基于SPOC+PBL的高校實驗教學探索

戴丹 張興剛

［摘 要］ 針對目前“數據庫系統原理”的實驗教學過程及評價中存在的問題，搭建了課程SPOC教學平臺，將相關理論及基礎實驗引入SPOC教學平臺，結合線下實驗及項目式教學，提出了基于SPOC+PBL的線上線下混合式“數據庫系統原理”實驗教學改革。SPOC平臺上的線上教學突破了實驗教學的時空壁壘，同時，根據新工科的要求，設計適宜的實際工程項目，將枯燥、復雜的知識形象化、實踐化，促進學生通過實踐探索理論知識及實際應用，提高教學質量和教學效果，培養學生的主動學習習慣，提高課程的高階性、創新性和挑戰度。

［關鍵詞］ 主動學習；SPOC；PBL；實驗教學

［基金項目］ 2021年度貴州大學一流課程培育項目“數據庫系統原理”（XJG2021050）；2022年度貴州大學實驗室開放項目“基于創新實踐及學科競賽的程序開發綜合實驗”（SYSKF2022-054）

［作者簡介］ 戴 丹（1979—），女，貴州貴陽人，碩士，貴州大學計算機科學與技術學院高級實驗師，主要從事網絡與數據庫研究；張興剛（1980—），男，貴州六盤水人，博士，貴州大學物理學院副教授，主要從事統計物理與凝聚態理論研究。

［中圖分類號］ G642.4 ［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）15-0093-04 ［收稿日期］ 2022-04-15

引言

實驗教學是課程教學的重要組成部分，學生可以通過實驗來加深對基礎理論知識的理解。好的實驗能幫助學生應用所學的理論知識來解決復雜的實際應用問題，同時可以培養學生的創新能力［1］。“數據庫系統原理”是信息類專業的一門理論性、實用性很強的專業必修課。目前實驗學時數少，綜合性、設計性實驗不足，學生在“數據庫系統原理”課程的學習過程中難以學以致用。

“互聯網+”時代的教育，教與學突破了時空的壁壘，學習者可以自由選擇學習的方式、內容及學習的資源。優質的資源被廣泛應用，并在應用過程中不斷優化和再生。在信息化環境中的教與學體現了新的特征，如何將已有的學習平臺及自有的教學資源進行整合，并為特定人群提供高質量的教學，培養出具有較強的實際操作能力和創新能力的人才，是當前亟待研究的一個重要課題。本文使用SPOC+PBL的“以學生為中心”的線上線下混合模式來解決“數據庫系統原理”課程中的實驗教學問題。

一、SPOC+PBL的核心內容

加州大學伯克利分校的阿曼德·福克斯教授最早提出了小規模限制性在線課程SPOC（Small Private Online Course）并加以使用。SPOC將MOOC的資源用于特定的人群，只有滿足規定條件的人才能加入該課程。相對于MOOC而言，SPOC更容易實現線上課程和線下課堂的融合與互補，更適合學生開展個性化學習，更適于開展新型的教學模式。高校引入SPOC教學有利于將線上學習與線下的課堂教學進行有機結合，有利于解決課堂學時不夠、學生在有限的課堂時間內難以掌握深層次的課程內容以及理論與實踐難以有機結合等問題。利用SPOC平臺開展線上線下混合式的實驗教學，有助于形成虛實結合的實驗教學環境，從而開展新型的教學模式，提升學生的自主學習能力，提高教學質量［2］。

PBL（Project-based Learning）是以項目為基礎的學習，是一種以學生為主的學習模式。1918年9月美國學者基爾帕特里克（Kilpatrick）首次提出了“項目教學法”，引起教育界的廣泛關注，項目教學法成為培養學生綜合能力的有效途徑之一［3］。在項目式學習中，以學生為中心，主要圍繞項目開展教學。從資料的搜集、方案的設計、項目的實施及最終評價，都主要由學生自己負責。教師的角色轉變為教學活動的組織者和引導者，通過項目的實施，讓學生了解并掌握項目運作的整個過程，以及每一個環節所需要的知識、技術及規范要求［4］。學生在合作完成一個具有現實意義的項目的過程中，不僅能夠學到不同層面的學科知識并將這些知識學以致用，還能夠增強溝通交流能力與團隊協作能力。

根據新工科及“雙一流”建設的要求，結合信息類各專業學生的需求及“數據庫系統原理”課程的特點，在數據庫的實驗教學中引入SPOC+PBL教學法。教師通過PBL教學法給出符合工程應用的具體項目及要求，引導學生進行探索性實驗。在設計符合實際應用的數據庫管理系統時，學生可以在SPOC平臺在線學習相關的基礎原理及技術，獲取技術文檔及行業規范等相關資料信息，同時可以在線進行基礎實驗。SPOC+PBL教學法使學生在學習了數據庫的相關概念之后，知道了它們有什么用、具體怎么用，從而將理論知識應用于實踐，在實踐中構建自己的知識結構，最終達到高階的學習目標。整個過程以學生為中心，由學生進行自主探索，培養學生的自主學習能力。

二、“數據庫系統原理”課程實驗教學困境

數據庫技術已成為信息系統與應用系統的核心技術和重要基礎。“數據庫系統原理”課程是信息類專業人才培養的關鍵課程之一，屬于信息類各專業的必修課程。該課程介紹了數據庫系統的基本概念、原理及數據庫應用技術。學生學完本課程后能對數據庫系統有一個全面的了解，在此基礎上能進一步從事數據庫系統的研究、開發及應用。課程要求學生能建立系統的數據庫理論體系，能運用數據庫知識分析和解決實際工程問題，能針對應用系統的數據庫設計提出合理的實施方案，并在設計中體現一定的創新性。

“數據庫系統原理”課程不僅要求學生掌握理論知識，還要求學生運用理論知識解決復雜的實際應用問題，培養學生的綜合應用能力。傳統的實驗教學有助于培養學生的基本能力，但也存在著實驗學時不足、教學時間和空間受限、驗證性實驗偏多、實驗內容與生產實踐脫節等問題。這些問題導致學生對知識的學習不系統，缺乏創新意識，而且學生是被動學習，自主學習能力和獨立思考能力有所欠缺。與此同時，學生綜合能力訓練不足，難以解決復雜的實際工程問題。同時，傳統的實驗教學考核大多以學生的實驗報告作為主要評分依據，難以真實反映學生的動手能力和應用能力［5］。因此，充分利用SPOC+PBL進行線上線下混合式教學，對實驗教學過程進行全方位管理，是實驗教學的必由之路。

三、基于SPOC+PBL的實驗教學設計

SPOC突破了時空的限制，讓學生可以隨時隨地學習，也可以根據自己的能力及興趣自行把握實驗的過程，而教師可以針對不同學生的學習需求來開展個性化輔導。SPOC提高了師生互動的頻率以及學生的參與度，增強了學生的自主學習能力［6-7］。

項目教學法是一種不同于傳統教學的新型教學方法，它以項目為重點，建立在建構主義學習理論的基礎上［8］。學生的學習活動是與具體的項目任務相結合的，通過探索任務的解決方法來驅動學習。項目教學法強調以項目為主線，以學生為主體，以教師為主導。將項目驅動教學法運用到“數據庫系統原理”課程的實驗教學過程中，把課程中的知識點通過具體實驗項目串聯起來，并通過具體的實驗項目完成整體的教學活動，使學生理解所學知識能用來做什么、怎么做。學生可以結合其他相關學科知識完成項目，盡快以直觀的方式突破理論和技術上的難點，提高解決復雜工程問題的能力及創新能力。

在具體的數據庫管理系統項目的牽引下，融合SPOC平臺，構建了線上線下混合式實驗教學模式，改進了課程實驗評價體系，有效提高了學生的教學參與度及綜合實踐能力，同時使學生在完成特定項目的過程中體會到主動學習和探索的益處。

（一）構建在線學習資源

針對“數據庫系統原理”實驗課程的特點，把課程相關知識點進行重新整合，根據具體的數據庫項目要求有針對性地確定教學內容，在超星學習通上搭建了“數據庫系統原理”課程的SPOC平臺。平臺上給出了實驗指導書、項目指導書和相關的視頻，同時給出了實驗的目標要求、課件及其他相關資料。為了讓學生自主學習如何完成一個具體的數據庫管理系統的項目，SPOC平臺上還給出了具體項目內容、項目解析、項目設計方法、軟件開發流程、數據流圖規范等相關資料。

（二）混合式項目教學實踐

“數據庫系統原理”實驗課程采用線上線下混合式教學，堅持線上與線下、課內與課外、理論與實踐結合的教學理念，以產出為導向，將教師的講授與學生的自主學習相結合，教師引導學生完成實驗并答疑解惑，學生自己掌握實驗的進度并給出反饋意見。在設計實驗教學內容時考慮不同學生的水平、知識的銜接、學科的融合及跟生產實際的聯系，將具體的項目實踐劃分成驗證性實驗、設計性實驗及綜合性實驗。驗證性實驗主要是讓學生熟悉數據庫系統的基本概念及原理，這是進行項目學習的基本前提；設計性實驗旨在培養學生對數據庫領域相關問題進行分析并提出合理的解決方案的能力；綜合性實驗即綜合性的項目開發實驗，旨在引導學生利用所學的數據庫及其他相關學科知識解決復雜的實際問題，鼓勵學生做融創，以創新性、綜合性的交叉學科項目參加SRT項目、大學生創新創業訓練計劃項目等，提高綜合應用能力。這種多層次的實踐能激發學生做實驗的積極性、主動性和創造性。

混合式項目實驗教學環節分為課前準備、課中實施、課后反饋及項目結題四個階段，教師提前在SPOC平臺發布與項目相關的信息、資料，包括與實驗內容相關的背景知識及項目要求等，幫助學生提前了解項目實驗所蘊含的實際意義，而不是局限于實驗本身。學生有充足的時間確定具體的數據庫管理系統項目，進行分組并搜集資料，再根據自己選擇的項目在組內分工，對項目進行分析、設計及具體實施。在項目進行過程中，學生進行階段性匯報。學期結束前進行各個項目的結題，通過成果展示、總結答辯及競賽評比來提升學生的綜合能力。在整個過程中，以學生為中心，充分激發學生在實驗中的主動性、探索性和創造性，而教師的角色是引導者和協助者。基于項目學習的PBL教學法貫穿整個學習過程中，激發學生的內驅力和探究熱情。基于SPOC+PBL的實驗教學模型如圖1所示。

在學期開始時就開展基于項目的PBL學習活動，以小組為單位完成一個基于工程實踐的綜合性的數據庫信息管理系統，結合結題答辯以一定權重計入課程總成績。SPOC平臺上提供的資源讓學生可以提前學習相關知識，了解項目背景，進行基礎實驗；線上討論可以讓學生加強團隊協作能力，讓教師提供個性化指導；驗證性、設計性實驗可以為項目實施提供理論和技術支持；PBL的應用提高了學生的實際動手能力、綜合運用能力、溝通交流能力及團隊協作能力等綜合能力并提升其職業素養。

（三）考核評價體系

實驗考核摒棄傳統的以實驗報告為主要評分依據的方式，以線下實驗及項目完成情況為主、在線學習數據及互動情況為輔。線下著重考核學生的實際操作及編碼、項目設計匯報、項目現場演示效果及項目總結答辯等；線上考核主要是SPOC平臺的數據統計量化指標打分，如任務點完成情況、測試得分等。實驗報告、項目設計報告及系統使用說明書也是評分依據之一。具體來說，實際操作及編碼占比20%，平時項目檢查及匯報占比20%，項目演示效果及答辯占比30%，實驗報告及設計報告占比20%，在線學習及互動情況占比10%。經過競賽評比后可以在最終的實驗成績上按照競賽名次給予一定的獎勵分值。而實驗成績以小權重的方式計入“數據庫系統原理”課程的總成績。

該實驗評價的主體是教師及學生，具體得分由教師評分、系統評分及學生互評共同給出。教師、學生、系統、線上線下共同評價的方式有助于客觀評價學生的實踐操作能力和綜合素質。

結語

通過線上線下混合的實驗教學及PBL的有機融合，“數據庫系統原理”課程實現了實驗教學兼顧理解鞏固理論知識、解決復雜的實際工程問題、培養創新創造能力等目標，可以在現有的有限實驗教學現場時空的條件下開展綜合性、設計性實驗，同時也使課程實驗教學模式由“以教師為中心”轉向“以學生為中心”，提高了學生的自主學習能力及學習效果。

參考文獻

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［3］朱曉紅.基于項目式教學的課程改革實踐與探索：以社會保障學課程為例［J］.東莞理工學院學報，2015（6）：93-97.

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［5］張華，張淼，張巖，等.數據結構實驗教學研究與實踐［J］.實驗技術與管理，2018，35（5）：218-221.

［6］余泰，李莉，李同明.淺析SPOC在高校實驗教學中的應用［J］.實驗技術與管理，2018，35（9）：179-181+185.

［7］謝愛娟，羅士平，孔泳，等.SPOC物理化學實驗翻轉教學探索［J］.實驗技術與管理，2017，34（9）：211-214.

［8］SILBERMAN M. ACTIVE LEARNING： 101 Strategies to Teach Any Subject ［M］.Adult Education， 1996：189.

Abstract： In view of the problems existing in the current experimental teaching and evaluation of database system principle， a SPOC course platform is built. Relevant theories and basic experiments are introduced into the platform， Combined with offline experiments and project-based learning， an online and offline hybrid experimental teaching reform of ‘database system principle based on SPOC + PBL is proposed. Online teaching on SPOC platform breaks the space-time barrier of experimental teaching. At the same time， according to the requirements of “emerging engineering education”， design appropriate practical engineering projects， visualize and practice boring and complex knowledge， and promote students to explore theoretical knowledge and practical application through practice， which is conducive to improving learning quality and learning effect， cultivating students active learning habits， and improving the high-level， innovation and challenge of the course.

Key words： active learning; SPOC; PBL; experimental teaching