MOOC環境下數據庫原理實驗課程教學改革探索

張 俊

（大連海事大學 信息科學技術學院，遼寧 大連 116024）

MOOC環境下數據庫原理實驗課程教學改革探索

張 俊

（大連海事大學 信息科學技術學院，遼寧 大連 116024）

MOOC環境下數據庫原理理論課程建設快速發展，而實驗課程建設相對滯后。文章分析MOOC環境對數據庫原理實驗課程教學的影響，并從實驗平臺建設、實驗內容MOOC化、實驗教學方法等方面，探討數據庫原理實驗課程教學改革方法。

MOOC；數據庫原理；實驗教學；教學改革

1 背 景

MOOC作為一種創新的教學理念和教育教學環境，為教育改革帶來了新機遇[1]，近年來得到國內外眾多高校的高度重視，大量MOOC課程不斷被開發出來。MOOC不僅為理論課程教學帶來深刻影響和變革，也為實驗課程教學帶來了挑戰和機遇。清華大學李山山等人探討了MOOC時代的計算機實驗教學[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；北京航空航天大學孫青等人提出實驗教學MOOC化應從實驗內容MOOC化、實驗環節虛擬化、實驗教學平臺網絡化等方面建設MOOC環境下開放共享的實驗教學[3]；國防科學技術大學周麗濤等人探索MOOC在計算機實踐教學中的應用[4]，指出MOOC可以有效幫助學習者提升各項實驗技能，推動實驗室信息化建設水平提升。

數據庫原理課程是一門理論和實踐緊密結合的IT相關專業核心課程。目前許多大學紛紛建設了數據庫MOOC，如中國人民大學王珊教授主講的數據庫系統概論、哈爾濱工業大學戰德臣教授主講的數據庫系統、浙江大學陳嶺副教授主講的數據庫系統原理、北京工業大學杜金蓮副教授主講的高級數據庫系統，以及東北師范大學李雁翎教授主講的數據庫技術及應用等。總的來說，MOOC環境下數據庫原理理論課程建設快速發展，而實驗課程建設相對滯后。一門好的數據庫MOOC課程建設，不僅需要建設好MOOC理論課程，也需要建設好相應的MOOC實驗課程[5]。中國人民大學王珊教授數據庫教學團隊不但創建了優秀的數據庫MOOC理論課程，也在開發和完善配套的在線實驗系統；中南大學奎曉燕等人探討基于MOOC理念的數據庫實踐教學改革[6]，但并沒有指出如何建設數據庫MOOC實驗平臺，也沒有指出數據庫實驗教學內容如何MOOC化；江蘇師范大學黎孟雄等人探討了基于SQLite的數據庫原理自主實驗平臺設計[7]，但并沒有指出如何支持數據庫MOOC實驗教學過程。

2 數據庫原理實驗課程教學現狀分析

目前國內高校眾多專業開設了數據庫原理課程，但數據庫原理實驗教學體系各不相同[8]，如開課方式多樣（課內實驗或獨立實驗課，理論課教師兼任實驗課教師或者獨立實驗教師）、實驗學時設置不同（20學時或者36學時）、實驗平臺多種多樣（商業DBMS或者開源DBMS，國外DBMS或者國產DBMS）、實驗項目設置不盡相同（實驗項目有多有少，各有側重）。

數據庫原理實驗課程具有自身特點，如實驗項目和實驗內容多，要求實驗內容可裁剪；實驗操作性和實踐性強，要求學生多做多練；實用性和應用性強，要求實驗以應用為中心、以案例為中心；數據與軟件相結合，要求以數據為中心；實驗平臺多而復雜，要求建立開放共享的實驗平臺；實驗涉及的知識多，要求學生多花課外時間。

分析以上數據庫原理實驗課程特點和教學現狀可知，目前數據庫原理實驗課程教學存在一些問題。

（1）數據庫課程實驗教學教師和理論課授課教師不是同一個人，容易導致理論課程教學和實驗課程教學脫節。

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

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

3 MOOC環境為數據庫原理實驗課程建設帶來的影響

（1）MOOC環境擴展學生實驗空間和時間，使學生可以花更多的課外時間完成更多的數據庫原理實驗項目和內容。

（2）數據庫原理實驗課程內容碎片化、MOOC化，有利于各層次高校和不同專業學生靈活選擇學習。

（3）MOOC環境可以構建開放共享的多DBMS平臺，使學生靈活選擇實驗平臺，也可以學習和掌握多種DBMS，降低授課教師管理實驗過程的難度和復雜度。

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

（5） MOOC環境可以全面收集學生實驗預習、實驗過程和實驗結果等情況，有利于理論課授課教師和實驗課授課教師及時掌握學生實驗進度和實驗質量情況，避免理論課和實驗課授課脫節。

4 MOOC環境下數據庫原理實驗課程教學改革方法

4.1 數據庫MOOC實驗平臺建設

傳統的數據庫實驗平臺包括單機環境、客戶端/服務器環境和開放環境。所謂單機環境是每臺計算機安裝一套DMBS，每個學生使用一臺計算機實驗；客戶端/服務器環境是在服務器上安裝一套DBMS，每臺客戶機只安裝客戶端，每個學生使用一臺客戶機完成實驗；開放環境是在多個服務器上安裝多個DBMS，學生在客戶機上可以選擇需要連接的DBMS服務器。傳統實驗環境以實驗室為中心，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生的實驗情況，不能掌握課外學生實驗的情況，難以全面評價學生的實驗情況。

理想的數據庫MOOC實驗平臺由專門設計的數據庫MOOC平臺軟件通過網絡連接各種DBMS、實驗學生和實驗授課教師，學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生的實驗過程和完成情況，見圖1。

圖1 理想的數據庫MOOC實驗平臺體系架構示意圖

理想的數據庫MOOC實驗平臺具有的功能見圖2，包括學生管理、實驗內容管理、實驗過程管理、教師管理4部分功能。

圖2 數據庫MOOC實驗平臺功能結構圖

學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生實驗過程自動生成實驗報告，然后由學生補充完成實驗總結等內容。實驗成績管理允許學生查看各個實驗項目的具體成績，并能查看實驗丟分項、與所有注冊學生的實驗成績對比分析情況。

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

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督管理。在線實驗管理是學生選擇實驗項目，調閱相關實驗視頻學習，進行具體實驗項目管理。實驗交互討論管理為學生與實驗教師、學生之間提供相互討論實驗問題的功能。實驗過程監督管理自動收集學生實驗過程數據，監督學生實驗進度情況，為實驗教師實時了解學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定實驗考核標準，然后由系統對學生實驗完成情況進行自動考核，也可以完成學生互評和教師評價，最后綜合上述3部分考核成績，給出學生最終的實驗成績。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，綜合評價學生完成實驗的質量情況。

4.2 MOOC實驗教學內容改革

MOOC環境下數據庫原理實驗教學內容可以分為MOOC實驗平臺、DBMS、數據集、實驗案例、實驗項目5部分內容，其中實驗項目是核心的實驗教學內容，其他為輔助的實驗教學內容。表1列出各部分實驗教學內容、內容說明和MOOC化的方法。

中國人民大學王珊教授主編的《數據庫系統概論(第5版)習題解析與實驗指導》[8]把數據庫原理實驗分為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生在線實驗，又允許學生觀看實驗案例演示視頻，例如實驗1.1數據庫定義；“演示”表明該實驗項目不允許學生進行在線實驗，僅允許學生觀看實驗案例演示視頻，例如實驗5數據庫設計。

實際上，對于實驗5數據庫設計和實驗7數據庫應用開發等難以實現學生在線實驗的實驗項目，一方面可以制作相應的實驗案例視頻，允許學生線上學習，線下完成實驗；另一方面可以探討該實驗項目實驗環節的虛擬化，允許學生在虛擬環境中完成該實驗項目。數據庫實驗項目的虛擬化為數據庫MOOC實驗平臺開發提出更高的要求，也帶來更大的挑戰。

4.3 MOOC實驗教學方法改革

實驗教學過程方面，對于非學歷和學位學習的學生采用MOOC方式進行實驗教學，即學生采取“在線實驗+演示”的線上方法進行實驗，或通過虛擬環境完成實驗項目；而對于學歷和學位教育的學生采用“MOOC+SPOC+翻轉課堂”的實驗教學方式，即學生采取線上和線下相結合的混合實驗模式，一方面學生通過“在線實驗+演示”完成實驗內容，另一方面可以線下實際操作，完成實驗項目內容后，在線提交實驗報告。

表1 MOOC環境下數據庫原理實驗課程教學內容

表2 數據庫原理實驗課程實驗項目設置一覽表

實驗考核方面，對于非學歷和學位學習的學生，因為學習人數眾多，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，只能采用系統自動評價的方式；對于學歷和學位教育的學生，可以采用系統自動評價、學生互評和教師評價相結合的方式綜合評定學生的實驗成績。

實驗結束后，可以利用數據庫MOOC實驗平臺收集的學生實驗過程產生的各種數據，進行大數據分析和數據挖掘，得出學生實驗情況分析報告，為后續實驗教學改進提供更加客觀和精準的依據。

5 結 語

MOOC環境為數據庫原理實驗課程教學帶來了新的機遇和挑戰。目前許多高校開發了一些數據庫原理在線實驗教學系統，但是這些系統在功能方面還不夠完善，在與數據庫原理理論課程MOOC配套建設方面還有較大差距。未來數據庫原理實驗課程教學還需要在實驗環境和工具的集成、實驗教學環節的虛擬化和實驗教學內容的MOOC標準化以及實驗教學管理系統的功能完善方面加大研究和開發力度，以達到與數據庫原理理論課程MOOC建設有機融合和同步發展。

[1] 李雁翎. 計算機教育改革新形態: MOOC+SPOC[J].中國大學教學, 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探討[J]. 計算機教育, 2014(13): 103-106.

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

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

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

[6] 奎曉燕, 杜華坤, 劉衛國. 基于MOOC理念的數據庫課程實踐教學改革[J]. 軟件導刊, 2016, 15(10):183-184.

[7] 黎孟雄, 郭鵬飛. 基于SQLite的數據庫原理自主實驗平臺設計[J]. 實驗技術與管理, 2016, 33(11):157-160.

[8] 王珊, 張俊. 數據庫系統概論(第5版)習題解析與實驗指導[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“面向互聯網+人工智能的智能科學與技術專業實踐教學體系的研究與實踐”（2016021）。

張俊，男，教授，研究方向為數據庫信息檢索和智能信息處理，zhangjun@dlmu.edu.cn 。

張 俊

（編輯：孫怡銘）