“數據庫應用基礎”開放式實驗平臺與實驗過程綜合自動評價系統研究

　　摘 要：介紹如何利用開放式網絡平臺進行“數據庫應用基礎”課程實驗教學改革，并對建立客觀、科學、完整的學生實驗結果評價體系和評價系統進行了探索。
　　關鍵詞：數據庫應用基礎；開放式實驗平臺；自動評價
　　
　　1 指導思想
　　“數據庫應用基礎”是我校非計算機專業的文科大類、醫學大類學生繼“大學計算機基礎”課程之后的高層次課程，課程內容廣、操作性強。在“數據庫應用基礎”課程的教學環節中，實驗教學處于舉足輕重的地位，它不僅使學生加深對知識的理解，更是對學生應用技術能力的訓練和培養[1]。內容單一、實驗過程封閉的傳統實驗教學體系已不能適應新時期對人才培養的高層次要求。怎樣建立科學的實驗模式、提高整體教學質量、培養學生自主學習、綜合素質全面發展以及提高創新實驗能力，是我們改革探索的焦點和核心[2]。
　　1.1 實驗教學開放化
　　傳統的教學內容近于孤立的學科知識體系，從而限制了學生的學習范圍和知識視野。美國心理學教授H.Garder提出的多元智能理論強調尋求課程內容的“多元切入點”，即為學生提供各類豐富的學習資源并讓學生在場景化的學習環境中探索，以提升學習的興趣和能力[3]。多元智能理論賦予了學生自主探究現實生活的權利和廣泛運用各種智能的機會，教學從以教師為中心向以學生活動為中心轉變，發揮教師的指導作用，體現學生的自主學習氛圍，在課程的實施中，學生成為自我學習的啟動者，教師的角色也從知識的傳遞者轉變為學生活動的協助和引導者和資源的提供者[4]。
　　
　　非計算機專業學生受到專業領域、課程認知能力以及興趣偏好等諸多因素的制約，所以實驗教學效果的好壞直接影響到整個課程的教學效果。建立完善的開放式網絡實驗教學平臺，實現實驗任務開放、實驗空間開放、實驗時間開放、實驗評價開放[2]，使學生在固定的教學實驗外，可以在課余時間自由進行拓展。教師根據教學內容設立層次化、適合不同學習基礎的學生學習的實驗任務，并在網絡實驗教學平臺上發布，學生根據自身能力、興趣、特長選擇適合自己的實踐環節和實驗項目進行學習并選做相應的實驗，完成后得到公開的實驗結果分析和成績評定。
　　在內容、時間、空間、考核等方面開放式的學習與管理，可以使學生充分發揮主觀能動性，激發其學習熱情，同時在整個實驗學習過程中保持一定壓力和積極進取的動力；教師可以拓展實驗的深度和廣度，發揮積極的導向作用，通過任務的設立使學生提高認知能力，培養求知探索的精神和開拓創新意識，并通過分析學生信息反饋，及時進行教學調整，改善整體教學效果，從而實現一個多元化的能力培養新模式[5]。
　　1.2 實驗評價多元化
　　傳統的實驗教學由教師布置當次實驗任務，學生在實驗室完成。指導教師無法對每個學生的實驗完成情況，特別是操作過程、實踐能力進行準確全面的記
　　
　　基金項目：中南大學本科教改立項項目(中大教字[2008]29號)。
　　作者簡介：周肆清，男，副教授，研究方向為管理信息系統與中間件技術；楊莉軍，女，講師，研究方向為數據庫應用；李利明，男，講師，研究方向為語義本體與應用。
　　
　　錄，往往只能簡單記錄學生的出勤情況、個別學生個別實驗的實驗結果等，標準不統一，主觀性大。如何有效地提高實驗效率，讓學生在實驗課上學到更多的知識，制定一個有效的評價方法是非常重要的。科學靈活、客觀公正、貫穿全程的綜合評價可以使學生重視每一次實驗，及時檢驗學習效果，以便確定和調整學習方式，還可以激發學生學習的積極性和主動性，從而保證教學質量的提高。
　　再者，傳統的實驗評價只關注實驗的結果，學生在實驗過程中所表現的學習態度、實現方法、技能素質都被忽視了，學生在發現問題、解決問題過程中綜合運用知識、創新思維能力的展示以及知識水平的提高在實驗評價中得不到認可，實驗成績不能全面評價學生的實驗水平，嚴重制約了實驗評價應有的激勵作用[6]。
　　評價的有效實施離不開充分和客觀的評價依據，能否建立足夠的學習評價依據直接關系著學習評價的成功與失敗。多元化的評價內容、綜合化的評價形式是對學生在線實驗行為的監控和全方位的評估反饋，也是網絡學習能夠有效進行的重要保障之一。自動化的評價手段將教師從繁瑣的考評事務中解脫出來，將更多的時間用于指導學生，將更多的精力投入充實內容、設計任務中，可以更好地引導學生學習。
　　2 功能設計與指標體系
　　“數據庫應用基礎”開放式實驗平臺與實驗過程綜合自動評價系統建設的總體目標是構建基于SQL SERVER的新教學內容體系的課程開放式實驗平臺，開展對學生實驗過程的綜合評價體系的研究和探討，實現相應的自動評價系統。
　　2.1 系統功能
　　“數據庫應用基礎”開放式實驗平臺與實驗過程綜合自動評價系統功能設計見表1。
　　功能設計滿足如下要求：
　　1) 將《數據庫應用基礎教程》教材的各章內容、習題、答案、課件、教案等課程資源全部網絡化，全面向學生開放，以方便學生在線學習。
　　2) 提供至少12個與理論教學相匹配的、用于常規數據庫的驗證性、設計性實驗。按照自動評價系統的要求，對需要學生完成的內容，依據一定的內容組織規則以多媒體流的形式存儲在數據庫中；提供若干數量的綜合性、水平測試、創新能力培養型的實驗內容，以方便能力強、學有余力的學生進行選擇性的學習。
　　2) 提供綜合性、水平行測試、創新能力培養型實驗內容。
　　學習智能引導基于產生式規則實現實驗項目的學習驅動，隨時記錄學生的學習歷史，同時根據學生當前的學習狀況，系統動態為學生提供后繼學習建議以及具體的后繼知識點等。
　　考核評價對實驗過程的各項考核指標進行組織和存儲，可隨時調整指標參數。
　　成績管理對每個學生、每個實驗的評價結果進行管理，并向學生提供查詢服務。
　　師生互動提供網上留言、主題討論、Q&A等師生互動欄目，豐富課程教學內容。
　　
　　3) 學生學習效率的提高離不開必要的指導，系統基于產生式規則實現實驗項目的學習驅動，隨時記錄學生的學習過程(在線學習時間、實驗結果、測試成績、互動情況、閱讀歷史等)，根據這些參數自動為學生組織學習主題、實驗項目，使學生的學習內容和學習進度均具有自適應性，同時根據學生當前的學習狀況，系統動態為學生提供后繼學習建議以及具體的后繼知識點等。
　　2.2 系統結構體系
　　“數據庫應用基礎”課程開放式實驗教學平臺通過基于瀏覽器的方式向學生提供實驗環境系統、自主學習、資源瀏覽、實驗過程自動考核評價等功能，向教師提供資源管理以及學生實驗的全程掌控服務。系統的總體結構如圖1所示。
　　
　　2.3 實驗內容體系
　　依據我校非計算機文科、醫科類學生的教材《數據庫應用基礎教程》和《數據庫應用基礎實驗教程》確立實驗內容，包括實驗教學大綱、實驗預習要求、實驗內容與步驟，以及每章節主要的知識點、實驗注意事項、相關實驗輔導、實驗思考等。實驗內容先基礎再拓展、先簡單后復雜、先局部后整體，內容設計具備新穎性、綜合性、設計性和拓展性。
　　2.4 實驗能力考核指標
　　“數據庫應用基礎”開放式實驗平臺與實驗全程綜合自動評價系統以多元智能理論為指導，建立兩套評價指標，即靜態指標和動態指標，如表2所示。
　　實驗課程的成績一般包括學生出勤情況、完成質量情況等。這些傳統評價依據劃歸到靜態指標類，占總指標體系權重的20%。
　　動態指標涉及到實驗類型的區分和識別，必須依據實驗題型進行組織和建立，我們將之劃分為三類動態指標類：基礎性驗證實驗、設計創新性實驗、綜合運用知識和創新思維能力，分別占總指標體系權重的50%、30%和20%。
　　
　　當然，以上指標系數的確立是依據自身教學特點
　　
　　和教學大綱的具體要求定義的，具體到執行時可通過系統進行動態調整。
　　2.5 開放式實驗學習平臺核心
　　核心包括主頁布局、學習資源、課程實驗資源以及學生在線實驗預習、提交實驗報告、教師在線指導等內容。
　　2.6 實驗過程與考試自動評價服務
　　實驗過程與考試自動評價系統包含學生和教師端的程序，學生端實現實驗注冊和實驗結果提交，教師端實現學生信息管理、實驗內容管理、實驗過程監控服務等。
　　學生每次實驗都要進入平臺進行注冊，選擇并瀏覽當次實驗的具體要求和指導性說明，按步驟完成實驗內容直至實驗結束。在這個過程中，實驗平臺借助綜合自動評價系統對學生的“完成時間、完成內容、實驗結果、獨立完成情況、教師指導情況”等過程信息進行全方位的記錄并進行評價，最終記錄到該學生的實驗數據庫中。
　　3 實驗過程與結果綜合評價技術
　　如何從技術上有效地對學生實驗過程的全程進行掌控并作出比較客觀、全面的成績評價是綜合評價研究的重點和難點，從如下幾個方面進行：
　　1) 靜態指標的自動評價。
　　靜態指標主要涉及出勤、實驗完成時間、獨立完成程度、接受輔導情況、學生互動情況等因素，自動評價系統對這些指標的處理會相對容易。
　　2) 驗證性實驗的自動評價。
　　基于SQL Server教學內容的驗證性實驗主要涉及數據庫、數據庫對象(如表、視圖、索引、存儲過程、觸發器、數據導入導出、安全性等)操作的內容。按照實驗內容的步驟，將需要學生完成的內容進行索引，系統利用“目標評價中間件(for SQL)”實現對該部分實驗內容的結果對象進行自動識別和考核評價。
　　3) 設計性、創新性實驗的輔助評價。
　　主要涉及SQL查詢語言、VB程序設計、VB數據庫程序設計等內容。
　　① SQL查詢語言實驗：為了正確識別和評價本部分內容，學生必須在SQL查詢虛擬環境下完成實
　　
　　驗，利用“SQL操作解析中間件”自動記錄學生的實驗過程和項目結果。
　　② VB程序設計、VB數據庫程序設計：先進行目標識別，再由教師手工評價，以兩者相結合的方式進行。
　　4) 在線學習與能力培養、創新性實驗的輔助評價。
　　網絡學習已經成為大學生的一個重要的學習途徑，在這樣的背景下，我們構建基于網絡的數據庫課程實驗教學平臺，通過平臺的使用，可以提高數據庫課程實驗的教學質量。輔助評價是指通過對學生在線訪問的時間、頻次、停留時間、按要求提交的實驗報告、系統設計、程序設計、運行結果等要素進行綜合評判，采取大部分內容由機器自動評價和少部分內容由教師手工評判的結合進行，評價結果按一定比例折算后作為學生整個課程實驗考核的加分要素。
　　4 實施效果
　　“數據庫應用基礎”開放式實驗平臺與實驗全程綜合自動評價系統在我校低年級醫學類專業的部分學生中進行試運行，利用開放式實驗平臺發布任務，進行課內固定內容的學習和課外拓展，利用全程綜合自動評價系統給出平時成績。其他學生為對照組，采用原有實驗過程評價方式，即由教師隨堂檢查學生實驗完成情況，學期結束時結合考勤酌情給出平時成績。兩組的期考(筆試+機試)為相同試題，采用同樣考核方式，由教師評定最終結果。總評成績構成：期考成績(筆試占總評成績的56%、機試占總評成績的14%)和平時成績(占總評成績的30%)。兩組總評成績對比如表3所示。
　　
　　可以看出實驗組總評成績高于對照組。實驗組高分數段比例明顯高于對照組，各分數段人數均呈正態分布，如圖2所示。
　　
　　圖2 總評成績分布圖
　　由此可見，進行開放式實驗教學并全程自動綜合評價有利于學生知識的掌握和運用，有利于學生應用能力和綜合水平的提升。教師也可根據學生反饋的信息及時調整教學內容、教學方法和手段，有利于教學質量的提高。
　　5 結語
　　學生學習效果的綜合評價需多元化的評價要素，評價內容、評價方式、評價主體仍需進一步擴展，評價指標中各項內容在評價結果中所占比重還需經過不同學年、專業、時日檢驗其科學性，在后續研究中繼續指標完善，盡量真實反映學生在課程實驗過程中的實際能力，進一步科學化完善綜合自動評價系統。
　　設計性、創新性實驗內容設計性很強，就目前研究水平而言，很難達到完全依賴機器識別和評價的程度。但由于本部分的實驗次數相對少，可彌補自動評價的不足。繼續開展開放式實驗平臺與自動評價系統的建設，其系統功能將隨著技術的發展日趨完善。
　　開放性實驗教學需要多層次的軟硬件平臺，這對機房的功能設置、系統的軟硬件配置、教師的綜合素質提出了更高的要求。如何合理地組織不同專業學科的學生，如何科學地調配實驗機房和指導教師，還需要在開放式實驗教學模式的進一步研究中探索。
　　
　　參考文獻：
　　[1] 荊立夏. 數據庫原理課程實踐教學研究[J]. 光