yè)余時間對很多實驗問題進行了深入了解和探索，并通過課程的學(xué)習(xí)對很多前沿數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的研究（如大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘等）產(chǎn)生了濃厚的興趣。2013級軟件工程100名畢業(yè)生中有近20名學(xué)生在數(shù)據(jù)庫相關(guān)領(lǐng)域就業(yè)或深造，這個比例較之前有大幅提高。

圖2 學(xué)生查看教師安排的實驗任務(wù)

圖3 學(xué)生進行在線實驗

應(yīng)用開放實踐平臺以來，實驗室和教師的壓力也得到了緩解。數(shù)據(jù)庫實驗中80%的項目不再占用實驗室的正常排課時間，教師能靈活安排時間進行實驗批閱和在線答疑，教學(xué)壓力也得到了分散。

2.5 實踐平臺的進一步發(fā)展規(guī)劃

開放實踐平臺將繼續(xù)支持?jǐn)?shù)據(jù)庫類課程的實踐教學(xué)，并針對實際運行的問題，不斷改進和優(yōu)化，進一步設(shè)計開發(fā)移動終端實踐平臺系統(tǒng)，為教學(xué)提供更大空間。

開放實踐平臺本身就是一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計和實施的典型案例，課題組教師正在整理該系統(tǒng)設(shè)計和實施過程，按照數(shù)據(jù)庫類課程的知識點，形成一套完整的教學(xué)案例，應(yīng)用于教學(xué)中，該案例也為程序設(shè)計類課程和Web技術(shù)類課程提供了案例參考。

實踐開放平臺在支撐常規(guī)實踐教學(xué)的同時，逐步積累了大量的學(xué)生實踐、教師評閱等方面的數(shù)據(jù)。當(dāng)這些數(shù)據(jù)達到一定規(guī)模后，就可以進行學(xué)生學(xué)習(xí)行為等多角度的數(shù)據(jù)分析，為課程改革和培養(yǎng)方案制訂等提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，成為決策依據(jù)。

3 結(jié) 語

數(shù)據(jù)庫開放實踐教學(xué)平臺的建設(shè)，拓展了學(xué)生參與實踐的時間和空間，提高了實驗室資源的利用率，分散緩解了教師教學(xué)壓力，提高了實踐教學(xué)的質(zhì)量和效果，是高校開放實踐教學(xué)模式的有益嘗試，使實踐教學(xué)在人才培養(yǎng)中發(fā)揮越來越重要的積極作用。開放式實踐教學(xué)模式還有很大的發(fā)展空間，需要緊跟時代發(fā)展、不斷創(chuàng)新，才能使它得到更廣泛和深入的應(yīng)用。