AI賦能+OBE在“數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用”教學(xué)中的探索與實(shí)踐

摘 要：本文以“數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用”為例，實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”理念下培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展的目標(biāo)，探索課程教學(xué)改革和成果評價考核體系?；谌斯ぶ悄蹵I賦能+OBE教學(xué)理念背景下，憑借“對分易”教學(xué)平臺線上線下混合教學(xué)、案例教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動教學(xué)等創(chuàng)建師生共同體，課前、課堂和課后，AI提供最優(yōu)的教學(xué)材料和學(xué)習(xí)資料，滿足教學(xué)過程的大眾化和個性化需求，從而實(shí)現(xiàn)了因材施教，兼顧了學(xué)生“知識的獲取”“能力的培養(yǎng)”和“素養(yǎng)的培養(yǎng)”三者有機(jī)融合為一體，構(gòu)建了智能化精細(xì)化教學(xué)過程管理和成果評價考核體系，加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、個性化學(xué)習(xí)和深入學(xué)習(xí)，提升學(xué)生創(chuàng)新能力和提高教師教學(xué)質(zhì)量和水平。

關(guān)鍵詞：人工智能AI賦能；OBE教學(xué)理念；任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)；案例教學(xué)

課程質(zhì)量直接決定著人才培養(yǎng)的質(zhì)量，課程建設(shè)是提高課程質(zhì)量的核心部分，也是建設(shè)教育強(qiáng)國的重要基石。吳巖2018年第一次就高教課程建設(shè)提出“高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度”（簡稱“兩性一度”）的概念。2019年教育部印發(fā)《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》，以“兩性一度”為課程標(biāo)準(zhǔn)，著力打造“金課”，全面提升人才自主培養(yǎng)質(zhì)量。本科課程建設(shè)的創(chuàng)新性是指課程內(nèi)容有前沿性和時代性，教學(xué)形式體現(xiàn)先進(jìn)性和互動性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個性化［1］。高校教學(xué)形式多樣化有利于提升課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度［2］。在網(wǎng)絡(luò)信息化時代背景下，隨著智能手機(jī)的普及，學(xué)生獲取學(xué)習(xí)的信息更加便捷［3］。人工智能AI賦能高等教育，引領(lǐng)教育走向更加智能化、個性化的高質(zhì)量發(fā)展之路，為解決我國當(dāng)前教育發(fā)展中遇到的一系列難題提供新的思路和方法［4］。

在大數(shù)據(jù)新時代，中國工程院院士、阿里云創(chuàng)始人王堅(jiān)認(rèn)為數(shù)據(jù)就是人們在互聯(lián)網(wǎng)留下的腳印，互聯(lián)網(wǎng)以空前的速度和廣度收集了人們的“腳印”，這也為數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。煤炭的燃燒驅(qū)動了蒸汽時代，石油、風(fēng)和水驅(qū)動著電氣時代，計(jì)算能力驅(qū)動著一個全新的數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)真正成為人類一種全新的資源［5］?！皵?shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用”是計(jì)算機(jī)專業(yè)的專業(yè)核心課程，也是一門理論與實(shí)踐結(jié)合較強(qiáng)的專業(yè)課程，其主要依據(jù)離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、程序設(shè)計(jì)的一些基本理論，使學(xué)生具備數(shù)據(jù)庫的基本理論知識與應(yīng)用技能。“數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用”教學(xué)的課堂設(shè)計(jì)和評價標(biāo)準(zhǔn)原以考查知識掌握情況的應(yīng)試模式為主，在其知識和應(yīng)用之間存在一定程度的脫節(jié)現(xiàn)象，接受應(yīng)試教育長大的學(xué)生普遍存在著基礎(chǔ)知識尚好而應(yīng)用能力薄弱的現(xiàn)狀。此外，這種應(yīng)試模式忽略學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，學(xué)生的知識學(xué)習(xí)與其能力培養(yǎng)不能同時進(jìn)行，知識的獲取主要通過教師傳授，能力的形成需要學(xué)生將學(xué)到的知識頻繁地運(yùn)用到實(shí)際場景中來培養(yǎng)［6］。OBE（Outcome Based Education）教學(xué)理念是以學(xué)生為本，教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施的目標(biāo)以學(xué)生通過教育過程最終實(shí)現(xiàn)的學(xué)習(xí)成果為準(zhǔn)，以成果為目標(biāo)導(dǎo)向的教育更強(qiáng)調(diào)以專業(yè)最終需求作為成果［78］。

1 借助AI+OBE教學(xué)理念，基于“以學(xué)生為中心”，構(gòu)建師生共同體

借助AI+OBE教學(xué)理念，貫徹落實(shí)“以學(xué)生發(fā)展為中心”的教育理念，參考“兩性一度”的課程標(biāo)準(zhǔn)，使得課程內(nèi)容具有前沿性和時代性，教學(xué)過程具有探究性和個性化，實(shí)現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和素質(zhì)熏陶有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和創(chuàng)新意識。教師從僅是知識的教授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者、合作者和組織管理者，學(xué)生從知識被“灌輸者”轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)過程的積極參與者、合作伙伴和協(xié)助者，形成了新時代特色的師生共同體。

2 基于AI+OBE教學(xué)理念，構(gòu)建“教—學(xué)—機(jī)”協(xié)同良性循環(huán)教學(xué)生態(tài)圈

高教教育因教育機(jī)器人的引入，教育模式發(fā)生了重要改變［9］。AI賦能教育創(chuàng)造了新的教學(xué)模式，構(gòu)建了教師、學(xué)生與機(jī)器三位一體的教學(xué)生態(tài)圈，以形成自主、協(xié)作、探究和共享的智能學(xué)習(xí)模式。機(jī)器成為智能助教、學(xué)伴或?qū)?，與師生共同學(xué)習(xí)、共同成長，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)、學(xué)習(xí)和評價方式。隨著AI的發(fā)展，許多智能學(xué)習(xí)機(jī)器人產(chǎn)品涌現(xiàn)，如虛擬助教、虛擬陪練、智能批改和個性化推薦等［10］。

2.1 課前準(zhǔn)備，AI提供多種方案、優(yōu)化組合最優(yōu)的教學(xué)材料、學(xué)習(xí)資料

根據(jù)社會行業(yè)需求和學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)，制定“數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用”課程目標(biāo)（見表1），其強(qiáng)調(diào)對于學(xué)生的知識點(diǎn)的掌握以及能力的培養(yǎng)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力、創(chuàng)新思維和科學(xué)素養(yǎng)?；谡n程目標(biāo)和要求，分層重構(gòu)課程知識體系。首先從數(shù)據(jù)庫理論基本知識學(xué)習(xí)開始，其次是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分析，最后是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，這樣層層遞進(jìn)重構(gòu)“數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用”課程體系。在教學(xué)過程中，根據(jù)本課程大綱要求和目標(biāo)，將教學(xué)內(nèi)容嵌入教學(xué)任務(wù)中，設(shè)計(jì)教學(xué)過程，包括引入問題、分析問題、解決方案和問題實(shí)現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生由簡入繁、由易到難，循序漸進(jìn)地完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，啟發(fā)學(xué)生自主開展學(xué)習(xí)，助力學(xué)生學(xué)以致用，知其然更知其所以然。通過真實(shí)工作場景、AI虛擬情景訓(xùn)練和虛擬項(xiàng)目的教育，增強(qiáng)學(xué)生的親身體驗(yàn)感，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力、創(chuàng)新思維、綜合思考能力和問題解決能力。當(dāng)有與課程內(nèi)容相關(guān)的最新的文本數(shù)據(jù)、圖片、文獻(xiàn)和視頻等多模態(tài)數(shù)據(jù)時，任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法使學(xué)生以學(xué)習(xí)小組為單元協(xié)作完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。使用AI生成智能動態(tài)題庫可解決學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求問題［11］。由此可見，AI賦能高校教育，通過大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，根據(jù)教師的教學(xué)需求和學(xué)生的個體化學(xué)習(xí)需求，可動態(tài)組合生成最優(yōu)的教學(xué)教材、個性化學(xué)習(xí)資料和教學(xué)輔導(dǎo)方案，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的因材施教。

2.2 理論課堂，智能化教學(xué)情境、案例教學(xué)和動態(tài)反饋教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生體驗(yàn)感

課堂教學(xué)是培養(yǎng)人才的重要元素。教學(xué)效果良好的課堂教學(xué)不是教師單向的知識灌輸，而應(yīng)該是教師和學(xué)生進(jìn)行良性互動交流?；谌斯ぶ悄蹵I模擬教學(xué)情境結(jié)合“雨課堂”和“對分易”教學(xué)平臺，教學(xué)互動拉近了師生們之間的距離，創(chuàng)造生動、直觀的學(xué)習(xí)環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)生的親身體驗(yàn)感，使得課堂上教師的“獨(dú)舞”變成了師生的“雙舞”或“群舞”。通過相互學(xué)習(xí)交流、課堂小測試和參與主題討論等多種教學(xué)活動，增強(qiáng)了師生之間互動的靈活性，并營造了積極的課堂學(xué)習(xí)氛圍。由此可見，該教學(xué)平臺有利于豐富課程教學(xué)內(nèi)容和加快知識傳播速度。

知識點(diǎn)案例分析教學(xué)。在講授數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)時，用一組學(xué)生成績求和的實(shí)例來介紹其重要特點(diǎn)。通過兩種求和方式對比分析，可突出數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的重要性和其優(yōu)點(diǎn)。例如，求4名學(xué)生的成績（95，62，100，89）之和，求和方法一，用文件管理數(shù)據(jù)+C語言計(jì)算，其程序?yàn)椋?/p>

main（）

{

int x［10］，i，s=0；

FILE *fp；

fp=fopen（\"e：＼＼＼＼score.txt\"，\"r\"）；for（i=0；ilt;N；i++）

fscanf（fp，\"%d\"，x+i）；//從文件讀數(shù)據(jù)

for（i=0；ilt;N；i++）

{s=s+x［i］；}

}

Score.txt文件內(nèi)容為：95、62、100和89。

求和方法二，用數(shù)據(jù)庫求和。在數(shù)據(jù)庫中，這組學(xué)生成績求和和排序的命令語句分別為：“SELECT SUM（SCORE）FROM Data”和“SELECT SCORE FROM Data Order by SCORE”。數(shù)據(jù)庫需要先創(chuàng)建表2Data，此表包含字段Sno和SCORE，再導(dǎo)入4位同學(xué)的學(xué)號和成績。

2.3 實(shí)習(xí)課堂，任務(wù)驅(qū)動教學(xué)，提升學(xué)生邏輯分析、創(chuàng)新實(shí)踐和溝通協(xié)作的能力

教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)，考慮到教學(xué)任務(wù)的難易程度、學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和動手能力，可要求學(xué)生單獨(dú)或小組共同完成，在“對分易”教育平臺上發(fā)布教學(xué)任務(wù)。對于有一定難度的教學(xué)實(shí)習(xí)任務(wù)可采用小組合作式完成，以培養(yǎng)學(xué)生的組織協(xié)作溝通能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作意識，還可以促進(jìn)同學(xué)之間的良好友誼和營造相互學(xué)習(xí)氛圍。為了能使每個小組均能在規(guī)定時間內(nèi)完成課程實(shí)習(xí)任務(wù)，每個小組至少有一位學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、動手能力強(qiáng)的學(xué)生，這有利于班級集體團(tuán)結(jié)和學(xué)生間相互學(xué)習(xí)交流。任務(wù)成果的評價可采用教師（專家）評價、小組自評、組間互評等方式培養(yǎng)學(xué)生的溝通表達(dá)能力、邏輯分析能力和分析復(fù)雜問題的能力，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、團(tuán)隊(duì)合作意識和競爭意識。

2.4 教學(xué)拓展，邀請專家進(jìn)課堂，閱讀文獻(xiàn)參加競賽，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)科研能力

人工智能AI融入大學(xué)生的課外拓展活動中，發(fā)揮著重要的輔助角色。課外拓展活動不僅有助于學(xué)生解決學(xué)習(xí)中的疑惑，提高學(xué)習(xí)效率，還可以為其提供豐富的信息資源。在課后，學(xué)生可在“對分易”教學(xué)平臺上查看課后資源，通過實(shí)驗(yàn)、作業(yè)的練習(xí)鞏固知識點(diǎn)，對存疑的地方也可在“對分易”教學(xué)平臺上發(fā)布討論以獲得教師和學(xué)生的解答。課外拓展閱讀書籍文獻(xiàn)、邀請專家走進(jìn)課堂、鼓勵學(xué)生參與專業(yè)競賽活動等可作為課堂教學(xué)的延伸和補(bǔ)充，這對于學(xué)生加深知識理解，拓展知識面，開闊國際視野，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力、批判分析能力和科學(xué)素養(yǎng)科研能力都具有重要意義。AI的快速檢索、精準(zhǔn)推薦等智能化輔助功能為學(xué)生提供了極大的便利，幫助他們更好地理解和吸收這些復(fù)雜而有趣的知識，也能幫助其獲取到跨學(xué)科的學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)知識的融合和拓展。通過互聯(lián)網(wǎng)、多樣化的社交媒體平臺等多種渠道，獲取目前科技領(lǐng)域的知識、技術(shù)動態(tài)和熱門話題，課后拓展活動變得更加豐富和多元化，學(xué)生將新知識融入自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，從而深化對學(xué)科內(nèi)容的理解。

2.5 智能化動態(tài)教學(xué)過程管理，促進(jìn)知識傳授、能力培養(yǎng)和素養(yǎng)培養(yǎng)

通過“對分易”教學(xué)平臺，教師可對學(xué)生課前、課堂和課后的學(xué)習(xí)過程全面實(shí)時監(jiān)測（見表3），提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、溝通協(xié)調(diào)能力、團(tuán)隊(duì)合作意識和綜合應(yīng)用能力。基于OBE教學(xué)理念，借助“雨課堂”和“對分易”教學(xué)平臺發(fā)布單元測試、單元作業(yè)與討論話題，提供課堂上“選人”“搶答”“討論”和“隨堂練習(xí)”等教學(xué)服務(wù)活動，有助于教師引領(lǐng)與組織課堂教學(xué)過程，活躍課堂教學(xué)氛圍，提升學(xué)生的課堂專注力、參與度和學(xué)習(xí)主動性，讓學(xué)生積極參與課堂教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生主動思考的能力和分析問題的能力?！皩Ψ忠住苯虒W(xué)平臺在課后強(qiáng)調(diào)鞏固、反思并回溯學(xué)習(xí)過程，互評活動有利于學(xué)生之間相互學(xué)習(xí)，鍛煉學(xué)生的思辨能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。同時，學(xué)生可通過教師的講授汲取知識，也可通過內(nèi)化吸收、參與主題活動錘煉能力，其兼顧了“知識的獲取”與“能力的培養(yǎng)”，也實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)由傳統(tǒng)向智慧、知識向能力及灌輸向?qū)嵺`的轉(zhuǎn)變。由此可見，通過AI智能化技術(shù)與教育的融合，智能化動態(tài)教學(xué)過程管理過程不僅有助于加速知識的傳播速度、廣度和深度，也有利于人才培養(yǎng)的智能化、高效化和人才評價的科學(xué)化。

3 AI賦能+OBE教學(xué)理念的實(shí)踐，其在課程教學(xué)中教學(xué)成果的評價

OBE教學(xué)理念在“數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用”專業(yè)必修課程教學(xué)改革中應(yīng)用教學(xué)效果良好。傳統(tǒng)的課程教學(xué)評價體系主要由學(xué)生卷面成績、作業(yè)、出勤和平時表現(xiàn)構(gòu)成，其中卷面成績占比70%～80%，是考核的主要部分。傳統(tǒng)的“一卷式”考核體系無法較好地判別學(xué)生對知識的掌握情況、能力的培養(yǎng)和素養(yǎng)的水平，因而有必要建立基于重視學(xué)生學(xué)習(xí)過程的多樣化考核機(jī)制?；贠BE理念的教學(xué)評價體系著重考查學(xué)生學(xué)習(xí)成果的達(dá)成度，構(gòu)建了豐富、多元化的評價體系，并注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考核；此外，還增添了課外拓展活動情況考核，從學(xué)生獨(dú)立完成情況、小組合作完成情況和小組答辯情況這三個方面進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)成果評價。貫穿于學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程的考核和拓展課外考核相結(jié)合、線上和線下相結(jié)合、理論和實(shí)踐相結(jié)合，建立以應(yīng)用能力評價為主的多元化的教學(xué)評價體系，最終實(shí)現(xiàn)課程知識、能力和素質(zhì)目標(biāo)。

過程性考核成績由實(shí)驗(yàn)、主題活動和課外拓展的參與度（60%），作業(yè)和小測試的完成情況（40%）兩大部分構(gòu)成。期末總成績由過程性考核成績和期末卷面成績按40%和60%的比例構(gòu)成，如2024屆畢業(yè)生，而2023屆畢業(yè)生的期末總成績則由平時成績和期末卷面成績按30% 和70%組成。通過有效的課程問卷調(diào)查獲得學(xué)生學(xué)習(xí)投入度，其包含活力、專注和奉獻(xiàn)等投入量表。采用Likert5級量表，分值0、1、2、3、4分別表示學(xué)習(xí)投入程度“沒有”“相對較少”“適中”“相對較多”和“非常多”。由表4可知，AI賦能+OBE教學(xué)理念實(shí)施于2024屆畢業(yè)生，其過程性考核的平均成績和均方差分別為85.12和3.07，且期末卷面成績和期末總成績顯著高于2023屆畢業(yè)生用傳統(tǒng)教學(xué)模式的成績，并均通過了顯著性水平為0.05的顯著性檢驗(yàn)。2024屆畢業(yè)生的學(xué)習(xí)投入度（活力度、專注度和奉獻(xiàn)率）均顯著高于2023屆畢業(yè)生的成績。課程所有目標(biāo)2024屆畢業(yè)生的達(dá)成度均高于2023屆畢業(yè)生的，且均超過0.80。由此可見，AI賦能+OBE教學(xué)理念有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)效率，提升教學(xué)質(zhì)量和水平，獲得良好的教學(xué)效果。

結(jié)語

基于AI賦能+OBE教育理念，創(chuàng)立“以學(xué)生為中心”的師生共同體、憑借“雨課堂”和“對分易”教學(xué)平臺線上線下混合、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)、案例教學(xué)等教學(xué)形式，構(gòu)建貫穿學(xué)生學(xué)習(xí)全過程、全方位和多角度的評價考核體系，融合知識傳授、能力培養(yǎng)和素養(yǎng)水平，實(shí)現(xiàn)因材施教、培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展和個性化教學(xué)的目標(biāo)，形成“教—學(xué)—機(jī)”協(xié)同良性循環(huán)教學(xué)生態(tài)圈，使教學(xué)效果明顯提升，也提高課程教學(xué)質(zhì)量和水平。

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作者簡介：謝佳辰（2004— ），男，漢族，江蘇南京人，本科。

*通信作者：張世鈴（1976— ），女，漢族，福建長樂人，碩士研究生，講師，從事圖像識別、知識工程。