數據庫系統概論慕課課程建設與應用

陳 紅，王 珊

（1. 中國人民大學 數據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）

數據庫系統概論慕課課程建設與應用

陳 紅1,2，王 珊1,2

（1. 中國人民大學 數據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）

慕課的出現和發展，使中國的高校教育出現了新的發展契機。文章總結數據庫慕課課程的建設現狀，探討數據庫慕課課程建設的幾個關鍵問題，介紹數據庫系統概論慕課課程及數據庫工作組的基本情況。

數據庫系統概論；慕課；SPOC；實驗平臺

1 數據庫慕課課程建設現狀

2014年 第 二 屆MOOC與高校計算機課程建設研討會上，李未院士在報告中強調，全面提高高等教育質量的關鍵是全面提高本科教育質量，提出建設本科教學9門核心基礎課程的慕課課件，包括C程序設計、離散數學、計算機組成、數據結構、算法設計與分析、操作系統、數據庫、計算機網絡與大數據、軟件工程與開源社區（數字化科學實踐課程）等。

數據庫課程是計算機相關專業及信息管理與信息系統專業的重要專業基礎課，其重要性不言而喻。但相比于程序設計類課程，數據庫慕課課程要少得多。目前國內外講授數據庫系統基礎的慕課課程主要有中國人民大學王珊等的數據庫系統概論（中國大學MOOC）、哈爾濱工業大學戰德臣的數據庫系統（中國大學MOOC、學堂在線）、東北師范大學李雁翎的數據庫技術及應用（中國大學MOOC）、北京工業大學杜金蓮的高級數據庫系統（學堂在線）、東華大學劉曉強等的信息系統與數據庫技術（中國大學MOOC）、The Georgia Institute of Technology的Leo Mark開設的Database Systems Concepts and Design（edX）、University of Colorado Denver的Michael Mannino開設的Database Management Essentials （Coursera），還有一些講授某個具體數據庫產品的課程（網易云課堂、edX、Coursera）。

建設數據庫慕課課程必須要解決課程內容設計、教學方式與教學手段設計、實驗設計等問題，其中最大挑戰是如何有效地設計和評價數據庫實驗。目前已有的多數數據庫慕課課程在實驗設計上還存在很多欠缺，限制了慕課課程的教學效果。

2 數據庫慕課課程建設的幾個關鍵問題

2.1 課程內容設計

慕課課程不是傳統課堂教學的簡單翻版，授課內容需要精心設計和組織。

傳統課堂教學面向的對象是固定的，授課對象的知識層次是事先可把握的，因此在組織課堂教學時更有針對性。然而慕課的授課對象廣泛，知識層次參差不齊，需求也變化多樣，這就要求慕課課程知識點必須按模塊組織，便于按需選擇和重組知識點，以適應不同類型、不同層次的學校和學生。

數據庫技術的學科內容十分豐富，研究領域也非常寬泛，包括基本理論、實現技術和方法、DBMS軟件系統、多種多樣的應用。圖1的立方體形象地描述了數據庫多層次、多類型、多視覺的學習內容和研究范疇。其中，橫軸是課程內容，縱軸是研究范疇，縱深軸是學習的深度和廣度。

圖1 數據庫課程體系

以中國人民大學數據庫系統概論慕課課程為例，該課程在內容設計上非常注重知識點的可剪裁性，知識點與課本內容有一個基本的對應關系，同時對知識點有不同的定位，包括基本了解的知識點、需要深入掌握的知識點和需要舉一反三的知識點。這樣各個學校在使用慕課時可以根據自己的情況方便地剪裁。

根據慕課的特點，人大數據庫慕課團隊首先對知識點進行梳理組織，做到課程內容碎片化的同時知識點仍然是完整的、相互聯系的。根據慕課選課對象大眾化、多層次、多類別的特點，筆者把數據庫系統概論一門本科課程的內容分為基礎篇、高級篇和新技術篇3門慕課課程。不同的學校可以根據自己的需求選擇其中一門或多門課程講授學習。

數據庫系統概論基礎篇是從數據庫使用者的角度介紹數據庫的基礎知識以及關系數據庫的理論、方法和技術，包含36個視頻以及實驗、習題、考試等資源，內容涉及數據庫系統概述、關系數據庫、SQL語言、數據庫安全性和數據庫完整性。

數據庫系統概論高級篇從數據庫設計者和DBA的角度介紹數據庫設計和DBMS中有關查詢處理和事務管理的基本概念和基本技術。討論DBMS中查詢處理、事務管理、數據庫恢復、并發控制等基本概念和基本技術，但是沒有涉及具體的實現技術細節。高級篇包含41個視頻以及實驗、習題和考試等資源。

隨著計算機軟硬件技術的進步，特別是大數據的出現，數據庫技術獲得快速發展，新技術和新系統層出不窮。數據庫系統概論新技術篇全面介紹數據庫管理系統的最新進展以及大數據環境下數據庫的前沿技術。新技術篇由中國人民大學中青年優秀教師講授，他們在科研第一線，可以給廣大科技人員和學生帶來最新的知識和技術。新技術篇主要包含3部分內容，第一部分內容是數據庫系統概論新技術篇的擴展，包括數據庫新技術概述、基于新硬件的聯機分析處理技術、數據挖掘技術。第二部分內容是數據庫管理系統的最新進展，包括內存數據庫系統、數據庫一體機、數據庫安全與隱私保護、開源數據庫系統。第三部分內容是大數據技術，包括：①大數據技術概論，涉及大數據的基本概念、大數據的基本架構和大數據應用；②大數據平臺，涉及批處理系統、分布式應用協調服務、鍵值對系統、文檔數據庫、圖數據庫、流處理系統和HIVE系統；③大數據算法和分析，涉及大數據近似算法、大數據與機器學習、社交網絡大數據分析、文本互聯網大數據分析和多媒體大數據分析。

2.2 教學方式與教學手段

慕課教學方式和手段包括視頻錄制、PPT制作、討論區使用等。

首先，慕課視頻是最主要的慕課課件，它對授課教師語言的嚴謹性要求比較高。傳統課堂教學相對隨意，而慕課視頻要求授課教師語言精練，沒有廢話，因而課堂的信息量非常大。同時由于學生完全自主學習，注意力高度集中的時間有限。這些都要求慕課視頻不能長，以10～15分鐘為宜。慕課視頻的特點，容易導致視頻的呆板和枯燥，如何把傳統課堂的風趣元素有機地融入慕課視頻中，又不失慕課視頻的簡潔，是慕課教學的一個難點。

第二，慕課視頻對PPT的要求較高。傳統課堂教學中，教師可以通過激光筆、教鞭、手勢等多種方式，將學生的注意力吸引到PPT的相應位置；通過在黑板上寫寫畫畫，更細致地講解重點和難點，這是慕課教學不具備的。在慕課教學中，授課教師只能通過在PPT上做文章達到吸引學生注意力以及講清重點和難點的目的，所以慕課的PPT通常有比較多的動畫，制作PPT的工作量較大。

第三，善用討論區。慕課在教與學過程中，缺少師生的實時互動，只能用討論區彌補。討論區是師生互動、學生互助的好地方，可以在一定程度上替代物理教室的面對面交流和互動，也能提高學生學習的主動性，使學生有歸屬感。可見，慕課討論區是正常教學的補充手段，必須想辦法用好，比如制訂激勵機制，鼓勵學生在討論中發言；將學生在討論區的表現納入平時成績；教師經常活躍在討論區中，發起和引導討論或者解答問題等。

2.3 實驗平臺建設

數據庫實驗部分的建設絕不是錦上添花，而是必不可少。

對于計算機學科，實驗教學非常重要，而實驗教學恰恰是慕課的軟肋。相比于程序設計類課程，數據庫課程的實驗教學困難更大，主要表現在兩個方面：一是中國大學慕課等平臺都缺少專用的數據庫實驗平臺；二是沒有有效的實驗評價軟件和合理的評價方式。

傳統課堂的實驗教學方式是，教師針對學生的具體情況，事先為每一節實驗課安排實驗任務，學生去實驗室完成上機任務并撰寫實驗報告提交給教師。實驗完成質量的判斷主要依據其實驗結果和實驗過程中關鍵界面的截圖。這種純手工、粗粒度的評價方式，不僅給學生帶來諸多不便，也給教師對學生實驗完成情況的分析帶來額外負擔。在慕課這種動輒上萬人的選課中，這種批改實驗的方式是不現實的。因此一些課程只好通過選擇題評價學習者的學習效果，這種測驗和評價方式是遠遠不夠的。

為此，筆者所在的數據庫系統概論慕課團隊研發了專門的實驗平臺，后臺使用人大金倉數據庫，數據庫服務器部署在中國人民大學信息學院機房中，實驗平臺的功能包括與中國大學慕課的接口（導入學生數據，導出實驗成績）、SQL實驗、實驗打分和評價機制、實驗分析等。

2.4 慕課課程學習狀況的大數據分析

大數據分析是改進慕課教學的重要手段，但授課教師無法獲得數據。

針對上萬的選課學生，如果能及時獲知學生的掌握情況，發現學生的共性問題，并及時通過在討論區中發起討論等方式進行進一步講解，勢必會提高教學效果。由于每年的選課學生情況都不同，遇到的問題也各有不同，如何在保護學生隱私的情況下獲取學生的必要數據進行分析，是慕課教學的難點。

以中國人民大學數據庫系統概論慕課課程為例，目前實驗平臺是慕課團隊自主研發的，已經可以通過該實驗平臺抓取學生完成實驗習題的行為，比如在每道題上的停留時間、錯誤率等，分析難點所在。但是，中國大學慕課平臺上的學生學習數據，授課教師目前是拿不到的，因此無法進行分析，這是未來慕課平臺必須要解決的問題，是提高慕課教學質量和慕課平臺增強自身競爭力的重要手段。

2.5 慕課在提升本科傳統課程教學質量上的應用

慕課課程如何在提升本科數據庫教學質量上發揮作用，是探索高等教育教學改革的方向之一。慕課作為普惠大眾的資源是非常重要的，它的注冊成本為零，無論是想系統地學數據庫，還是只想復習其中一些知識點，或想借助慕課解決傳統課堂學習時遇到的困惑，都可以從慕課中獲益。作為普惠大眾的慕課，看到學員受益，授課教師是很有滿足感的。但是慕課不光是普惠大眾的，還應該在提高本科生數據庫教學質量上發揮重要作用。

然而，慕課的課程內容、對作業實驗及考試的要求，往往與學校的教學要求存在差距。在學校里面，授課教師通常希望有更多的作業、更多的實驗、更難的考試。因此，必須建設面向本科課堂的SPOC和翻轉課堂。這樣，慕課可以有多種形式的應用。

（1）慕課+SPOC的形式，每一個學校做自己的教學方案。

（2）慕課+SPOC+課堂教學，對部分章節使用SPOC。例如，數據庫最適合做SPOC的內容可能是數據庫設計，那么該知識點采用SPOC，其他地方仍沿用傳統課堂教學。

（3）在傳統課堂教學中，用慕課作為補充。例如講授難點前，先讓學生課下觀看慕課視頻預習，或者利用慕課課件在課堂上演示動畫幫助學生更好地理解這些難點。

3 數據庫系統概論慕課課程及工作組

3.1 數據庫系統概論慕課課程

中國人民大學自1978年率先在國內開設該門課程以來，圍繞該課程的建設做了一系列工作，出版了一部教材、建設了一門精品課程、錘煉了一支教學團隊。數據庫系統概論教材自1983年至今已到第5版，兩次榮獲國家級優秀教材獎，在上百所重點大學和普通大學作為本科生專業課教材使用，被翻譯成藏文和繁體字在我國西藏和臺灣發行，成為我國影響力最大的數據庫教材。數據庫系統概論是中國人民大學信息學院精心打造的國家級課程精品，該課程于2005年獲得國家精品課程，后來又入選第一批國家精品資源共享課（2016年公布）。

自2015年來，人大數據庫課程教學團隊開始建設MOOC/SPOC課程，并初見成效。整個慕課建設過程經歷了3個階段。第一個階段是“請進來”，筆者邀請了慕課課程的先行者以及有豐富的慕課錄制經驗的教師來人大做交流，加深了團隊對慕課的認識。第二個階段是“走出去”，筆者加入了中國大學慕課聯盟，也多次參加了慕課聯盟組織的研討會。在這個過程當中，得到了來自方方面面的鼓勵，人大的數據庫系統概論課程也被中國大學慕課聯盟列為重點支持的9門核心基礎課之一，堅定了團隊建設好慕課的決心。第三個階段是真正的“干起來”，包括課程內容的設計、實驗設計和實驗系統的開發、課程錄制以及課程最終上線，其中實驗系統開發是整個課程建設的難點。數據庫系統概論基礎篇于2016年4月1號第一輪上線，共有23 000多學員注冊了這門課程。第二輪于2017年2月20日上線，仍然有22 000多學員注冊學習。數據庫系統概論高級篇于2016年9月5日第一輪上線，14 000多學員注冊；2017年3月27日第二輪上線， 11 000多學員注冊；數據庫系統概論新技術篇于2017年5月8日第一輪上線，已有16 000多學員注冊學習。目前新一輪課程正在上線，已有15 000多學員注冊。

3.2 數據庫課程工作組

為了研究如何提升數據庫慕課的建設水平，探索面向數據庫系統概論傳統課堂與慕課的深度融合，提高大學本科教育質量，幫助學生獲得更好的學習效果。根據中國高校慕課聯盟的建議，2017年1月由中國人民大學牽頭，成立了中國高校計算機教育聯盟數據庫課程工作組。

2017年1月13日在北京中國人民大學舉辦了數據庫系統概論MOOC建設與應用第一屆研討會暨中國高校計算機教育MOOC聯盟數據庫課程工作組成立會議。會議由中國高校計算機教育MOOC聯盟主辦，中國人民大學信息學院承辦，中國計算機學會數據庫專業委員會協辦，40余位國內數據庫專家和學者參加了會議。

數據庫系統概論MOOC建設與應用第二屆研討會暨中國高校計算機教育MOOC聯盟數據庫課程工作組第二次會議于2017年4月7—9日在揚州大學召開。會議由中國高校計算機教育MOOC聯盟主辦，揚州大學信息工程學院承辦，中國計算機學會數據庫專業委員會、教育部高等學校計算機類專業教學指導委員會、江蘇省計算機學會計算機教育專業委員會協辦。來自中國人民大學、北京大學、清華大學、中國科技大學、復旦大學、山東大學、南京大學、武漢大學、華東師范大學、西北工業大學等近百所高校200余位數據庫專家和學者參加了本次會議。

工作組的工作內容包括3個方面。

一是數據庫課程的共建。目前除了人民大學之外，還有一些高校也在建設數據庫慕課課程，工作組的第一項工作就是將大家組織起來，共同探索數據庫課程的建設指南、建設規范，引導優質的數據庫課程的建設。

第二項內容是組織研討和培訓。基于數據庫系統概論的慕課資源，組織線下的研討和培訓，推動慕課資源在工作組成員高校的共建共享。

第三項內容是構建涵蓋課程內容、教學方法、實驗環境等在內的數據庫慕課生態圈。

目前工作組下面細分為兩個小組：一個是SPOC小組，一個是慕課實驗課小組。每一個參加工作組的高校都可以選擇感興趣的小組。

4 結 語

慕課的出現和發展，使中國的高校教育出現了新的發展契機。數據庫系統概論慕課上線一年半，累計注冊人數已經超過10萬人。如何不斷改善慕課課程質量以更好地服務于學員，如何進一步加強和改進實驗平臺的設計，如何做好慕課學員的行為和成績分析以更好地服務于教師，如何讓慕課課程在提升本科數據庫教學質量上發揮實質性作用，是人大數據庫慕課團隊下一步重點關注的工作。

[1] 王珊, 薩師煊. 數據庫系統概論[M]. 5版. 北京: 高等教育出版社, 2014: 9.

[2] 李曉明. 慕課[M]. 北京: 高等教育出版社, 2015: 8.

[3] 王珊, 張俊. 數據庫系統概論[M]. 5版. 北京: 高等教育出版社, 2015.

[4] 教育部, 財政部. 關于“十二五”期間實施“高等學校本科教學質量與教學改革工程”的意見[S]. 教高[2011]6號.

[5] 教育部. 關于國家精品開放課程建設的實施意見[S]. 教高[2011]8號.

[6] 教育部. 關于加強高等學校在線開放課程建設應用與管理的意見[S]. 教高[2015]3號.

1672-5913(2017)11-0010-04

G642

教育部2016年課程教材改革研究項目“在線開放課程大數據研究項目（一期）‘MOOC課程有效學習的分析與對策研究’”；中國人民大學教師教學發展改革項目“基于數據庫MOOC教學的在線實驗平臺研究”；信息技術與信息管理國家級實驗教學示范中心項目。

陳紅，女，教授，研究方向為高性能數據庫、隱私保護，chong@ruc.edu.cn；

王珊（通信作者），女，教授，研究方向為高性能數據庫，swang@ruc.edu.cn 。

陳 紅

王 珊

（編輯：孫怡銘）