算法類課程的微課視頻設計

閆秋艷+孟凡榮+葛欣

（中國礦業大學計算機科學與技術學院，江蘇 徐州 221116）

摘要：大學本科理工類課程以概念和算法為主，給微課視頻的設計帶來很多困難，如何針對以算法為主的理工類課程中的單一知識點，進行微課視頻設計，是本文討論的重點問題。本文以《數據庫原理》課程中的除法運算為例，從微課視頻設計存在的難點問題出發，對腳本設計及交互環節設計兩個個重點內容進行了詳細的闡述，并給出了今后進一步完善的方向。

關鍵詞：微課建設，視頻制作，數據庫原理，理工類課程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）24-0264-03

一、微課程發展及現狀分析

2008年，美國新墨西哥州胡安學院（San Juan College）的高級教學設計師、學院在線服務經理戴維·彭羅斯（David Penrose）正式提出了微課這一概念，并運用于在線課程。他認為，微課是一種以建構主義為指導思想，以在線學習或移動學習為目的，基于某個簡要明確的主題或關鍵概念為教學內容，通過聲頻或視頻音像錄制的60秒課程。微課不僅可用于在線教學、混合式教學、遠程教學等，也為學生提供了自主學習的資源，讓學生隨時隨地進行知識鞏固學習。國內研究者對微課有著不同的解讀。率先提出微課概念的廣東佛山教育局研究員胡鐵生將之定義為：“按照新課程標準及教學實踐要求，以教學視頻為主要載體，反映教師在課堂教學過程中針對某個知識點或教學環節而開展教與學活動的各種教學資源有機組合。其核心內容是課堂教學視頻（課例片段），同時還包含與該教學主題相關的教學設計、素材課件、教學反思、練習測試及學生反饋、教師點評等教學支持資源，即以一定的結構關系和呈現方式共同營造了一個半結構化、主題突出的資源單元應用‘生態環境，是在傳統的教學資源類型的基礎上繼承發展而來”。國內微課內容的呈現形式主要以結合PPT等多媒體的教師講授或課堂實錄片段這兩種形式呈現。下面以中國微課網為例進行介紹。中國微課網目前涵蓋了來自全國31個省市的中小學教師上傳的參賽微課視頻，涉及語文、數學、英語、物理、地理、化學、生物、政治、歷史、信息技術、科學、歷史與社會等學科，授課時長均在10分鐘以內。微課內容主要來源于中小學常規課的教學內容，部分微課是課堂實錄小片段，也有一部分是教師結合課件的講解，視頻常配有相關課程說明，方便學生尋找對應的知識點相比之下，國內微課內容的呈現形式較單一，仍以課堂實錄片段為主，教師們更傾向于對自己的優質課視頻進行后期加工，這也使授課內容缺乏一定連貫性。由于教師自身的編輯處理能力不強，加之缺少專業技術人員對視頻進行錄制、加工處理等，課堂實錄的效果不佳，從而影響微課視頻的實用性.與中小學授課內容不同，大學本科理工類課程以概念和算法為主，缺乏生動、活潑的案例及知識語境，學習過程相對枯燥乏味，給微課視頻的設計帶來很多困難，相比較之下，帶有操作類的理工科課程，微課設計就顯得相對容易。那么，如何針對以算法為主的理工類課程中的單一知識點，進行微課視頻設計，是本文討論的重點問題。（國內外“微課”資源建設與應用進展）

二、《數據庫原理》微課程建設存在的問題

《數據庫原理》是計算機科學與技術專業的專業主干課程，主要講授數據庫基本原理、基本方法以及數據庫的設計理論及簡單數據庫管理系統的使用，為學生未來從事數據庫相關研究或實際工作奠定基礎。鑒于該課程的重要作用，我院多年來一直保持對該課程的重點培養及建設，圍繞課程內容、教學方法、教學手段及課程資源庫等內容，開展了多次教學改革，培養了一支完整的教學梯隊，獲得了校級精品課程及多項教學成果獎勵。面對國內外微課程建設的熱潮，《數據庫原理》課程團隊也躍躍欲試，希望通過微課建設，使該課程能夠更廣泛的為社會大眾服務。然而，在建設初期，我們發現，《數據庫原理》這門課程存在諸多微課程建設的困難，具體體現在以下幾個方面。

1.概念多，算法多，實際動手操作少。《數據庫原理》課程包括：數據庫的基本概念、關系數據庫理論、SQL語句、關系數據庫規范化理論、數據庫設計原理及數據庫系統維護。除了SQL語句和數據庫設計部分內容包含具體操作和案例分析，其他章節的內容都以概念和算法為主，因此很難圍繞某一概念展開生動形象的微課案例設計。

2.概念之間的關聯性強。微課的時間要求比較嚴格，短小精煉的微課設計才能起到概念突出的效果，所以時間長度一般要求在5—10分鐘的范圍，時間太短不能說明問題，過長則顯得拖沓，學習者的注意力則不容易集中。但是，如何在短短10分鐘內，將一個涉及較多基本概念的主要內容，有層次、有節奏地呈現給學習者，需要授課教師對微課的腳本進行完善、精心的設計。

3.概念和計算過程復雜。對于《數據庫原理》課程中的概念和算法，有些比較晦澀難懂，例如本案例中的“除法”運算，因為具有“雙重否定”的含義，同時沒有直接對應的關系代數符號，需要進行邏輯表示上的轉換，因此語義和語法上都存在理解的難度。在實際授課的過程中，通常用一個學時講概念及過程推導，一個學時舉例講解。即便如此，在考試中除法運算還是學生最主要的失分項。將此概念作為微課程設計的對象，意義顯而易見，但難度也是非常明顯的。

綜合上述三點存在的問題，我們迎難而上，開展了針對《數據庫原理》微課教學設計的嘗試。本文以《數據庫中的除法運算》為例，說明針對算法類理工科本科課程微課視頻設計的主要方法及心得體會，希望能達到拋磚引玉，投石問路的作用，為后續此類課程微課設計的深入開展奠定基礎。

三、腳本設計

1.主要內容。本次微課的知識點是《數據庫中的除法運算》，結合以往教學經驗，首先給出圍繞知識點的四個主要學習內容：除法運算解決的問題、概念、關系代數表示和SQL表示。選擇這四個方面，是希望通過“要解決的問題”引出數據庫中除法運算的重要意義，引起學生的學習興趣；在此基礎上，趁熱打鐵地給出除法運算的概念，由于概念比較晦澀難懂，我們考慮從關系代數和SQL語句兩個方面進行理解，因為關系代數式除法運算的機器語言形式，而SQL則是用戶直接使用的形式，兩種語言既有聯系又有區別，同時理解才能從根本上理解除法的概念和意義。

2.案例設計。在上述主要內容的框架下，我們考慮通過一個案例貫穿整個微課過程，從概念、關系代數表示和SQL語法表示三個方面，對舉例進行講解，達到理解和融會貫通的效果。在圖1這個例子中，共有三個關系模式：S（學生）C（課程）SC（學習），查詢“至少選修了1號同學選修的所有課程的學生姓名”。顯然，這是一個典型的除法運算解決問題。由于除法運算都具有明顯的包含關系，但是被除數關系與除數關系較難確定，因此我們采取用圖形的形式更加直觀地對兩個集合進行表示，并在后續的章節中一直結合該圖形及對應的集合符號R和S進行講解，通過這個案例，學生可以產生清晰的感性認識：究竟什么樣的問題，可以用除法運算來表示和解決。在給出除法概念的基礎上，立刻回到原來的例子，鞏固概念的同時，給出關系代數的表示方法。對于相同的例子，已經理解了除法概念，知道這個問題應該用除法來解決，并且也知道會得到什么樣的結果，關鍵問題是，如果用關系代數對這個問題進行表示。于是，我們在視頻中分步驟地給出關系代數中的“被除數”，“除數”的表示方法，如此可以很容易理解RS的結果，同時對照圖形集合表示，清晰地說明了計算機是如何對除法進行理解和表示的。最后，也是除法運算的難點部分，除法的SQL表示。在集合圖形表示的基礎上，容易理解R包含S，此時進一步將除法運算的結果，表示為“S-R為空”，并解釋為Not Exists（S-R），接下來，只要將Not Exists（S-R）用SQL進行表示即可。為了便于理解，我們將Not Exists（S-R）的表示拆分為三步：第一步：表示集合S和R；第二步，表示S-R；第三步，表示Not Exists（S-R）。為了鞏固知識點的掌握，我們給出了一個全新的例子，而對于這個舉例，采用了Flash動畫的形式，使學生動態地觀看和理解除法運算執行的過程，從而能夠從原理上深入理解這種操作，見圖2。

3.交互環節設計。在交互環節，我們提供了兩種手段，其一，在微課進行過程中，插入兩次短暫的動畫時間，讓學生思考問題的關系代數表示和除法表示，插入動畫的間隙，也給學生留出短暫梳理的時間，使其能夠緩一緩精神，為后續的課程思考做好準備；其二，在微課最后，插入了一張練習題的課件，一是可以供學生課后進行聯系和復習，同時通過這些習題，可以讓學生直觀、快速地看到這堂課最后應該掌握的內容，實際上達到總結的目的。

本文在總結《數據庫原理》微課建設存在的難點問題的基礎上，結合該課程微課建設中的經驗和體會，以《數據庫中的除法運算》這一具體知識點的設計過程為例，闡述了理工類本科課程，在“算法多”“概念多”的情況下，如何進行微課視頻的設計。后續，我們還會進一步針對交互環節進行設計，考慮如何在10分鐘的學習過程中，讓學習者能夠及時得到反饋，有身臨其境的學習感，同時有掌握知識的成就感。

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