新工科背景下基于OBE的混合式教學(xué)模式研究與實(shí)踐
——以數(shù)據(jù)庫原理課程為例

陳亞睿 楊 光

（防災(zāi)科技學(xué)院，河北 廊坊 065201）

1 引言

當(dāng)前，我國大力推動(dòng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，積極實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”“一帶一路”“中國制造2025”等重大戰(zhàn)略。新經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，對當(dāng)代工程科技人才提出了更高要求，因此迫切需要深化工程教育改革創(chuàng)新，建設(shè)工程教育強(qiáng)國，這對服務(wù)和支撐國家經(jīng)濟(jì)升級轉(zhuǎn)型具有重大意義。

為應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)，2017年，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，形成了“復(fù)旦共識(shí)”；同年又在天津大學(xué)召開新工科建設(shè)研討會(huì)，明確了新工科建設(shè)的行動(dòng)路線“天大行動(dòng)”[1]。2017年，《新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南》（以下簡稱《指南》）的正式發(fā)布，指明了新工科建設(shè)的方向、原則和重點(diǎn)，使新工科建設(shè)步入了實(shí)質(zhì)性的執(zhí)行階段。《指南》強(qiáng)調(diào)，高校要根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的態(tài)勢更新學(xué)校既有課程體系以及教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段[2]，提升新工科教育的支撐作用[3]。數(shù)據(jù)庫是支持新經(jīng)濟(jì)社會(huì)的核心技術(shù)之一，新工科背景下對該課程進(jìn)行教育改革和探索顯得尤為重要。

本文基于新工科實(shí)踐項(xiàng)目對計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的培養(yǎng)要求，結(jié)合當(dāng)前數(shù)據(jù)庫原理課程的教學(xué)情況，通過探索成果導(dǎo)向教育(Outcome based education，簡稱OBE)和混合式教學(xué)方法，從課程現(xiàn)狀、課程內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法以及教學(xué)改進(jìn)等方面對該課程的改革和實(shí)踐進(jìn)行了探索。

2 數(shù)據(jù)庫原理課程教學(xué)現(xiàn)狀

由于數(shù)據(jù)庫原理課程的重要性，目前幾乎所有高校的計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)都開設(shè)此課程，主要學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫的基本概念、設(shè)計(jì)理論和基本操作。在新工科人才培養(yǎng)的大趨勢下，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫課程已不能滿足新工科要求的能解決實(shí)際應(yīng)用問題、行業(yè)需要的工程系列人才的培養(yǎng)需求，這就對數(shù)據(jù)庫課程提出了具體且更高的要求，當(dāng)前的教學(xué)主要存在以下問題：

2.1 課程體系傳統(tǒng)單一

國外著名大學(xué)為了滿足不同層次學(xué)生的能力培養(yǎng)需求，一般將課程教學(xué)劃分成數(shù)據(jù)庫系列課程。如斯坦福大學(xué)將課程劃分為數(shù)據(jù)庫導(dǎo)論課程、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理課程、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)課程、事務(wù)處理和分布式數(shù)據(jù)庫課程、數(shù)據(jù)庫項(xiàng)目課程等，課程從淺至深，逐步遞進(jìn)，有層次并且自成體系，將理論知識(shí)講解和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來。在國內(nèi)，數(shù)據(jù)庫課程一般只開設(shè)數(shù)據(jù)庫原理或數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論，由于課時(shí)所限，教材的概括性較強(qiáng)，課程體系傳統(tǒng)單一，對工程知識(shí)的綜合應(yīng)用、復(fù)雜數(shù)據(jù)的管理組織、系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力的培養(yǎng)較少涉及，這與新工科背景下人才培養(yǎng)目標(biāo)沒有進(jìn)行有效銜接。

2.2 教學(xué)模式有待改進(jìn)

當(dāng)前的課堂教學(xué)多采用以教師為中心的課堂講授模式，教師依照教材的知識(shí)體系，按照先講授概念，再舉例說明，然后上機(jī)實(shí)驗(yàn)的授課流程進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生根據(jù)教師的要求去完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，被動(dòng)地接受知識(shí)，課堂枯燥無味，學(xué)習(xí)氣氛沉悶，缺乏引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考和討論的過程，制約了學(xué)習(xí)主動(dòng)性的發(fā)揮，影響整體教學(xué)效果。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)則主要是對課堂演示的內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證操作，與應(yīng)用型、工程型人才培養(yǎng)要求還有一定的差距[4]。

2.3 不能達(dá)到以成果為導(dǎo)向的新工科培養(yǎng)要求

數(shù)據(jù)庫類課程的授課形式多采取多媒體、板書結(jié)合演示的教學(xué)方式，實(shí)驗(yàn)課前進(jìn)行集體講解、實(shí)驗(yàn)中個(gè)別指導(dǎo)的實(shí)踐教學(xué)方式開展。這種教學(xué)手段缺乏培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的環(huán)節(jié)，忽略對學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。學(xué)生缺乏深度的專業(yè)性問題的溝通與鍛煉的機(jī)會(huì)，學(xué)完課程后只是掌握了幾個(gè)孤立的知識(shí)點(diǎn)和某種軟件的基本操作，不會(huì)設(shè)計(jì)和評價(jià)具體的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)，不能針對復(fù)雜工程問題與同業(yè)內(nèi)同行進(jìn)行高效交流，用人單位對這種模式下培養(yǎng)出的學(xué)生的普遍評價(jià)是“動(dòng)手能力差”。

3 新工科背景下結(jié)合OBE的混合式教學(xué)改革實(shí)踐

在OBE教育體系中，堅(jiān)持以成果為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)效果的工程教學(xué)理念[5]。這些理念對促進(jìn)和實(shí)現(xiàn)新工科培養(yǎng)面向未來的、多元化的復(fù)合型工程人才的培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。混合式教學(xué)則將在線教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢結(jié)合起來，這種教學(xué)模式被越來越多的教師采用。為達(dá)到新工科的人才培養(yǎng)目標(biāo)，探索OBE理念與混合式教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)改革實(shí)踐，可以從以下幾點(diǎn)著手：

3.1 以案例為核心銜接課程教學(xué)內(nèi)容

數(shù)據(jù)庫原理課程的內(nèi)容較龐雜，對大部分學(xué)生來說這門課難度較大。通常本課程的教材多是先講解數(shù)據(jù)庫的基本概念。學(xué)生在沒有接觸過數(shù)據(jù)庫的情況下，一開始很難理解這些抽象概念和理論，容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)挫敗感，喪失學(xué)習(xí)積極性。即便是死記硬背記住了，在后面的學(xué)習(xí)中也無法與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來。即使教師將授課內(nèi)容調(diào)整順序，對其他章節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)幫助也有限。針對這種情況，打破教材順序，重新梳理課程內(nèi)容，將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)通過學(xué)生熟悉的案例依次銜接，使學(xué)生在案例教學(xué)過程中理解數(shù)據(jù)庫的基本概念、掌握數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和開發(fā)方法及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理方法。

課程開始時(shí)，通過一個(gè)學(xué)生日常經(jīng)常接觸的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如“教學(xué)管理系統(tǒng)”，讓學(xué)生先直觀了解什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，再體會(huì)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫的重要性，在學(xué)生對數(shù)據(jù)庫有了感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步講解本課程的基本概念。教學(xué)過程中，以啟發(fā)式教學(xué)為主，引導(dǎo)學(xué)生思考如果要使用教學(xué)管理系統(tǒng)，你需要系統(tǒng)提供什么樣的功能？作為開發(fā)人員如何與不懂計(jì)算機(jī)的業(yè)務(wù)管理人員進(jìn)行交流，由此導(dǎo)入現(xiàn)實(shí)世界向信息世界的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而引申出數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一個(gè)階段需求分析和第二階段概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(E-R模型)。接下來再引導(dǎo)學(xué)生思考E-R模型如何轉(zhuǎn)換到機(jī)器世界，并引出概念設(shè)計(jì)向第三階段邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段轉(zhuǎn)換后的各種關(guān)系模式，如何存儲(chǔ)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫里？當(dāng)數(shù)據(jù)量很大的時(shí)候怎樣加快檢索速度？通過這些實(shí)際問題進(jìn)入數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的第四階段物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。這些建立好的數(shù)據(jù)怎樣裝入數(shù)據(jù)庫，誰來管理這些數(shù)據(jù)，哪些用戶能使用數(shù)據(jù)？由此再引申出數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的第五個(gè)階段數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)階段。至此可以引導(dǎo)學(xué)生逐步理解數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員、一般用戶和開發(fā)人員這些基本概念，解釋他們之間的聯(lián)系。這些用戶怎樣安全使用數(shù)據(jù)庫，會(huì)有哪些可能出現(xiàn)的異常情況？再引出數(shù)據(jù)庫需要解決和保證的完整性問題和安全性問題，進(jìn)而闡述數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最后一個(gè)階段系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)。通過上面學(xué)生熟悉的案例講解，把數(shù)據(jù)庫概述中的大部分抽象概念逐層遞進(jìn)展現(xiàn)在學(xué)生面前。學(xué)生既接觸了實(shí)際工作中項(xiàng)目的開發(fā)流程，又在案例中逐層遞進(jìn)學(xué)習(xí)和理解抽象概念。在學(xué)生對基本概念掌握了以后，再通過展示本系統(tǒng)在SQL Server中的數(shù)據(jù)庫以及表、視圖，帶領(lǐng)學(xué)生理解關(guān)系和關(guān)系模式，理解數(shù)據(jù)如何在數(shù)據(jù)庫中獲取，并由此導(dǎo)出SQL語言及其功能。

通過案例設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣，將本課程的抽象理論知識(shí)通過依次銜接，讓學(xué)生明白學(xué)什么，為什么學(xué)，怎么學(xué)，和怎么用，有效降低抽象概念的理解難度，提高學(xué)習(xí)興趣。

3.2 以項(xiàng)目為核心優(yōu)化課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

新工科下OBE人才培養(yǎng)模式對學(xué)生的畢業(yè)能力設(shè)定了12項(xiàng)明確要求，包括問題分析、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案、復(fù)雜工程問題研究、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)角色承擔(dān)、溝通、項(xiàng)目管理等。現(xiàn)有的教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容孤立、缺乏延續(xù)性和整體性，學(xué)生根據(jù)老師布置的實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行驗(yàn)證式練習(xí)，缺乏主動(dòng)思考和討論的過程，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容達(dá)不到新工科對人才能力培養(yǎng)的要求。因此除了常規(guī)性驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)外，增加將實(shí)際項(xiàng)目引入實(shí)驗(yàn)課的綜合性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。常規(guī)性實(shí)驗(yàn)在前8周前完成，從第9周起實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是完成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。為了便于學(xué)生學(xué)習(xí)理解，項(xiàng)目內(nèi)容采用學(xué)生熟悉的圖書館管理系統(tǒng)或者銷售系統(tǒng)，由于實(shí)際項(xiàng)目比教學(xué)中的示例復(fù)雜，將其拆分成多個(gè)邏輯上相對完整的子課題，每次實(shí)驗(yàn)課完成一個(gè)子課題，進(jìn)行階梯式教學(xué)。學(xué)生從數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的需求分析、設(shè)計(jì)、創(chuàng)建、實(shí)現(xiàn)、測試和維護(hù)參與系統(tǒng)工程項(xiàng)目建設(shè)全過程。同時(shí)為了培養(yǎng)學(xué)生的溝通和團(tuán)隊(duì)合作能力，將學(xué)生分組，自行選題或選擇一個(gè)給定的題目，以小組為單位進(jìn)行階段性匯報(bào)。

3.3 以學(xué)生為中心的混合式教學(xué)

混合式教學(xué)是將在線學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)的師生面對面線下教學(xué)有機(jī)結(jié)合，以學(xué)習(xí)者為中心，基于一定的教學(xué)目標(biāo)，把傳統(tǒng)課堂教學(xué)與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)最優(yōu)化的教學(xué)模式[6]。混合式教學(xué)可以將線上教學(xué)和線下授課相結(jié)合，彌補(bǔ)課時(shí)不夠的現(xiàn)狀，同時(shí)可根據(jù)學(xué)生情況進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)，對于能力較強(qiáng)的學(xué)生，提供線上補(bǔ)充學(xué)習(xí)材料，便于這部分同學(xué)自主進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)。同時(shí)，從學(xué)生線上的學(xué)習(xí)、作業(yè)完成情況可以了解學(xué)生課堂知識(shí)的掌握程度，及時(shí)調(diào)整適合的授課方法。

雨課堂是清華大學(xué)和學(xué)堂在線共同推出的新型智慧教學(xué)解決方案，可將教學(xué)工具、教學(xué)視頻、課堂簽到、練習(xí)互動(dòng)、教學(xué)課件有機(jī)串聯(lián)起來，同時(shí)在教學(xué)過程中采集數(shù)據(jù)，便于教師及時(shí)獲取過程性數(shù)據(jù)，監(jiān)控課堂教學(xué)效果，合理調(diào)整教學(xué)策略。中國大學(xué)慕課是國內(nèi)優(yōu)質(zhì)的中文慕課學(xué)習(xí)平臺(tái)，擁有非常豐富的課程資源，提供千余門課程的授課視頻，包含國家精品在線開放課程300余門。借助雨課堂和中國大學(xué)慕課，來實(shí)現(xiàn)線上+線下的混合式教學(xué)。

課前將教學(xué)任務(wù)單和預(yù)習(xí)材料通過雨課堂推送到學(xué)生微信，明確教學(xué)知識(shí)要點(diǎn)及關(guān)鍵問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。授課時(shí)在講解完重要知識(shí)點(diǎn)后布置現(xiàn)場練習(xí)，通過雨課堂隨時(shí)查看課堂練習(xí)情況，對知識(shí)掌握的薄弱點(diǎn)著重講解。課后通過雨課堂布置復(fù)習(xí)練習(xí)和拓展題目，達(dá)到知識(shí)鞏固以及檢驗(yàn)知識(shí)掌握程度的目的，并挑選出中國大學(xué)慕課中的精品課程內(nèi)容提供給學(xué)有余力的同學(xué)。上述教學(xué)過程，始終貫穿學(xué)生為主體的原則，將課前預(yù)習(xí)、課堂互動(dòng)、課后復(fù)習(xí)的教學(xué)策略有機(jī)串聯(lián)，著重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，同時(shí)雨課堂采集的數(shù)據(jù)為持續(xù)改進(jìn)教學(xué)提供了科學(xué)客觀的依據(jù)。

3.4 以數(shù)據(jù)為依托的教學(xué)持續(xù)改進(jìn)

OBE強(qiáng)調(diào)教學(xué)效果需要持續(xù)改進(jìn)。一方面教師借助在線教學(xué)平臺(tái)獲得的學(xué)生學(xué)習(xí)情況反饋及時(shí)調(diào)整教程策略，遵從OBE中成果導(dǎo)向的理念；另一方面，在每學(xué)期授課結(jié)束后，根據(jù)客觀課堂基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對本課程進(jìn)行合理課程評價(jià)和總結(jié)，對不理想方面進(jìn)行調(diào)整，在下一輪課程授課前進(jìn)行改進(jìn)與完善。

4 結(jié)語

本文在新工科背景下，對數(shù)據(jù)庫原理課程的教學(xué)進(jìn)行OBE和混合式教學(xué)方法的研究與實(shí)踐，在教學(xué)中充分利用信息化手段促進(jìn)教學(xué)過程的智能化與敏捷性。這種教學(xué)模式符合新工科要求的以培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，以服務(wù)于畢業(yè)要求的達(dá)成為出發(fā)點(diǎn)與落腳點(diǎn)的培養(yǎng)目標(biāo)，有助于實(shí)現(xiàn)學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)向自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化，也滿足不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)的各種需求，還可以動(dòng)態(tài)跟蹤課程過程產(chǎn)出，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)與解決問題。