数据库系统概论慕课课程建设与应用

陈 红，王 珊

（1. 中国人民大学 数据工程与知识工程教育部重点实验室，北京 100872；2. 中国人民大学 信息学院，北京 100872）

数据库系统概论慕课课程建设与应用

陈 红1,2，王 珊1,2

（1. 中国人民大学 数据工程与知识工程教育部重点实验室，北京 100872；2. 中国人民大学 信息学院，北京 100872）

慕课的出现和发展，使中国的高校教育出现了新的发展契机。文章总结数据库慕课课程的建设现状，探讨数据库慕课课程建设的几个关键问题，介绍数据库系统概论慕课课程及数据库工作组的基本情况。

数据库系统概论；慕课；SPOC；实验平台

1 数据库慕课课程建设现状

2014年 第 二 届MOOC与高校计算机课程建设研讨会上，李未院士在报告中强调，全面提高高等教育质量的关键是全面提高本科教育质量，提出建设本科教学9门核心基础课程的慕课课件，包括C程序设计、离散数学、计算机组成、数据结构、算法设计与分析、操作系统、数据库、计算机网络与大数据、软件工程与开源社区（数字化科学实践课程）等。

数据库课程是计算机相关专业及信息管理与信息系统专业的重要专业基础课，其重要性不言而喻。但相比于程序设计类课程，数据库慕课课程要少得多。目前国内外讲授数据库系统基础的慕课课程主要有中国人民大学王珊等的数据库系统概论（中国大学MOOC）、哈尔滨工业大学战德臣的数据库系统（中国大学MOOC、学堂在线）、东北师范大学李雁翎的数据库技术及应用（中国大学MOOC）、北京工业大学杜金莲的高级数据库系统（学堂在线）、东华大学刘晓强等的信息系统与数据库技术（中国大学MOOC）、The Georgia Institute of Technology的Leo Mark开设的Database Systems Concepts and Design（edX）、University of Colorado Denver的Michael Mannino开设的Database Management Essentials （Coursera），还有一些讲授某个具体数据库产品的课程（网易云课堂、edX、Coursera）。

建设数据库慕课课程必须要解决课程内容设计、教学方式与教学手段设计、实验设计等问题，其中最大挑战是如何有效地设计和评价数据库实验。目前已有的多数数据库慕课课程在实验设计上还存在很多欠缺，限制了慕课课程的教学效果。

2 数据库慕课课程建设的几个关键问题

2.1 课程内容设计

慕课课程不是传统课堂教学的简单翻版，授课内容需要精心设计和组织。

传统课堂教学面向的对象是固定的，授课对象的知识层次是事先可把握的，因此在组织课堂教学时更有针对性。然而慕课的授课对象广泛，知识层次参差不齐，需求也变化多样，这就要求慕课课程知识点必须按模块组织，便于按需选择和重组知识点，以适应不同类型、不同层次的学校和学生。

数据库技术的学科内容十分丰富，研究领域也非常宽泛，包括基本理论、实现技术和方法、DBMS软件系统、多种多样的应用。图1的立方体形象地描述了数据库多层次、多类型、多视觉的学习内容和研究范畴。其中，横轴是课程内容，纵轴是研究范畴，纵深轴是学习的深度和广度。

图1 数据库课程体系

以中国人民大学数据库系统概论慕课课程为例，该课程在内容设计上非常注重知识点的可剪裁性，知识点与课本内容有一个基本的对应关系，同时对知识点有不同的定位，包括基本了解的知识点、需要深入掌握的知识点和需要举一反三的知识点。这样各个学校在使用慕课时可以根据自己的情况方便地剪裁。

根据慕课的特点，人大数据库慕课团队首先对知识点进行梳理组织，做到课程内容碎片化的同时知识点仍然是完整的、相互联系的。根据慕课选课对象大众化、多层次、多类别的特点，笔者把数据库系统概论一门本科课程的内容分为基础篇、高级篇和新技术篇3门慕课课程。不同的学校可以根据自己的需求选择其中一门或多门课程讲授学习。

数据库系统概论基础篇是从数据库使用者的角度介绍数据库的基础知识以及关系数据库的理论、方法和技术，包含36个视频以及实验、习题、考试等资源，内容涉及数据库系统概述、关系数据库、SQL语言、数据库安全性和数据库完整性。

数据库系统概论高级篇从数据库设计者和DBA的角度介绍数据库设计和DBMS中有关查询处理和事务管理的基本概念和基本技术。讨论DBMS中查询处理、事务管理、数据库恢复、并发控制等基本概念和基本技术，但是没有涉及具体的实现技术细节。高级篇包含41个视频以及实验、习题和考试等资源。

随着计算机软硬件技术的进步，特别是大数据的出现，数据库技术获得快速发展，新技术和新系统层出不穷。数据库系统概论新技术篇全面介绍数据库管理系统的最新进展以及大数据环境下数据库的前沿技术。新技术篇由中国人民大学中青年优秀教师讲授，他们在科研第一线，可以给广大科技人员和学生带来最新的知识和技术。新技术篇主要包含3部分内容，第一部分内容是数据库系统概论新技术篇的扩展，包括数据库新技术概述、基于新硬件的联机分析处理技术、数据挖掘技术。第二部分内容是数据库管理系统的最新进展，包括内存数据库系统、数据库一体机、数据库安全与隐私保护、开源数据库系统。第三部分内容是大数据技术，包括：①大数据技术概论，涉及大数据的基本概念、大数据的基本架构和大数据应用；②大数据平台，涉及批处理系统、分布式应用协调服务、键值对系统、文档数据库、图数据库、流处理系统和HIVE系统；③大数据算法和分析，涉及大数据近似算法、大数据与机器学习、社交网络大数据分析、文本互联网大数据分析和多媒体大数据分析。

2.2 教学方式与教学手段

慕课教学方式和手段包括视频录制、PPT制作、讨论区使用等。

首先，慕课视频是最主要的慕课课件，它对授课教师语言的严谨性要求比较高。传统课堂教学相对随意，而慕课视频要求授课教师语言精练，没有废话，因而课堂的信息量非常大。同时由于学生完全自主学习，注意力高度集中的时间有限。这些都要求慕课视频不能长，以10～15分钟为宜。慕课视频的特点，容易导致视频的呆板和枯燥，如何把传统课堂的风趣元素有机地融入慕课视频中，又不失慕课视频的简洁，是慕课教学的一个难点。

第二，慕课视频对PPT的要求较高。传统课堂教学中，教师可以通过激光笔、教鞭、手势等多种方式，将学生的注意力吸引到PPT的相应位置；通过在黑板上写写画画，更细致地讲解重点和难点，这是慕课教学不具备的。在慕课教学中，授课教师只能通过在PPT上做文章达到吸引学生注意力以及讲清重点和难点的目的，所以慕课的PPT通常有比较多的动画，制作PPT的工作量较大。

第三，善用讨论区。慕课在教与学过程中，缺少师生的实时互动，只能用讨论区弥补。讨论区是师生互动、学生互助的好地方，可以在一定程度上替代物理教室的面对面交流和互动，也能提高学生学习的主动性，使学生有归属感。可见，慕课讨论区是正常教学的补充手段，必须想办法用好，比如制订激励机制，鼓励学生在讨论中发言；将学生在讨论区的表现纳入平时成绩；教师经常活跃在讨论区中，发起和引导讨论或者解答问题等。

2.3 实验平台建设

数据库实验部分的建设绝不是锦上添花，而是必不可少。

对于计算机学科，实验教学非常重要，而实验教学恰恰是慕课的软肋。相比于程序设计类课程，数据库课程的实验教学困难更大，主要表现在两个方面：一是中国大学慕课等平台都缺少专用的数据库实验平台；二是没有有效的实验评价软件和合理的评价方式。

传统课堂的实验教学方式是，教师针对学生的具体情况，事先为每一节实验课安排实验任务，学生去实验室完成上机任务并撰写实验报告提交给教师。实验完成质量的判断主要依据其实验结果和实验过程中关键界面的截图。这种纯手工、粗粒度的评价方式，不仅给学生带来诸多不便，也给教师对学生实验完成情况的分析带来额外负担。在慕课这种动辄上万人的选课中，这种批改实验的方式是不现实的。因此一些课程只好通过选择题评价学习者的学习效果，这种测验和评价方式是远远不够的。

为此，笔者所在的数据库系统概论慕课团队研发了专门的实验平台，后台使用人大金仓数据库，数据库服务器部署在中国人民大学信息学院机房中，实验平台的功能包括与中国大学慕课的接口（导入学生数据，导出实验成绩）、SQL实验、实验打分和评价机制、实验分析等。

2.4 慕课课程学习状况的大数据分析

大数据分析是改进慕课教学的重要手段，但授课教师无法获得数据。

针对上万的选课学生，如果能及时获知学生的掌握情况，发现学生的共性问题，并及时通过在讨论区中发起讨论等方式进行进一步讲解，势必会提高教学效果。由于每年的选课学生情况都不同，遇到的问题也各有不同，如何在保护学生隐私的情况下获取学生的必要数据进行分析，是慕课教学的难点。

以中国人民大学数据库系统概论慕课课程为例，目前实验平台是慕课团队自主研发的，已经可以通过该实验平台抓取学生完成实验习题的行为，比如在每道题上的停留时间、错误率等，分析难点所在。但是，中国大学慕课平台上的学生学习数据，授课教师目前是拿不到的，因此无法进行分析，这是未来慕课平台必须要解决的问题，是提高慕课教学质量和慕课平台增强自身竞争力的重要手段。

2.5 慕课在提升本科传统课程教学质量上的应用

慕课课程如何在提升本科数据库教学质量上发挥作用，是探索高等教育教学改革的方向之一。慕课作为普惠大众的资源是非常重要的，它的注册成本为零，无论是想系统地学数据库，还是只想复习其中一些知识点，或想借助慕课解决传统课堂学习时遇到的困惑，都可以从慕课中获益。作为普惠大众的慕课，看到学员受益，授课教师是很有满足感的。但是慕课不光是普惠大众的，还应该在提高本科生数据库教学质量上发挥重要作用。

然而，慕课的课程内容、对作业实验及考试的要求，往往与学校的教学要求存在差距。在学校里面，授课教师通常希望有更多的作业、更多的实验、更难的考试。因此，必须建设面向本科课堂的SPOC和翻转课堂。这样，慕课可以有多种形式的应用。

（1）慕课+SPOC的形式，每一个学校做自己的教学方案。

（2）慕课+SPOC+课堂教学，对部分章节使用SPOC。例如，数据库最适合做SPOC的内容可能是数据库设计，那么该知识点采用SPOC，其他地方仍沿用传统课堂教学。

（3）在传统课堂教学中，用慕课作为补充。例如讲授难点前，先让学生课下观看慕课视频预习，或者利用慕课课件在课堂上演示动画帮助学生更好地理解这些难点。

3 数据库系统概论慕课课程及工作组

3.1 数据库系统概论慕课课程

中国人民大学自1978年率先在国内开设该门课程以来，围绕该课程的建设做了一系列工作，出版了一部教材、建设了一门精品课程、锤炼了一支教学团队。数据库系统概论教材自1983年至今已到第5版，两次荣获国家级优秀教材奖，在上百所重点大学和普通大学作为本科生专业课教材使用，被翻译成藏文和繁体字在我国西藏和台湾发行，成为我国影响力最大的数据库教材。数据库系统概论是中国人民大学信息学院精心打造的国家级课程精品，该课程于2005年获得国家精品课程，后来又入选第一批国家精品资源共享课（2016年公布）。

自2015年来，人大数据库课程教学团队开始建设MOOC/SPOC课程，并初见成效。整个慕课建设过程经历了3个阶段。第一个阶段是“请进来”，笔者邀请了慕课课程的先行者以及有丰富的慕课录制经验的教师来人大做交流，加深了团队对慕课的认识。第二个阶段是“走出去”，笔者加入了中国大学慕课联盟，也多次参加了慕课联盟组织的研讨会。在这个过程当中，得到了来自方方面面的鼓励，人大的数据库系统概论课程也被中国大学慕课联盟列为重点支持的9门核心基础课之一，坚定了团队建设好慕课的决心。第三个阶段是真正的“干起来”，包括课程内容的设计、实验设计和实验系统的开发、课程录制以及课程最终上线，其中实验系统开发是整个课程建设的难点。数据库系统概论基础篇于2016年4月1号第一轮上线，共有23 000多学员注册了这门课程。第二轮于2017年2月20日上线，仍然有22 000多学员注册学习。数据库系统概论高级篇于2016年9月5日第一轮上线，14 000多学员注册；2017年3月27日第二轮上线， 11 000多学员注册；数据库系统概论新技术篇于2017年5月8日第一轮上线，已有16 000多学员注册学习。目前新一轮课程正在上线，已有15 000多学员注册。

3.2 数据库课程工作组

为了研究如何提升数据库慕课的建设水平，探索面向数据库系统概论传统课堂与慕课的深度融合，提高大学本科教育质量，帮助学生获得更好的学习效果。根据中国高校慕课联盟的建议，2017年1月由中国人民大学牵头，成立了中国高校计算机教育联盟数据库课程工作组。

2017年1月13日在北京中国人民大学举办了数据库系统概论MOOC建设与应用第一届研讨会暨中国高校计算机教育MOOC联盟数据库课程工作组成立会议。会议由中国高校计算机教育MOOC联盟主办，中国人民大学信息学院承办，中国计算机学会数据库专业委员会协办，40余位国内数据库专家和学者参加了会议。

数据库系统概论MOOC建设与应用第二届研讨会暨中国高校计算机教育MOOC联盟数据库课程工作组第二次会议于2017年4月7—9日在扬州大学召开。会议由中国高校计算机教育MOOC联盟主办，扬州大学信息工程学院承办，中国计算机学会数据库专业委员会、教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会、江苏省计算机学会计算机教育专业委员会协办。来自中国人民大学、北京大学、清华大学、中国科技大学、复旦大学、山东大学、南京大学、武汉大学、华东师范大学、西北工业大学等近百所高校200余位数据库专家和学者参加了本次会议。

工作组的工作内容包括3个方面。

一是数据库课程的共建。目前除了人民大学之外，还有一些高校也在建设数据库慕课课程，工作组的第一项工作就是将大家组织起来，共同探索数据库课程的建设指南、建设规范，引导优质的数据库课程的建设。

第二项内容是组织研讨和培训。基于数据库系统概论的慕课资源，组织线下的研讨和培训，推动慕课资源在工作组成员高校的共建共享。

第三项内容是构建涵盖课程内容、教学方法、实验环境等在内的数据库慕课生态圈。

目前工作组下面细分为两个小组：一个是SPOC小组，一个是慕课实验课小组。每一个参加工作组的高校都可以选择感兴趣的小组。

4 结 语

慕课的出现和发展，使中国的高校教育出现了新的发展契机。数据库系统概论慕课上线一年半，累计注册人数已经超过10万人。如何不断改善慕课课程质量以更好地服务于学员，如何进一步加强和改进实验平台的设计，如何做好慕课学员的行为和成绩分析以更好地服务于教师，如何让慕课课程在提升本科数据库教学质量上发挥实质性作用，是人大数据库慕课团队下一步重点关注的工作。

[1] 王珊, 萨师煊. 数据库系统概论[M]. 5版. 北京: 高等教育出版社, 2014: 9.

[2] 李晓明. 慕课[M]. 北京: 高等教育出版社, 2015: 8.

[3] 王珊, 张俊. 数据库系统概论[M]. 5版. 北京: 高等教育出版社, 2015.

[4] 教育部, 财政部. 关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见[S]. 教高[2011]6号.

[5] 教育部. 关于国家精品开放课程建设的实施意见[S]. 教高[2011]8号.

[6] 教育部. 关于加强高等学校在线开放课程建设应用与管理的意见[S]. 教高[2015]3号.

1672-5913(2017)11-0010-04

G642

教育部2016年课程教材改革研究项目“在线开放课程大数据研究项目（一期）‘MOOC课程有效学习的分析与对策研究’”；中国人民大学教师教学发展改革项目“基于数据库MOOC教学的在线实验平台研究”；信息技术与信息管理国家级实验教学示范中心项目。

陈红，女，教授，研究方向为高性能数据库、隐私保护，chong@ruc.edu.cn；

王珊（通信作者），女，教授，研究方向为高性能数据库，swang@ruc.edu.cn 。

陈 红

王 珊

（编辑：孙怡铭）