杜小勇，盧 衛(wèi)

（1. 中國人民大學 數(shù)據(jù)工程與知識工程教育部重點實驗室，北京100872；2. 中國人民大學 信息學院，北京 100872）

SPOC報告：我們的實踐與淺見

杜小勇1,2，盧 衛(wèi)1,2

（1. 中國人民大學 數(shù)據(jù)工程與知識工程教育部重點實驗室，北京100872；2. 中國人民大學 信息學院，北京 100872）

2016-2017春季學期，中國人民大學數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論教學小組在一個教學班上開設了SPOC課堂，采用已在愛課網(wǎng)上發(fā)布的人大數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)教學組開設的MOOC課程。文章介紹這個學期以來該課程團隊的所思所為，描述過程、總結(jié)經(jīng)驗、提出建議，供開設數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論SPOC課堂的教師參考。

MOOC；SPOC；課堂教學；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論

1 對SPOC的認知

1.1 SPOC簡介

SPOC（Small Private Online Course，翻轉(zhuǎn)課堂），顧名思義，是與MOOC（Massive Open Online Course）對應的小班教學，保留了傳統(tǒng)的班級概念。SPOC的教學資料、教學進度等既與MOOC有關(guān)，又有一定的獨立性。可見SPOC是為了改善MOOC某些方面的不足而提出來的。MOOC的優(yōu)點在于其大規(guī)模性上，同選課的學生形成社區(qū)，可以互助式學習，相互提問、相互提高；缺點也在其大規(guī)模上，千人一面，缺少了個性化，不符合“因材施教”的要求。因此，從某種意義上講，SPOC保留了傳統(tǒng)課堂的教學模式，學生可以使用MOOC的教學資源，教師也可以增加自己的教學材料，融入教師個人的因素。

1.2 使用SPOC的好處

SPOC是為了克服MOOC的不足而提出的，因此分析MOOC的不足，可以了解SPOC的好處。首先，MOOC的教學要求通常會低一些，為了照顧各種背景的學生，在教學內(nèi)容和考核要求上不可避免地降低要求；其次，MOOC難以做到“以學生為中心”，由于教師制作MOOC時并不知道學生是誰，只能以知識傳授為中心；第三，MOOC實驗很難實施，理工科課程如果沒有設置實驗，教學質(zhì)量難以保障。

SPOC的好處體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）SPOC教學有助于促進“以學生為中心”教學理念的實施，改變“教師是課堂的主導者”的狀況，讓學生成為學習活動的主導者。

（2）SPOC教學要求學生自學而不是預習，有助于促進“終身學習能力”的養(yǎng)成。

（3）有助于課程目標的達成。

1.3 組織SPOC課堂教學

SPOC課堂假設學生可以自主學習，因此改變教學模式和教學內(nèi)容勢在必行。在實踐中有3種授課模式，具體運用的時候可以交叉使用。

（1）知識整理型（“授業(yè)”型） ：如何幫助學生整理知識？嘗試用“研究型”的教學方式幫助學生整理知識，從課堂效果看學生反映較好。以“并發(fā)控制”一章為例，正常講授需要2次課，SPOC教學只需要1次。從定義問題、給出可行解決方案、方案優(yōu)化3個層次梳理知識，首先應回答什么是“正確”的并發(fā)調(diào)度，什么是“好”的并發(fā)調(diào)度？引出“可串行化”調(diào)度的概念以及衡量系統(tǒng)吞吐量基準測試TPCC的tpmC（每分鐘完成的事務數(shù)量）指標。其次，給出可行的解決方案，一個是引入“沖突操作”以及“沖突可串行化”調(diào)度的概念，將基于結(jié)果比較的定義轉(zhuǎn)化為對調(diào)度本身進行判斷的定義，另一個是使用封鎖機制和2PL協(xié)議輔之以死鎖檢測與消解法。這兩種策略獲得的調(diào)度都是正確的，但是都是整個正確調(diào)度的子集（充分條件但不是必要條件）。第三步，介紹幾種優(yōu)化措施，為了提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的并發(fā)度，或提升tpmC的值，需要采取一些措施。措施之一是增加封鎖類型，引入“排它鎖和共享鎖”概念，讓讀讀操作不阻塞。假如20%是寫操作、80%是讀操作，那么64%的操作將不會沖突，整個系統(tǒng)的并發(fā)度會有極大提高。措施之二是利用數(shù)據(jù)庫對象的天然層次性，可以減少鎖表的開銷。具體而言，就是引入“意向鎖”概念以及基于意向鎖的封鎖協(xié)議。如果有時間還可以介紹通過降低一致性級別達到提高系統(tǒng)并發(fā)度的做法。這樣的講法既整理了知識，又有一種新鮮感，學生不會有“重學一遍”的感覺。

（2）答疑解惑型（“解惑”型） ：SPOC講課之前，需要了解學生的學習情況，可以為此設計一個支持SPOC教學的系統(tǒng)，要求學生在上課前完成自習和定制練習。系統(tǒng)將記錄學生的成績以及出現(xiàn)錯誤的統(tǒng)計信息和具體錯誤信息。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以有針對性地對學生在學習過程中普遍存在的問題進行重點講解或課堂練習。例如，在發(fā)現(xiàn)學生對空值（NULL）概念理解不是很全面后，在課堂上安排關(guān)于NULL如何參與運算（以計算班級學生平均分數(shù)為例）的討論，學生經(jīng)過思考提出了3種解決辦法，即忽略NULL的方案、考慮NULL的方案（將其視作0）以及結(jié)果為NULL的方案。然后安排對3種方案的投票。從投票情況看，一半學生支持將其視作0的方案。在此基礎上，總結(jié)兩種解決方案，即“理論完美型”（結(jié)果為NULL的方案）和“現(xiàn)實可行型”（忽略NULL的方案），分析這兩種方案的優(yōu)缺點。

（3）解決問題型（“傳道”型） ：SPOC教學容易造成知識碎片化，因而不成體系，這給教師授課帶來困難。以一個實際信息系統(tǒng)應用為抓手，讓碎片化的知識整體化，讓不連續(xù)的教學過程體系化，是一個不錯的選擇。知識的作用在于應用知識解決實際問題。由于從一開始就布置了實際信息系統(tǒng)開發(fā)的任務，因此，結(jié)合實際問題進行分析講解就更加生動。例如，結(jié)合科研項目管理的任務，可以幫助學生分析并畫出ER圖。由于大作業(yè)包括了需求分析、概要設計、邏輯設計、物理設計、系統(tǒng)實施等環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都可以安排這樣的講解，這對提高學生解決問題的能力有很大幫助。

此外，不僅限于上課時間，教師平時也應安排形式多樣的答疑解惑，包括但不限于郵件、微信群、討論區(qū)，甚至面對面方式。

當然，上述3種教學模式完全可以混合使用。目的就是一個，讓學生有更大的熱情主動參與課程的學習[12]。

2 我們的實踐

根據(jù)上面對SPOC特點的思考與分析，筆者將SPOC學習總結(jié)為3D（3個維度）學習法：第一維度是學生自習，通過自主看MOOC視頻和教科書等掌握基本知識；第二維度是教師課堂講解并與學生討論；第三維度是通過一個實際項目將所學的知識和技能用起來，在干中學，在學中干。

本學期的課程安排上，除了前兩周全部講授以外（補充一些數(shù)據(jù)庫歷史以及中國數(shù)據(jù)庫發(fā)展方面的內(nèi)容），基本上每周安排一次講課和一次課題研究。

（1）準備：決定開設SPOC以后，筆者向愛課網(wǎng)[2]進行了申請，愛課網(wǎng)準備了SPOC課堂，這樣筆者就可以在自己的SPOC空間發(fā)布講課視頻和提交作業(yè)了。事后發(fā)現(xiàn)，目前的愛課網(wǎng)對SPOC的支持還不足，除了發(fā)布視頻外，不支持反饋SPOC學生學習情況的功能，例如，無法了解學生上課前觀看視頻的情況、無法統(tǒng)計學生在線作業(yè)的情況等。因此SPOC上課前，教師是聾子瞎子，無法有針對性地備課。盡管筆者及時組織力量開發(fā)了一個為SPOC服務的教學支持系統(tǒng)，但由于邊開發(fā)邊應用，效果也不理想。

（2）項目：筆者選擇了3個校園信息化的項目為抓手，考慮到資源的可控性，選擇了信息學院第二課堂管理、重點實驗室辦公自動化、科研項目統(tǒng)計與管理3個有實際背景的項目。項目選擇的基本原則是：難度適中，有數(shù)據(jù)庫需求，有一定的獨立性。學生按照自己的意愿組隊，每個隊伍不超過4人，共12支隊伍，每個項目4支隊伍。這樣既能方便討論又有一定的團隊競爭性。

（3）學期中間調(diào)查：在教學進展到1/3的時候，筆者想了解一下SPOC的實施情況和教學效果，因此進行了一次問卷調(diào)查。筆者想知道：學生對MOOC/SPOC的態(tài)度和評價如何？ 學生的學習效果如何？學生有什么建議？調(diào)查對象為參與SPOC課堂的48名學生。調(diào)查問卷共有12題，其中1—11題為單選題，第12題為多選題。同時，筆者進行了課堂測驗, 出了5道題，要求用SQL完成。

問題1，學生自學情況。SPOC的前提就是學生自學。如果沒有自學，SPOC就失去了意義。筆者設置了3個問題：①每次上課前，你是否做到提前學習MOOC課程；②和其他類似的課程相比，花在這門課上的時間是多少；③每周在SPOC上花的時間多少。圖1～圖3是統(tǒng)計結(jié)果。

從調(diào)查結(jié)果看，絕大部分的學生都能自覺在上課前自學視頻，學習的時間在1～3小時，與一周課堂教學的時間類似。盡管比傳統(tǒng)的課堂花更多的時間，但是也在合理范圍內(nèi)。

問題2，對MOOC的認可程度。筆者問了3個問題：①是否重復看MOOC視頻；②參與MOOC討論區(qū)的情況；③對MOOC的認可度。圖4—圖6展示的是統(tǒng)計結(jié)果。

從調(diào)查情況看，學生極少參與MOOC討論區(qū)的交流，這與筆者期望的情景有差距。為什么學生不愿意在討論區(qū)交流還值得進一步討論。

問題3：對SPOC學習的認可度。筆者問了兩個問題：①SPOC帶來的收獲；②對SPOC的態(tài)度。調(diào)查結(jié)果見圖7—圖8。

問題4，對SPOC的建議。筆者設置了兩個問題，一個是選擇題，一個是開放題。圖9是選擇題的統(tǒng)計結(jié)果。

學生的建議包括：對本堂課涉及相關(guān)視頻內(nèi)容做一個回顧與梳理；由于SPOC視頻內(nèi)容按照碎片化的知識點組織，梳理知識點與其他知識點之間的關(guān)系；能否像高中應試教育那樣，多出一些習題，上課時進行練習、講解等。

圖1 問題1①統(tǒng)計結(jié)果

圖2 問題1②統(tǒng)計結(jié)果

圖3 問題1③統(tǒng)計結(jié)果

圖4 問題2①統(tǒng)計結(jié)果

圖5 問題2②統(tǒng)計結(jié)果

圖6 問題2③統(tǒng)計結(jié)果

圖7 問題3①統(tǒng)計結(jié)果

圖8 問題3②統(tǒng)計結(jié)果

圖9 問題4統(tǒng)計結(jié)果

期末考試筆者在兩個班級進行了對比。每個班級分別由不同的教師講授，講課的教材都是王珊教授編寫的《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論》[1]，考試范圍在課程開始之初就告知了學生?？荚噧?nèi)容由兩個班級的教師共同擬定，期末考試試卷由6道大題組成。為了公平起見，每道題的得分點也在改卷之前，由兩位教師共同擬定，并在同一時間和地點一起批改。筆者把成績劃分成5個區(qū)域（[90,100],[80,90),[70,80), [60,70),[0,60)），并統(tǒng)計每個班級學生在各個區(qū)域的比例，結(jié)果見圖10。

從圖10可以看到，在優(yōu)秀率上（成績≥90），SPOC課堂比傳統(tǒng)課堂高7.64個百分點，且學生的不及格率為0，而傳統(tǒng)課堂的不及格率為8.33%。為了進一步了解兩種教學模式的區(qū)別，筆者在圖11中分別列出了兩個教學班學生的平均成績和成績標準差。從圖11中可以看到，在平均成績上，SPOC課堂比傳統(tǒng)課堂高4分，而描述學生之間成績差異的標準差，傳統(tǒng)課堂是82，而SPOC課堂只有58。

圖10 教學班成績分布情況統(tǒng)計圖

圖11 教學班學生的平均成績和成績標準差統(tǒng)計圖

以上分析在一定程度上說明，與傳統(tǒng)課堂教學相比，SPOC課堂教學在提高學生成績優(yōu)秀率、降低成績不及格率、提高平均成績、減少學生之間的成績差異方面，確實有比較明顯的效果。

3 結(jié) 語

3.1 使用SPOC的好處

SPOC要求學生有很強的自學能力和自我管控能力，這正是終身學習需要的素質(zhì)。因此，選擇一些課程按照SPOC方式進行教學，可以訓練學生終身學習的意識和能力。

SPOC將重心從知識點的學習轉(zhuǎn)移到能力的訓練，從單一的課堂學習到綜合性的學習上。這種教學理念和教學方式的變化，正是OBE教育思想的核心要求。

SPOC讓師生從單一的課堂教學中解放出來，可以開展更加靈活多樣的教學形式。

3.2 SPOC需要強有力技術(shù)平臺的支持

SPOC是否能取得理想的效果，很大程度上取決于學生的學習狀況：是否看了視頻？測試成績?nèi)绾?？社區(qū)中有什么典型的問題？本次筆者采用中國大學MOOC在線的平臺（愛課網(wǎng)）進行SPOC教學，這個平臺提供的SPOC教學功能無法參與MOOC討論，與MOOC互動不夠！也就是說SPOC是一個相對封閉的社區(qū)，與MOOC社區(qū)沒有通道，這對MOOC發(fā)展不利。

3.3 SPOC需要學校鼓勵的政策支持

SPOC教學要花更多的時間去準備。這個學期，筆者團隊投入這門課的師資包括：兩位主講教師、1位高訪和1位助教，這還不算投入系統(tǒng)開發(fā)的團隊。SPOC的講課PPT都需要重新制作，不能與MOOC視頻使用的PPT相同，因此，教師需要花更多精力。

3.4 需要加強對SPOC的研究

SPOC是新生事物，SPOC的實際教學效果還需要時間去評價，SPOC的最佳教學模式還需要探索和總結(jié)。因此，需要大家對此進行深入研究和實踐。

致 謝

中國人民大學數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論教學小組的王珊老師、陳紅老師參與了SPOC討論，博士生王童童全程參與了本課程的助教工作，負責調(diào)查問卷的統(tǒng)計，高訪學者吉林大學計算機系黃晶副教授參與了實踐項目的指導，理工處石源博士、信息學院張國富書記和王曉彤老師、教育部重點實驗室胡婷老師等參與了實踐項目的需求凝練和項目成果匯報驗收環(huán)節(jié)。

[1] 王珊, 薩師煊. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論[M]. 北京: 高等教育出版社, 2014: 9.

[2] 中國大學MOOC. 首頁[EB/OL]. [2017-08-28]. http://www.icourse163.org/.

1672-5913(2017)11-0005-05

G642

教育部2016年課程教材改革研究項目“在線開放課程大數(shù)據(jù)研究項目（一期）”；中國人民大學教師教學發(fā)展改革項目“基于數(shù)據(jù)庫MOOC教學的在線實驗平臺研究”。

杜小勇，男，教授，研究方向為數(shù)據(jù)庫，duyong@ruc.edu.cn。

杜小勇

（編輯：孫怡銘）