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)庫原理實驗課程教學(xué)的影響，并從實驗平臺建設(shè)、實驗內(nèi)容MOOC化、實驗教學(xué)方法等方面，探討數(shù)據(jù)庫原理實驗課程教學(xué)改革方法。

MOOC；數(shù)據(jù)庫原理；實驗教學(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，也為實驗課程教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)和機遇。清華大學(xué)李山山等人探討了MOOC時代的計算機實驗教學(xué)[2]，指出相對于計算機硬件實驗而言，計算機軟件實驗較易MOOC化；北京航空航天大學(xué)孫青等人提出實驗教學(xué)MOOC化應(yīng)從實驗內(nèi)容MOOC化、實驗環(huán)節(jié)虛擬化、實驗教學(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在計算機實踐教學(xué)中的應(yīng)用[4]，指出MOOC可以有效幫助學(xué)習(xí)者提升各項實驗技能，推動實驗室信息化建設(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。總的來說，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實驗課程[5]。中國人民大學(xué)王珊教授數(shù)據(jù)庫教學(xué)團隊不但創(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實驗平臺，也沒有指出數(shù)據(jù)庫實驗教學(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)庫原理自主實驗平臺設(shè)計[7]，但并沒有指出如何支持?jǐn)?shù)據(jù)庫MOOC實驗教學(xué)過程。

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

數(shù)據(jù)庫原理實驗課程具有自身特點，如實驗項目和實驗內(nèi)容多，要求實驗內(nèi)容可裁剪；實驗操作性和實踐性強，要求學(xué)生多做多練；實用性和應(yīng)用性強，要求實驗以應(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；實驗平臺多而復(fù)雜，要求建立開放共享的實驗平臺；實驗涉及的知識多，要求學(xué)生多花課外時間。

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

（1）數(shù)據(jù)庫課程實驗教學(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)和實驗課程教學(xué)脫節(jié)。

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

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

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

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

（2）數(shù)據(jù)庫原理實驗課程內(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驗過程的難度和復(fù)雜度。

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

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

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

4.1 數(shù)據(jù)庫MOOC實驗平臺建設(shè)

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

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

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

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

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

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

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

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

教師管理包括教師注冊、實驗考核、實驗情況分析3部分功能。實驗考核管理主要設(shè)定實驗考核標(biāo)準(zhǔn)，然后由系統(tǒng)對學(xué)生實驗完成情況進行自動考核，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)生最終的實驗成績。實驗情況分析通過實驗過程中收集的學(xué)生實驗進度信息、交流討論信息和實驗考核信息，綜合評價學(xué)生完成實驗的質(zhì)量情況。

4.2 MOOC實驗教學(xué)內(nèi)容改革

MOOC環(huán)境下數(shù)據(jù)庫原理實驗教學(xué)內(nèi)容可以分為MOOC實驗平臺、DBMS、數(shù)據(jù)集、實驗案例、實驗項目5部分內(nèi)容，其中實驗項目是核心的實驗教學(xué)內(nèi)容，其他為輔助的實驗教學(xué)內(nèi)容。表1列出各部分實驗教學(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)題解析與實驗指導(dǎo)》[8]把數(shù)據(jù)庫原理實驗分為11個實驗，每個實驗又分為若干個實驗項目，共計26個實驗項目，見表2。筆者仔細分析了各個實驗項目，指出其MOOC化方式（在線實驗、演示或者是在線實驗+演示3種方式），其中“在線實驗+演示”表示該實驗項目既允許學(xué)生在線實驗，又允許學(xué)生觀看實驗案例演示視頻，例如實驗1.1數(shù)據(jù)庫定義；“演示”表明該實驗項目不允許學(xué)生進行在線實驗，僅允許學(xué)生觀看實驗案例演示視頻，例如實驗5數(shù)據(jù)庫設(shè)計。

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

4.3 MOOC實驗教學(xué)方法改革

實驗教學(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方式進行實驗教學(xué)，即學(xué)生采取“在線實驗+演示”的線上方法進行實驗，或通過虛擬環(huán)境完成實驗項目；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)合的混合實驗?zāi)Ｊ?，一方面學(xué)生通過“在線實驗+演示”完成實驗內(nèi)容，另一方面可以線下實際操作，完成實驗項目內(nèi)容后，在線提交實驗報告。

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

表2 數(shù)據(jù)庫原理實驗課程實驗項目設(shè)置一覽表

實驗考核方面，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)生的實驗成績。

實驗結(jié)束后，可以利用數(shù)據(jù)庫MOOC實驗平臺收集的學(xué)生實驗過程產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，進行大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘，得出學(xué)生實驗情況分析報告，為后續(xù)實驗教學(xué)改進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)庫原理實驗課程教學(xué)帶來了新的機遇和挑戰(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)庫原理實驗課程教學(xué)還需要在實驗環(huán)境和工具的集成、實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的虛擬化和實驗教學(xué)內(nèi)容的MOOC標(biāo)準(zhǔn)化以及實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的功能完善方面加大研究和開發(fā)力度，以達到與數(shù)據(jù)庫原理理論課程MOOC建設(shè)有機融合和同步發(fā)展。

[1] 李雁翎. 計算機教育改革新形態(tài): MOOC+SPOC[J].中國大學(xué)教學(xué), 2016(12): 56-58, 71

[2] 李山山, 陳永強, 劉敬晗. MOOC 時代下的計算機實驗教學(xué)探討[J]. 計算機教育, 2014(13): 103-106.

[3] 孫青, 艾明晶, 曹慶華. MOOC環(huán)境下開放共享的實驗教學(xué)研究[J].實驗技術(shù)與管理, 2014, 31(8):192-195, 214.

[4] 周麗濤, 劉越, 彭立宏. 探索MOOC在計算機實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].計算機工程與科學(xué), 2014, 36(增刊1): 118-121.

[5] 崔貫勛. 基于云計算技術(shù)的 MOOC 實踐教學(xué)平臺[J]. 實驗室研究與探索,2015, 34(8): 119-123,157.

[6] 奎曉燕, 杜華坤, 劉衛(wèi)國. 基于MOOC理念的數(shù)據(jù)庫課程實踐教學(xué)改革[J]. 軟件導(dǎo)刊, 2016, 15(10):183-184.

[7] 黎孟雄, 郭鵬飛. 基于SQLite的數(shù)據(jù)庫原理自主實驗平臺設(shè)計[J]. 實驗技術(shù)與管理, 2016, 33(11):157-160.

[8] 王珊, 張俊. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論(第5版)習(xí)題解析與實驗指導(dǎo)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2015.

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)實踐教學(xué)體系的研究與實踐”（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）