MOOC环境下数据库原理实验课程教学改革探索

张 俊

（大连海事大学 信息科学技术学院，辽宁 大连 116024）

MOOC环境下数据库原理实验课程教学改革探索

张 俊

（大连海事大学 信息科学技术学院，辽宁 大连 116024）

MOOC环境下数据库原理理论课程建设快速发展，而实验课程建设相对滞后。文章分析MOOC环境对数据库原理实验课程教学的影响，并从实验平台建设、实验内容MOOC化、实验教学方法等方面，探讨数据库原理实验课程教学改革方法。

MOOC；数据库原理；实验教学；教学改革

1 背 景

MOOC作为一种创新的教学理念和教育教学环境，为教育改革带来了新机遇[1]，近年来得到国内外众多高校的高度重视，大量MOOC课程不断被开发出来。MOOC不仅为理论课程教学带来深刻影响和变革，也为实验课程教学带来了挑战和机遇。清华大学李山山等人探讨了MOOC时代的计算机实验教学[2]，指出相对于计算机硬件实验而言，计算机软件实验较易MOOC化；北京航空航天大学孙青等人提出实验教学MOOC化应从实验内容MOOC化、实验环节虚拟化、实验教学平台网络化等方面建设MOOC环境下开放共享的实验教学[3]；国防科学技术大学周丽涛等人探索MOOC在计算机实践教学中的应用[4]，指出MOOC可以有效帮助学习者提升各项实验技能，推动实验室信息化建设水平提升。

数据库原理课程是一门理论和实践紧密结合的IT相关专业核心课程。目前许多大学纷纷建设了数据库MOOC，如中国人民大学王珊教授主讲的数据库系统概论、哈尔滨工业大学战德臣教授主讲的数据库系统、浙江大学陈岭副教授主讲的数据库系统原理、北京工业大学杜金莲副教授主讲的高级数据库系统，以及东北师范大学李雁翎教授主讲的数据库技术及应用等。总的来说，MOOC环境下数据库原理理论课程建设快速发展，而实验课程建设相对滞后。一门好的数据库MOOC课程建设，不仅需要建设好MOOC理论课程，也需要建设好相应的MOOC实验课程[5]。中国人民大学王珊教授数据库教学团队不但创建了优秀的数据库MOOC理论课程，也在开发和完善配套的在线实验系统；中南大学奎晓燕等人探讨基于MOOC理念的数据库实践教学改革[6]，但并没有指出如何建设数据库MOOC实验平台，也没有指出数据库实验教学内容如何MOOC化；江苏师范大学黎孟雄等人探讨了基于SQLite的数据库原理自主实验平台设计[7]，但并没有指出如何支持数据库MOOC实验教学过程。

2 数据库原理实验课程教学现状分析

目前国内高校众多专业开设了数据库原理课程，但数据库原理实验教学体系各不相同[8]，如开课方式多样（课内实验或独立实验课，理论课教师兼任实验课教师或者独立实验教师）、实验学时设置不同（20学时或者36学时）、实验平台多种多样（商业DBMS或者开源DBMS，国外DBMS或者国产DBMS）、实验项目设置不尽相同（实验项目有多有少，各有侧重）。

数据库原理实验课程具有自身特点，如实验项目和实验内容多，要求实验内容可裁剪；实验操作性和实践性强，要求学生多做多练；实用性和应用性强，要求实验以应用为中心、以案例为中心；数据与软件相结合，要求以数据为中心；实验平台多而复杂，要求建立开放共享的实验平台；实验涉及的知识多，要求学生多花课外时间。

分析以上数据库原理实验课程特点和教学现状可知，目前数据库原理实验课程教学存在一些问题。

（1）数据库课程实验教学教师和理论课授课教师不是同一个人，容易导致理论课程教学和实验课程教学脱节。

（2）由于数据库原理实验课程实验项目和内容较多，学生在实验课堂不能及时完成实验任务，需要花费较多的课外时间，导致授课教师不能及时掌握学生的实验进度和完成质量情况，仅通过实验报告难以评判学生实验成绩。

（3）由于实验平台多，限定学生使用一种DBMS会抑制学生实验的兴趣，如果允许学生灵活选择不同的DBMS作为实验平台，又会增加实验管理的难度和复杂性，也对实验授课教师提出了更高的要求。

3 MOOC环境为数据库原理实验课程建设带来的影响

（1）MOOC环境扩展学生实验空间和时间，使学生可以花更多的课外时间完成更多的数据库原理实验项目和内容。

（2）数据库原理实验课程内容碎片化、MOOC化，有利于各层次高校和不同专业学生灵活选择学习。

（3）MOOC环境可以构建开放共享的多DBMS平台，使学生灵活选择实验平台，也可以学习和掌握多种DBMS，降低授课教师管理实验过程的难度和复杂度。

（4）数据库原理实验课程是软件实验，构建在线实验和自动评测系统，一方面减少了实验授课教师评阅实验报告的工作量，另一方面使学生实时了解自己的实验情况，从而提高实验效果。

（5） MOOC环境可以全面收集学生实验预习、实验过程和实验结果等情况，有利于理论课授课教师和实验课授课教师及时掌握学生实验进度和实验质量情况，避免理论课和实验课授课脱节。

4 MOOC环境下数据库原理实验课程教学改革方法

4.1 数据库MOOC实验平台建设

传统的数据库实验平台包括单机环境、客户端/服务器环境和开放环境。所谓单机环境是每台计算机安装一套DMBS，每个学生使用一台计算机实验；客户端/服务器环境是在服务器上安装一套DBMS，每台客户机只安装客户端，每个学生使用一台客户机完成实验；开放环境是在多个服务器上安装多个DBMS，学生在客户机上可以选择需要连接的DBMS服务器。传统实验环境以实验室为中心，实验场地和实验时间比较固定，实验教师只能掌握实验课堂上学生的实验情况，不能掌握课外学生实验的情况，难以全面评价学生的实验情况。

理想的数据库MOOC实验平台由专门设计的数据库MOOC平台软件通过网络连接各种DBMS、实验学生和实验授课教师，学生不再局限于实验场地和实验时间，可以在自己喜欢的时间和地点完成实验项目，实验教师可以通过MOOC实验平台软件实时掌握学生的实验过程和完成情况，见图1。

图1 理想的数据库MOOC实验平台体系架构示意图

理想的数据库MOOC实验平台具有的功能见图2，包括学生管理、实验内容管理、实验过程管理、教师管理4部分功能。

图2 数据库MOOC实验平台功能结构图

学生管理功能主要有注册管理、实验报告管理、实验成绩管理3部分。实验报告管理针对学生实验过程自动生成实验报告，然后由学生补充完成实验总结等内容。实验成绩管理允许学生查看各个实验项目的具体成绩，并能查看实验丢分项、与所有注册学生的实验成绩对比分析情况。

实验内容管理主要包括实验项目、实验数据集和实验案例管理。实验项目管理主要是实验内容MOOC化管理，不仅列出各个实验项目大纲（包括实验目的、实验要求和具体的实验内容），还管理实验教师制作的授课视频，以便学生在实验过程中随时观看和学习。实验数据集是完成数据集实验的基础，数据库实验以数据为中心，因此收集和管理大量的实验数据集，有利于学生做好各个数据库实验项目，实验教师可以针对每个实验数据集制作相应的视频，讲解该实验数据集的特点和作用，以便学生迅速了解和掌握数据集。实验案例预先收集整理的实验例子，以便学生随时调阅学习，实验教师也可以针对每个实验案例制作视频加以讲解，让学生了解每个实验案例的优缺点。

实验过程管理包括在线实验管理、实验交互讨论管理和实验过程监督管理。在线实验管理是学生选择实验项目，调阅相关实验视频学习，进行具体实验项目管理。实验交互讨论管理为学生与实验教师、学生之间提供相互讨论实验问题的功能。实验过程监督管理自动收集学生实验过程数据，监督学生实验进度情况，为实验教师实时了解学生实验情况提供方法和手段。

教师管理包括教师注册、实验考核、实验情况分析3部分功能。实验考核管理主要设定实验考核标准，然后由系统对学生实验完成情况进行自动考核，也可以完成学生互评和教师评价，最后综合上述3部分考核成绩，给出学生最终的实验成绩。实验情况分析通过实验过程中收集的学生实验进度信息、交流讨论信息和实验考核信息，综合评价学生完成实验的质量情况。

4.2 MOOC实验教学内容改革

MOOC环境下数据库原理实验教学内容可以分为MOOC实验平台、DBMS、数据集、实验案例、实验项目5部分内容，其中实验项目是核心的实验教学内容，其他为辅助的实验教学内容。表1列出各部分实验教学内容、内容说明和MOOC化的方法。

中国人民大学王珊教授主编的《数据库系统概论(第5版)习题解析与实验指导》[8]把数据库原理实验分为11个实验，每个实验又分为若干个实验项目，共计26个实验项目，见表2。笔者仔细分析了各个实验项目，指出其MOOC化方式（在线实验、演示或者是在线实验+演示3种方式），其中“在线实验+演示”表示该实验项目既允许学生在线实验，又允许学生观看实验案例演示视频，例如实验1.1数据库定义；“演示”表明该实验项目不允许学生进行在线实验，仅允许学生观看实验案例演示视频，例如实验5数据库设计。

实际上，对于实验5数据库设计和实验7数据库应用开发等难以实现学生在线实验的实验项目，一方面可以制作相应的实验案例视频，允许学生线上学习，线下完成实验；另一方面可以探讨该实验项目实验环节的虚拟化，允许学生在虚拟环境中完成该实验项目。数据库实验项目的虚拟化为数据库MOOC实验平台开发提出更高的要求，也带来更大的挑战。

4.3 MOOC实验教学方法改革

实验教学过程方面，对于非学历和学位学习的学生采用MOOC方式进行实验教学，即学生采取“在线实验+演示”的线上方法进行实验，或通过虚拟环境完成实验项目；而对于学历和学位教育的学生采用“MOOC+SPOC+翻转课堂”的实验教学方式，即学生采取线上和线下相结合的混合实验模式，一方面学生通过“在线实验+演示”完成实验内容，另一方面可以线下实际操作，完成实验项目内容后，在线提交实验报告。

表1 MOOC环境下数据库原理实验课程教学内容

表2 数据库原理实验课程实验项目设置一览表

实验考核方面，对于非学历和学位学习的学生，因为学习人数众多，教师人工评价工作量巨大，需要非常长的时间完成人工评价，几乎是不可能完成的任务，只能采用系统自动评价的方式；对于学历和学位教育的学生，可以采用系统自动评价、学生互评和教师评价相结合的方式综合评定学生的实验成绩。

实验结束后，可以利用数据库MOOC实验平台收集的学生实验过程产生的各种数据，进行大数据分析和数据挖掘，得出学生实验情况分析报告，为后续实验教学改进提供更加客观和精准的依据。

5 结 语

MOOC环境为数据库原理实验课程教学带来了新的机遇和挑战。目前许多高校开发了一些数据库原理在线实验教学系统，但是这些系统在功能方面还不够完善，在与数据库原理理论课程MOOC配套建设方面还有较大差距。未来数据库原理实验课程教学还需要在实验环境和工具的集成、实验教学环节的虚拟化和实验教学内容的MOOC标准化以及实验教学管理系统的功能完善方面加大研究和开发力度，以达到与数据库原理理论课程MOOC建设有机融合和同步发展。

[1] 李雁翎. 计算机教育改革新形态: MOOC+SPOC[J].中国大学教学, 2016(12): 56-58, 71

[2] 李山山, 陈永强, 刘敬晗. MOOC 时代下的计算机实验教学探讨[J]. 计算机教育, 2014(13): 103-106.

[3] 孙青, 艾明晶, 曹庆华. MOOC环境下开放共享的实验教学研究[J].实验技术与管理, 2014, 31(8):192-195, 214.

[4] 周丽涛, 刘越, 彭立宏. 探索MOOC在计算机实践教学中的应用[J].计算机工程与科学, 2014, 36(增刊1): 118-121.

[5] 崔贯勋. 基于云计算技术的 MOOC 实践教学平台[J]. 实验室研究与探索,2015, 34(8): 119-123,157.

[6] 奎晓燕, 杜华坤, 刘卫国. 基于MOOC理念的数据库课程实践教学改革[J]. 软件导刊, 2016, 15(10):183-184.

[7] 黎孟雄, 郭鹏飞. 基于SQLite的数据库原理自主实验平台设计[J]. 实验技术与管理, 2016, 33(11):157-160.

[8] 王珊, 张俊. 数据库系统概论(第5版)习题解析与实验指导[M]. 北京: 高等教育出版社, 2015.

1672-5913(2017)11-0014-05

G642

辽宁省级教改项目“面向互联网+人工智能的智能科学与技术专业实践教学体系的研究与实践”（2016021）。

张俊，男，教授，研究方向为数据库信息检索和智能信息处理，zhangjun@dlmu.edu.cn 。

张 俊

（编辑：孙怡铭）