基于平行雙實(shí)例結(jié)構(gòu)重構(gòu)應(yīng)用型數(shù)據(jù)庫(kù)課程

王若賓，宋 威

（北方工業(yè)大學(xué) 信息學(xué)院，北京 100144）

1 課程現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)庫(kù)類課程在全國(guó)大多數(shù)高校均有開設(shè)，其中計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)側(cè)重?cái)?shù)據(jù)庫(kù)原理和系統(tǒng)開發(fā)的講授和學(xué)習(xí)，而大量非計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)類課程則以應(yīng)用能力培養(yǎng)為主。數(shù)據(jù)庫(kù)類課程開設(shè)歷史長(zhǎng)、涉及專業(yè)多，相關(guān)的教學(xué)研究和教學(xué)改革也在不斷涌現(xiàn)。既有文獻(xiàn)關(guān)注教學(xué)方案[1]和實(shí)踐設(shè)計(jì)[2]、慕課建設(shè)[3]和翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐[4]以及對(duì)多所世界一流大學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)類課程的調(diào)研[5]。這些文獻(xiàn)從不同角度豐富和促進(jìn)了數(shù)據(jù)庫(kù)類課程的教學(xué)研究。但數(shù)據(jù)庫(kù)類課程本身也面臨新的挑戰(zhàn)。一方面，課程的培養(yǎng)目標(biāo)與學(xué)生的學(xué)習(xí)需求之間存在錯(cuò)位，導(dǎo)致學(xué)不能致用的問題比較突出；另一方面，信息技術(shù)與教學(xué)的深度融合，特別是MOOC、SPOC 的出現(xiàn)，深刻影響了現(xiàn)有的教學(xué)形態(tài)，新形勢(shì)下學(xué)生的學(xué)習(xí)特征和學(xué)習(xí)偏好也在發(fā)生變化，因此傳統(tǒng)的課程內(nèi)容和教學(xué)模式已經(jīng)難以適應(yīng)這種變化。具體表現(xiàn)在：

（1）現(xiàn)有課程內(nèi)容和體系結(jié)構(gòu)或者偏重理論講授，或者過(guò)度側(cè)重操作技能，而在培養(yǎng)應(yīng)用能力的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)部分容量偏低，特別是在應(yīng)用場(chǎng)景識(shí)別、業(yè)務(wù)邏輯分析方面的訓(xùn)練嚴(yán)重不足，學(xué)生缺乏快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的能力。

（2）創(chuàng)新應(yīng)用的需求不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)有課程中部分應(yīng)用實(shí)例嚴(yán)重老化，脫離現(xiàn)實(shí)，特別是不能反映互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的創(chuàng)新需求，如云端開發(fā)等，也就難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

（3）移動(dòng)前端技術(shù)融入數(shù)據(jù)庫(kù)課程還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，如果不能夠把創(chuàng)新需求以移動(dòng)方式傳播擴(kuò)展，則學(xué)習(xí)者難以切實(shí)體會(huì)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用價(jià)值，也會(huì)降低其學(xué)習(xí)成就感和獲得感。

近年來(lái)隨著新工科教育的興起，大量工科專業(yè)對(duì)于數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的需求層次在不斷提高。此外，方興未艾的信息技術(shù)賦能教育對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)賦能領(lǐng)域應(yīng)用也提出了新的要求，而針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)類課程，以學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，結(jié)合教學(xué)新形態(tài)的教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐仍然缺乏。因此，根據(jù)時(shí)代發(fā)展需要和學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)的變遷，有針對(duì)性地對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)課程，特別是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用型課程從體例結(jié)構(gòu)、內(nèi)容布局到教學(xué)模式進(jìn)行全方位的重構(gòu)勢(shì)在必行。

2 基于學(xué)習(xí)遷移理論的課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)重構(gòu)

學(xué)習(xí)遷移理論的歷史淵源來(lái)自于中國(guó)，早在兩千多年前，孔子就提出了“舉一反三”“溫故而知新”等教學(xué)思想，是學(xué)習(xí)遷移思想的樸素體現(xiàn)。現(xiàn)代學(xué)習(xí)遷移理論的核心是“一種學(xué)習(xí)對(duì)另一種學(xué)習(xí)的影響”[6]?；趯W(xué)習(xí)遷移理論，學(xué)習(xí)者在一個(gè)學(xué)習(xí)情境中的習(xí)得會(huì)影響另一個(gè)情境下的習(xí)得，在教學(xué)中設(shè)計(jì)雙實(shí)例平行結(jié)構(gòu)就是為了更好地引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)遷移，以課程講授實(shí)例影響和帶動(dòng)自主設(shè)計(jì)實(shí)例的學(xué)習(xí)。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用技術(shù)的知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)平行雙實(shí)例共享知識(shí)鏈條的結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)平行實(shí)例中串起來(lái)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，形成平行雙實(shí)例線結(jié)構(gòu)，如圖 1所示。

圖1 基于平行雙實(shí)例結(jié)構(gòu)的課程內(nèi)容

對(duì)課程體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，首先是對(duì)知識(shí)鏈條進(jìn)行重構(gòu)，突出實(shí)踐和設(shè)計(jì)兩個(gè)要素，虛線橢圓區(qū)域是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成能力，在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)中數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)往往置于基礎(chǔ)操作之前；在沒有具體實(shí)踐之前，學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)建模總是感覺難以下手，本次重構(gòu)把它放到實(shí)踐再認(rèn)知之后，在掌握基本數(shù)據(jù)管理技能后再來(lái)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)建模。

在實(shí)例選擇上，仍以圖書館管理系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程為第一條主線，這是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的經(jīng)典案例，向?qū)W生講解從認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)—使用數(shù)據(jù)庫(kù)—設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)到管理數(shù)據(jù)庫(kù)以及構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的完整過(guò)程，通過(guò)完整的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用有全貌性把握；另一條主線是鐵路購(gòu)票系統(tǒng)的實(shí)施過(guò)程，與第一條主線相對(duì)應(yīng)，但其流程分析和模型設(shè)計(jì)更具挑戰(zhàn)性，同時(shí)可以很好地與圖書館實(shí)例的典型流程相對(duì)應(yīng)。最近幾年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，跟學(xué)實(shí)例在促進(jìn)學(xué)生掌握數(shù)據(jù)庫(kù)的基本技能并形成基本的整體觀上具有明顯效果，而能力提升需要有更具挑戰(zhàn)性但契合度高的實(shí)例。因此在平行雙實(shí)例結(jié)構(gòu)的第二條主線設(shè)計(jì)了模仿實(shí)例這條主線，相比跟學(xué)實(shí)例，它的難度提升了，但是與知識(shí)鏈條的契合度高，主要知識(shí)環(huán)節(jié)都是一一對(duì)應(yīng)的，并設(shè)計(jì)為系列習(xí)題，有利于學(xué)生在模仿探究中學(xué)習(xí)。

3 面向教學(xué)微生態(tài)建設(shè)的課程教學(xué)模式重構(gòu)

MOOC 自21012 年問世以來(lái)，在世界各國(guó)的教育界引發(fā)了MOOC建設(shè)和研究的熱潮。而隨著MOOC建設(shè)和應(yīng)用的演進(jìn)，如何利用好優(yōu)質(zhì)的在線資源帶動(dòng)線下學(xué)習(xí)已經(jīng)漸成共識(shí)，在理論和實(shí)踐方面也出現(xiàn)了相關(guān)的教學(xué)實(shí)踐和研究[7-8]。應(yīng)用型數(shù)據(jù)庫(kù)課程尤其適合混合式教學(xué)，但不是簡(jiǎn)單把MOOC 復(fù)制后的本地化?；贛OOC 建設(shè)包括SPOC 在內(nèi)的多種在線資源，并籍此構(gòu)建教學(xué)微生態(tài)，它是包含了人、教學(xué)資源和教學(xué)過(guò)程的動(dòng)態(tài)發(fā)展系統(tǒng)，圖2顯示了面向教學(xué)微生態(tài)的四象限教學(xué)模式框架。

圖2 基于MOOC+SPOC 的教學(xué)微生態(tài)模式框架

基于教學(xué)微生態(tài)全過(guò)程學(xué)習(xí)的特點(diǎn)和規(guī)律形成面向?qū)嶋H課堂的一體化解決方案還需要更多的自主資源建設(shè)，近年來(lái)的教學(xué)做了以下資源補(bǔ)充：①基于案例的微課視頻；②與知識(shí)鏈條對(duì)應(yīng)的章節(jié)習(xí)題；③與微課視頻對(duì)應(yīng)的實(shí)訓(xùn)專題；④期末考試電子題庫(kù)。

4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施和數(shù)據(jù)采集

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。教學(xué)對(duì)象為北方工業(yè)大學(xué)本科生，課程為數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)。其中，對(duì)照組為2016 級(jí)本科生4 個(gè)班共118 人，檢驗(yàn)教學(xué)效果的實(shí)驗(yàn)組選擇本校2017 級(jí)本科生4 個(gè)班共121 人，實(shí)驗(yàn)組使用雙實(shí)例結(jié)構(gòu)實(shí)施教學(xué)，兩組教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)鏈條相同，教學(xué)持續(xù)時(shí)間均為16 周。

（2）教學(xué)實(shí)施。對(duì)2017 級(jí)本科生的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂實(shí)施平行雙實(shí)例結(jié)構(gòu)重構(gòu)后的課程教學(xué)，采用課堂講授和上機(jī)實(shí)踐相結(jié)合的模式，加大上機(jī)實(shí)踐的比例，講授和實(shí)踐的課時(shí)比例為1∶1。

教學(xué)微生態(tài)系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)建以本校E-learning 系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺(tái)，它作為學(xué)生登陸以及第三方資源鏈接發(fā)布的統(tǒng)一入口。資源方面除了自制課件外，還適度引入了優(yōu)質(zhì)MOOC 課程視頻，以鏈接方式呈現(xiàn)在本校E-learning 系統(tǒng)中；綜合使用課程微信群、B 站自制視頻等提高信息溝通的時(shí)效性和視頻學(xué)習(xí)的交互性。

教學(xué)微生態(tài)系統(tǒng)并不是靜態(tài)的技術(shù)系統(tǒng)，技術(shù)平臺(tái)之上的教學(xué)活動(dòng)才是微生態(tài)系統(tǒng)的核心。其中課程講授采用“以我為主，適度翻轉(zhuǎn)”的策略，即課程主線為重構(gòu)后的知識(shí)鏈條，教師依知識(shí)鏈條實(shí)施課堂講授，某些具體知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)需要對(duì)優(yōu)質(zhì)MOOC 資源劃裁使用并以翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施。在實(shí)例講解上，采取解析跟學(xué)實(shí)例，以問題驅(qū)動(dòng)方式引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)模仿實(shí)例的方式。實(shí)踐方面，根據(jù)知識(shí)鏈條把實(shí)例布置為作業(yè)并依序發(fā)布。在平行雙實(shí)例結(jié)構(gòu)下，作為檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的手段之一，依課程結(jié)構(gòu)順序設(shè)置了7 個(gè)單元測(cè)試，分為基礎(chǔ)性題目和提高性題目，其中提高性題目基于模仿實(shí)例的應(yīng)用背景，用于檢測(cè)新模式下的學(xué)習(xí)成效。

（3）數(shù)據(jù)采集。E-Learning 系統(tǒng)記錄了學(xué)生的課程訪問統(tǒng)計(jì)，主要采集學(xué)生上機(jī)課以及課外學(xué)習(xí)的行為數(shù)據(jù)，期末考試采用機(jī)考，由系統(tǒng)自動(dòng)判分，以上3 項(xiàng)是客觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。此外，還通過(guò)調(diào)查問卷獲取學(xué)生對(duì)教學(xué)效果的主觀評(píng)價(jià)，采用Likert-7 量表，各測(cè)量項(xiàng)采用文字表述，回答選項(xiàng)為1～7，其中1 表示完全不同意，4 表示中立，7 表示完全同意，數(shù)字依次遞增表示態(tài)度從負(fù)面到正面的評(píng)價(jià)。問卷針對(duì)平行雙實(shí)例教學(xué)實(shí)踐的學(xué)習(xí)反饋，因此僅對(duì)2017 級(jí)課堂發(fā)放。

5 教學(xué)效果檢驗(yàn)

表1 顯示的是兩組學(xué)生成績(jī)和登錄次數(shù)的對(duì)比。

表1 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的對(duì)比

數(shù)據(jù)顯示，成績(jī)和登錄次數(shù)均有較大幅度提升，其中“提高成績(jī)”的增幅更大，表明平行雙實(shí)例方式在培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用能力方面具有一定效果。

問卷經(jīng)過(guò)了預(yù)測(cè)試，修改后形成最終問卷，以電子形式發(fā)布，于期末前最后一次課完成。本次問卷回收有效記錄112 條，回收率為95.04%，刪除缺失值較多和明顯不認(rèn)真回答記錄7 條，用作分析的記錄為105 條。各維度所包含測(cè)量項(xiàng)數(shù)、信效度和均值見表2。

表2 各測(cè)量維度的數(shù)據(jù)

滿足測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)其測(cè)量值才具有較高的信效度，數(shù)據(jù)顯示各個(gè)維度的信效度均符合要求（Cronbach’s α>0.7，C.R.>0.6，AVE>0.5[9]）。數(shù)值范圍1～7，越高表示學(xué)生對(duì)該維度的評(píng)價(jià)越高。所有測(cè)量維度均值都在4 以上，表明學(xué)生對(duì)該教學(xué)模式各個(gè)維度的評(píng)價(jià)均持偏正向的態(tài)度。

6 結(jié)語(yǔ)

近年的教學(xué)實(shí)踐表明，基于經(jīng)典的學(xué)習(xí)理論以平行雙實(shí)例結(jié)構(gòu)重構(gòu)課程內(nèi)容，并以教學(xué)微生態(tài)系統(tǒng)實(shí)施新的教學(xué)模式，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律，在應(yīng)用型數(shù)據(jù)庫(kù)課程的教學(xué)實(shí)踐中取得了比較明顯的提升和改進(jìn)，獲得較好的學(xué)生評(píng)價(jià)反饋。