基于工程教育認證的混合翻轉教學實踐探討
——以數據庫原理課程為例

黎永壹，胡文君，農國才，邱 騫

(北部灣大學電子與信息工程學院，廣西欽州535011)

0 引言

自我國2016年6月加入《華盛頓協議》以來，工程教育專業認證體系在各高校的專業建設中逐步建立起來[1]，并將“學生中心、成果導向、持續改進”的核心思想應用到人才培養模式中[2]。以工程技術的人才培養目標為指導，提升學生在工程實踐中的創新和應用能力，這對服務地方經濟發展的應用型高校進行學生綜合能力的培養提出了更高的要求。工程教育認證已經成為提高高等學校工程教育質量的重要方法和途徑[3]。

在新形勢下，傳統課堂教學已無法滿足現代社會對人才的需求。課程是人才培養的基本要素，在工程教育認證背景下，課程體系優化與課程教學改革已成為非常重要的研究課題。數據庫原理是計算機相關專業的核心基礎課程，由于傳統課堂的“知識灌溉式”教學模式難以保證教學效果，難以提升學生在數據庫方面的創新與應用能力，為此，有必要借助信息技術手段，突破傳統課堂教學的局限，重構以學生為中心的教學結構[4]，充分、科學地運用教學資源進行有效的教學互動，提高學生的積極性，培養學生自主學習的能力[5]。因此，課題組按照工程教育認證的標準，將教育的重心從“教”向“學”轉換，探討如何對數據庫原理課程進行教學改革與創新，進一步完善本專業在工程教育專業認證工作中持續改進的機制。

1 數據庫原理課程現狀

1.1 數據庫原理課程概況

數據庫原理是面向北部灣大學信息類專業開設的理論和實踐相結合的必修課程，64學時、4學分。其中，線下教學44學時、線上教學20學時，它的前導課程包括高級程序設計、數據結構等，后續課程包括Web應用程序開發、信息系統開發等。電子信息類專業的二年級學生已掌握了計算機基礎知識，并具備一定的邏輯分析能力，渴望掌握系統開發技能，但對計算機工程的復雜問題缺少系統數據庫知識的支撐。該課程在整個課程體系中起到承上啟下的作用。

該課程的理論知識在信息處理系統、決策支持系統等技術領域起著基礎指導作用；實踐技能從數據庫的使用到數據管理的實現、從數據庫語言編程的應用到數據庫的設計與優化起著應用作用。課程主要內容包括數據庫系統概論、關系數據庫、關系數據庫語言SQL、關系數據庫的規范化設計、數據庫安全保護、數據庫設計、T-SQL編程。

1.2 傳統數據庫原理課程教學中存在的問題

傳統數據庫原理課程教學多采用教師講授為主的教學模式[6]，教學路線單向進行，缺乏完整的閉環體系。此外，教學中還存在以下3個關鍵問題。

(1)課程目標單一，無法提高學生綜合素質[2]。傳統數據庫原理課程目標以掌握知識點為主，忽視學生解決數據庫問題能力和素質的培養。在工程教育認證背景下，本課程要求既要會基礎理論又要懂應用實踐，因此，原有知識目標無法達到本課程的能力和素質要求。

(2)課堂模式不科學，教學效果不明顯。傳統數據庫原理教學環節主要是以講授為主的填鴨式教學，這種教學，學生沒有參與感、思考少，師生互動少[6]，影響了對學生能力的培養，無法實現以學生的“學”為中心的教學要求；教學資源以教材和課件為主，學生在課堂上和課后學習的興趣較低[6]。學生在不曠課的情況下是“人到心不到”，教師無法及時掌握學生的真實學習情況，教學體系無法形成“持續改進”的閉環管理，教學質量無法保障。

(3)考核方式不合理，不利于學生的成長。傳統考核方式以期末考試成績為主，包含比重很少的平時學習成績和實驗成績，缺少對學生的學習行為、學習過程考核，導致學生忽視知識積累過程，養成“突擊式學習”的不良習慣，從而影響學生成長。

2 基于工程教育認證的數據庫原理課程改革與實施

針對傳統數據庫原理課程教學中存在的三個關鍵問題進行教學分析，并以立德樹人、學生為中心、成果導向[8]、持續改進、科教融合和“兩性一度”標準為理念，制定如下解決方案。

(1)針對傳統課程目標單一，無法提高學生綜合素質的問題，采用“教書育人”多維度目標的思路，注重數據庫知識與能力的培養[9]。課程目標對應工程知識、問題分析、設計與開發、職業規范等畢業要求，同時融入思政元素。

(2)針對傳統課堂模式不科學，無法提高教學質量的問題，采用豐富課堂資源、加強教學過程管理、增加課堂形式和優化教學環節的思路，建設在線開放課程資源(課程資源包括課程結構、大綱、課件、視頻、練習、測驗、作業等)，開展線上線下混合翻轉教學，實行基于動態數據的閉環教學過程管理。

(3)針對傳統考核方式不合理，不利于學生成長的問題，以形成過程性考核對準高階性目標為思路，增加了考核方式、過程考核比重和成績評價方式。

根據數據庫原理課程改革的解決方案，從工程教育認證的角度實施課程教學，具體課程改革與實施如下。

2.1 重構多維度多層次的課程內容

本課程的教學目標是通過數據庫概述、關系代數、關系理論，實現數據庫安全、數據庫系統的分析與設計，并利用程序解決復雜工程的數據庫問題。

課程內容要求從理論到實踐，在難度上循序漸進、教法上要深入淺出，內容范圍符合工程教育認證“解決復雜工程問題”的標準。深度上從概念、理論到編程應用；廣度上包括數據庫前沿、現代化設計和新時代應用，課程內容體現前沿性、時代性和挑戰度[7]。具體課程內容見圖1和表1。

圖1 數據庫原理課程內容結構

表1 數據庫原理課程實驗項目

2.2 重置課程目標

首先，按照BLOOM分類法(見圖2)，將課程目標分為知識目標、能力目標和素質目標，體現課程目標的高階性；然后，分解課程目標對應4個畢業要求(工程知識、問題分析、設計與開發、職業規范)(如表2所示)，從知識傳授改為能力培養。

圖2 BLOOM分類結構

課程目標1：理解數據庫系統和關系數據庫的基本概念和理論，利用數據庫術語描述或表示復雜工程的數據庫問題；掌握關系模型的基本概念，利用關系代數運算方法推演關系數據，并分析關系的性質和完整性。

課程目標2：理解關系數據庫規范化理論及相關知識，掌握關系模式分解方法；利用函數依賴等數學方法分析復雜工程中的關系模式，正確表達范式級別，并優化關系數據庫設計。

課程目標3：掌握數據庫的設計方法，根據需求分析和利用關系模型、關系模式表示數據庫系統的概念結構與邏輯結構，熟練掌握T-SQL編程方法，根據功能需求，利用函數、存儲過程、觸發器等完成數據庫系統模塊的設計與實現。

課程目標4：掌握數據庫標準語言編程實踐和數據庫系統安全保護方法，在工程實踐中使學生養成自覺遵循編程標準和行業規范的良好習慣，提高文檔書寫和溝通協作能力，增強安全保密意識，注重培養創新精神、敬業精神和愛國情懷。

2.3 基于線上線下的教學設計

首先，建設基于小規模限制性在線課程(spoc)的在線開放課程資源[10]，資源內容規范完整，體現數據庫知識的前沿性和科學性，包括課程結構、大綱、課件、視頻、練習、測驗、作業、討論等，構建實體課堂、線上和線下的課堂環境，資源結構如圖3所示，資源統計如表3所示。

圖3 數據庫原理課程資源結構

表3 數據庫原理課程在線資源統計

其次，利用現代化信息技術完成教學活動和教學過程管理。學生通過線上平臺和慕課堂、雨課堂等工具完成線上線下學習、答題；教師利用慕課堂、雨課堂等工具實現課前備課、課上投屏顯示、課后檢查作業等。通過在線平臺查看學生的成績管理、教學日志、學情統計，實現教學過程管理。

最后，進行混合翻轉教學設計[10]。課前教師備課并布置課前學習任務，學生完成課前任務；課中通過線上線下資源，師生共同實施翻轉課堂環節；課后學生完成線上線下學習任務，實現知識、能力和素質的提升。在開展混合翻轉教學過程中，不同教學階段實現不同層級的課程目標[10-11]，具體對應關系如圖4所示。教學活動設計樣例如表4所示。課堂環節包括導入、課前檢查、學習內容和總結歸納等：導入環節會說明教學目標、重難點等，并融合思政元素[11]，當授課內容涉及數據庫領域的新技術、安全、實驗和作用等問題的時候，以視頻、案例賞析等形式，引入思政元素；課前檢查環節通過慕課堂檢查并講解學生完成的課前任務情況；學習內容環節對每個學習內容建立學習閉環，包括講解賞析→推送任務→小組或個人完成→反饋展示，并在教學活動中融入思政元素；總結歸納環節是梳理知識結構，形成體系，并布置課后任務。課堂環節的具體過程如圖5所示。

圖4 混合翻轉教學階段與目標關系

表4 “線上線下混合式”和“課前、課中、課后”交叉教學設計樣例

圖5 課堂環節設計

2.4 構建過程化多維度考評體系

考評體系的設計原則包括緊扣課程目標、注重過程考核、以學生為中心和豐富考核形式。

通過線上與線下考核互補、過程性評價與結果性評價相結合可有效達成課程目標。課程考核分為線上考核和線下考核，包括線上線下課后作業、測驗、實驗和期末考試。課程目標評價方式及分值比例見表5。

表5 課程目標評價方式及分值比例

線上考核側重自主學習行為評價和客觀題測驗。由MOOC平臺自動評判線上平時、測驗和期末考試等成績；線下考核側重主觀題，包括課堂討論、案例分析、實驗等，強調對學生能力的發掘，由慕課堂自動評判考勤、隨堂練習等；單元測驗、期末考試增加分析應用題，并設置一定的挑戰度。

考核貫穿整個開課過程，涉及理論實踐課內、課外等考核內容，采用結果考核和過程考核的形式，具體包括系統評分、教師批改、學生互評、小組評分等評定方式。

3 數據庫原理課程評價及改革成效

3.1 課程評價

為及時掌握該教學模式的應用效果，定期發放問卷，調查學生對該課程教學的評價[12]，具體反饋數據如表6所示。結果表明，學生由最初因不滿意線上學習時間的增加到普遍認可，學習的成就感逐漸增加，教學模式的應用學生和同行評教優秀，具體評教數據統計如表7、表8所示。

表6 學生對課程教學階段反饋的統計

表7 學生對課程評教的統計

表8 同行對數據庫原理課程評教的統計

3.2 教學效果

3.2.1 成績進步顯著

經過與同一學期的其他開設該課程的教學班級對比，優秀成績率上升了，不及格率下降了，具體成績對比如圖6所示。圖6表明，該課程改革達到了預期效果，確實提高了教學質量。

3.2.2 課程目標的達成[13]

按照課程目標達成度計算方法[見式(1)]，得到課程分目標達成度。根據各目標達成度值(如表9所示)，課程目標達成度均在0.76以上，其中，達成度在0.80以上的學生約占56%。

(1)

式中，Ei為支撐該課程目標數據平均得分，Si為支撐該課程目標評價數據總分。

表9 課程目標達成統計

完成課程考核后，形成《數據庫原理課程目標達成度情況分析及持續改進報告》。由圖7可見，本次各課程目標達成度相差不大：課程目標1略高，說明學生對數據庫基礎知識掌握比較好，對關系數據庫相關理論的分析能力較強，學生已經掌握數據庫方面的專業技能，并養成了良好的行業職業規范，具有較高的素質能力；課程目標3達成度略低，說明學生對T-SQL編程知識的掌握水平不夠理想，關于函數、存儲過程、觸發器等方面的編程應用能力較弱。

圖8是本次每位學生課程目標3的達成度分布情況。該圖顯示，絕大部分學生的課程目標3達成度高于標準值(0.7)，只有少部分學生分布在0.6～0.7。圖9說明學生都達成了該課程的整體課程目標。

圖7 學生各課程目標的達成度

圖8 學生課程目標3達成度分布

圖9 學生總課程目標達成度分布

3.2.3 對畢業要求的支撐

在工程教育認證的課程體系下，每個指標點一般有3～5個課程支撐，每個課程目標對每個分指標點的支撐力度有高(H)、中(M)、低(L)之分，為了便于操作，可對支撐力度賦值(如H=4，M=3，L=2)，利用公式(2)對每個指標點的課程權重值歸一化，而課程權重值就是課程目標值[13]。

(2)

式中，n為課程數；i為課程序號；vj是第j個課程的分值；ki為H的個數；li為M的個數；mi為L的個數。

本課程的課程目標1、目標2、目標3、目標4分別支撐畢業要求指標點1-3、2-2、3-2、8-2，各指標點達成目標等級分別是L、L、M、H，由公式(2)(3)得到課程目標值和評價值(如表10所示)。本課程每個課程目標的評價值(Qi)體現了課程對畢業要求指標點的貢獻程度，數值合理，有助于畢業要求的達成評價：

Qi=Ci×Pi。

(3)

式中，Qi為第i個課程的評價值；Ci為目標值；Pi為課程目標達成度。

表10 課程對畢業要求評價值統計

4 課程改革特色與創新

4.1 課程改革特色

(1)基于工程教育認證人才的培養思路，依據線上線下學習的數據計算課程目標達成度，強調成果導向。

(2)融合線上資源，豐富教學手段，提高學生的學習興趣度和主動學習能力，相對傳統教學模式，學生的投入度更高。

(3)“學習閉環”教學環節的設計，均衡學生的學習負擔，提高課堂效率和教學質量。

4.2 教學改革創新點

(1)“一線二式三堂四維”教學模式。以工程教育認證為一線，以學生為中心、成果導向和持續改進貫穿教學過程，高階性課程目標支撐畢業要求；基于線上線下混合翻轉二式結合教學，“線上線下”與“課前、課中、課后”交叉融合，翻轉和傳統課堂有機結合；基于“三堂”教學環境，利用現代化信息技術實現基于動態數據的教學過程管理；構建過程化四維考核體系，形成考核過程的全程化、考核內容的多元化、考核方式的多樣化、成績評定的綜合化。

(2)教學內容體現“兩性一度”標準要求。線上資源增加數據庫前沿知識，線下注重學生解決復雜工程數據庫問題的實踐能力的培養，翻轉課堂注重學生主流數據庫系統及先進開發技術的傳授。

(3)課程思政的融入。結合數據庫領域的新技術、安全觀，提高學生編程標準和行業規范意識、文檔書寫和溝通協作能力、安全保密意識，培養創新精神和愛國情懷等。

5 結語

在工程教育認證應用背景下，分析傳統教學存在的問題，以數據庫原理課程為例，以立德樹人、學生中心、成果導向、持續改進、科教融合和“兩性一度”為理念，提出了基于工程教育認證的課程改革方案。通過重構多維度、多層次的課程內容，重置課程目標、開展基于線上線下的教學設計、構建過程多維化考評體系等，形成“一線二式三堂四維”“1234”型教學模式。分析課程評價和課程目標達成度，結果表明：該課程改革效果明顯，對本專業一流課程的建設有指導意義，對課程體系的優化與持續改進有良好的促進作用。