SQL Server在線交互實驗學習系統設計方法

王文娟 王潤中

1.廣州南洋理工職業學院信息工程學院；

為了培養學生在線學習和提高對真實軟件的使用能力，減少教師批改實驗報告的工作量，建設一個高質量的在線實驗和自動批改學習系統是十分必要的。本文以遠程學習“教學交互層次塔”為理論核心，提出了SQL Server的分層、漸進、交互、細粒度實驗教學內容的設計方法，逐步形成了B端學習，C端操作實際軟件，S端批改并反饋批改信息的新型遠程實驗教學模式。案例實踐結果表明，采用該方法進行的實驗能夠基本滿足學生交互實驗學習的需要。

理工科在開展網絡教學時最大的問題是做實驗，而“做”又是實驗教學中的不可缺失的重要一環。多年來國內外均探討了虛擬實驗、模擬實驗、遠程實驗，但絕大部分都難于達到真實實驗的教學效果。在計算機軟件方面，借助于軟件自身的優勢，有諸如W3School、RUNoob等學習網站，實現了在線編輯程序和在線顯示運行結果，雖具有一定的應用效果，由于不是實際的軟件，仍然達不到實驗室的教學效果。

面對學生學習能力下降、邏輯思維能力下降等情況，教育部出臺了“教育部關于一流本科課程建設的實施意見”，目的是指導“建設適應新時代要求的一流本科課程，讓課程優起來、教師強起來、學生忙起來、管理嚴起來、效果實起來”。(1)2021年5月，受彭章友、付鋼善等多名專家在“全國一流課程與課程思政建設研討會”直播演講的啟示，本著提升職業教育教師信息化教學能力和利用信息技術培養高職學生的直接社會技能[1]，以遠程學習“教學交互層次塔”為理論核心，引入了C/S與B/S的雙工學習方式，形成了分層、漸進、交互實驗教學設計；(2)以提升學習能力為目標展開SQL Server細粒度實驗練習題的設計方法的研究，給出了相關教師任務設計的統一指導圖；(3)考慮到教師批改Word實驗報告的工作量較大，設計了在線選擇編輯、主要步驟提示單實驗報告的方式；(4)探討了實驗練習題的自動交互批改功能，編寫與細粒度實驗練習題相對應的自動交互批改反饋信息等。逐步形成了B端學習，C端操作實際軟件，S端批改并反饋批改信息的新型遠程實驗教學模式。本文主要描述分層交互實驗教學總體設計和教師任務設計統一指導圖。

1 分層交互實驗教學總體設計

遵照讓課程優起來的目標，借助于計算機軟件在網絡教育方面的自身優勢，探討SQL SERVER課程與信息技術深度融合，重構分層、漸進、交互實驗教學知識體系，編寫細粒度的慕課在線實驗操作練習題，將課堂教育的教學優勢和方法融于遠程實驗教學中，注重于塑造和提高學生的認知能力和認知方法，強調學習的邏輯性、避免網絡學習的盲目性、減少隨意性。分層是要體現課堂教育年級體制的特性，從人類掌握知識的一般規律入手，先感性后理性，先簡單后深入，引導學生建立良好的課程學習的邏輯思維并逐步適應新的知識和新的學習方式；漸進則是體現課堂教育的由淺入深、循序漸進的邏輯性的學習方式，引導學生學會學習，避免陷入網絡學習上的混亂；細粒度探討的是以學生作業出錯的全部可能性為基礎對SQL練習題的設計與劃分方法；交互是深度學習的體現，是實現教學目標的重要方法，除了實驗練習題的自動批改外[2-3]，需要對出錯問題進行歸類并編寫批改反饋信息。圖1是依據遠程學習“教學交互層次塔”的理論[4]、結合B/S和C/S的實驗教學交互示意圖，說明教學交互層次以及與B/S和C/S相結合的實驗教學的設計。

圖1 B/S和C/S的實驗教學交互層次示意圖Fig.1 Diagram of interactive hierarchy of experimental teaching based on B/S&C/S

整個實驗學習系統分為B/S和C/S兩個部分進行， 其中在B端顯示實驗要求和重構的分層、漸進、細粒度練習題，C端則是通過使用實際的SQL Server軟件的客戶端進行實驗操作練習，兩者結合起來完成實驗，申請批改后由S端批改并將批改信息傳遞到B端，實現實驗的自動交互批改功能，以期盡可能達到讓學生的學習效果實起來的目標。

2 教師任務設計統一指導圖

教師的教學經驗是教師教育研究中的一個重要范疇，一般情況下，熟手教師往往具有豐富的教學經驗、方法和技能，但是掌握先進信息技術工具的又是青年教師。走向教育智慧，開發SQL Server在線實驗交互學習系統，需要由熟手教師、青年教師和程序員組成的團隊將經驗型教師獨特的教學實踐融于教學軟件中，通過青年教師架起與程序員之間的橋梁避免程序員的個體行為的滲入[5]。

教師任務統一設計指導圖是為任課教師和程序員提供一個開發視圖，在充分體現教學內容、教學經驗、教學方法的前提下，明確教師開展遠程實驗如何編寫實驗內容。圖2顯示了教師任務劃分為七個階段，指導參與人員按照人類的認知方式展開自下而上的實驗課程學習內容的編寫，重構適應網絡學習的活頁式細粒度實驗內容。

圖2 教師任務設計指導圖Fig.2 Diagram of teacher task design guidance

教師任務1是人機交互界面，構建學習的生態環境，平復浮躁情緒，整理學生的心理順序以便開始實驗學習[6]。

教師任務2包含了實驗導學內容，通過引入了現實世界問題與數據世界比較窗口，說明今天的計算機已經從科學計算擴展到模擬現實和解決現實問題的階段，解釋數據世界解決問題的方法，提高學生進入職場后解決實際問題的能力。

教師任務3是分層、漸進、細粒度化實驗內容設計部分。在這個階段的基本方針：一是在保持學科知識體系結構不變的前提下，將優秀的教學資料改為適合網絡教學的活頁式“劇本”，即實現教材內容的挖掘；二是編寫適合高職學生的碎片化自主學習方式的細粒度基礎實驗練習題[7]。

2.1 漸進實驗內容的分層設計

采用按縱向劃分等級、按橫向進行漸進的實驗練習題的設計與課程內容密切相關，必須與熟手教師的經驗相結合，這種教師的實踐性知識無法從書本習得, 只能在實踐經驗中生發，因而重點將解析知識的方法和技能融于設計的實驗練習題之中，突出實驗的內容要能夠體現出學習能力中所必需的邏輯能力、糾錯能力、比較判斷能力和綜合問題能力。分層主要考慮是按照學習的難度進行等級劃分，比如將單表的主鍵、約束條件的練習部分劃分為二級，將二張表的主鍵、約束條件的練習部分劃分為三級[2]；漸進則是規定的等級下進行實驗練習題細節的展開，如單表從2-3個字段擴展到多個字段的練習題的設計等；最后是多表綜合實驗練習題設計，選擇一個項目，完成多表的創建、數據錄入、查詢等。

教師任務3至6階段也是入庫階段。將所確定的分層、漸進、細粒度化實驗練習題、糾錯練習題、常見問題入庫以及為練習設置權限。圖中的“平行”是指同一等級中實驗練習題與糾錯練習題保持一致，換言之這里所設計的糾錯練習題是從實驗練習題中衍生的。在此階段細粒度則是設計相應的自動交互批改反饋信息并歸類進入常見問題庫。

教師任務7是實驗報告的設計。實驗報告是實驗教學的組成部分，在我國的教研室制度下已經積累了一定的經驗并獲得了很好的實驗教學效果，為了減輕教師批改Word報告的負擔，在保留了傳統實驗報告的內容的基礎上做了改進，比如以給定提示內容的方式填寫實驗目的、實驗總結，以主要步驟確認單方式完成規定的實驗操作并確認，目的是體現“做”的有序環節，突出知識本身的邏輯架構以提升學習效果，同時增加學習的自信心。

2.2 實驗內容的細粒度設計

細粒度的劃分依據是以學生完成規定實驗題目所出錯的全部可能性為基礎的劃分，例如：創建一個名為Student的簡單表，其中字段數為m，按照名稱a、類型b、寬度c有如下表達式：

其中有3m個數，如果每個元素都出錯就有3m個，加上創建表的名稱出錯，學生未做提交申請批改的情況、語法錯誤無法在C端完成，那么出錯的全集共有3m+2個。自動批改可以按照二維數組行、列遍歷循環與正確答案進行比較從而找出錯誤，針對學生作業進行批改的基本程序流程如下：

arr=[[sa11,sa12,sa13],[sb11,sb12,sb13],[sc11,sc1 2,sc13].....]

For (i=0; i

for(j=0; j

If (arr[i][j]!==a[i][j]){ //設答案數組為a

Console.log(‘出錯’)；

break

}

}

考慮到每行中每個元素的出錯類型是一樣的，設計與之相應的出錯反饋信息只有5個，即表名、字段名稱、類型、寬度以及C端未完成。此時，結合課堂熟手教師的經驗，細粒度化實驗練習題只需設計涉及字段名稱、類型、寬度的練習題，基本上練習創建3個表后是可以過關的。

按照以上方法，每條SQL語句均可計算出出錯的種類和數量，熟手教師可根據經驗設計練習題、在SQL Server中完成標準答案、設計出錯反饋信息等后交系統，由系統根據標準答案自動批改學生所做的練習題，并給出出錯反饋信息，提示學生糾正。

3 結語

本文所介紹的方法，完全支持學生在B/S和C/S相結合的情況下、通過對實際的SQL Server軟件的操作交互地進行實驗練習。核心是以遠程學習“教學交互層次塔”為理論為基礎展開以分層、漸進、細粒度的SQL Server交互實驗教學內容設計。這是一個將SQL Server的課程實驗教學與信息技術深度融合的很好的方法，既能夠將有經驗教師的教學技能融于課程的實驗練習中，同時減少教師批改實驗報告的工作量，最終有利于高職學生的直接社會技能的培養。