基于SPOC+PBL的高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

戴丹 張興剛

［摘 要］ 針對目前“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程及評價(jià)中存在的問題，搭建了課程SPOC教學(xué)平臺，將相關(guān)理論及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)引入SPOC教學(xué)平臺，結(jié)合線下實(shí)驗(yàn)及項(xiàng)目式教學(xué)，提出了基于SPOC+PBL的線上線下混合式“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。SPOC平臺上的線上教學(xué)突破了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)空壁壘，同時(shí)，根據(jù)新工科的要求，設(shè)計(jì)適宜的實(shí)際工程項(xiàng)目，將枯燥、復(fù)雜的知識形象化、實(shí)踐化，促進(jìn)學(xué)生通過實(shí)踐探索理論知識及實(shí)際應(yīng)用，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

［關(guān)鍵詞］ 主動學(xué)習(xí)；SPOC；PBL；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

［基金項(xiàng)目］ 2021年度貴州大學(xué)一流課程培育項(xiàng)目“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”（XJG2021050）；2022年度貴州大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目“基于創(chuàng)新實(shí)踐及學(xué)科競賽的程序開發(fā)綜合實(shí)驗(yàn)”（SYSKF2022-054）

［作者簡介］ 戴 丹（1979—），女，貴州貴陽人，碩士，貴州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院高級實(shí)驗(yàn)師，主要從事網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫研究；張興剛（1980—），男，貴州六盤水人，博士，貴州大學(xué)物理學(xué)院副教授，主要從事統(tǒng)計(jì)物理與凝聚態(tài)理論研究。

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

引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程教學(xué)的重要組成部分，學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)來加深對基礎(chǔ)理論知識的理解。好的實(shí)驗(yàn)?zāi)軒椭鷮W(xué)生應(yīng)用所學(xué)的理論知識來解決復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用問題，同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力［1］。“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”是信息類專業(yè)的一門理論性、實(shí)用性很強(qiáng)的專業(yè)必修課。目前實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)少，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不足，學(xué)生在“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”課程的學(xué)習(xí)過程中難以學(xué)以致用。

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的教育，教與學(xué)突破了時(shí)空的壁壘，學(xué)習(xí)者可以自由選擇學(xué)習(xí)的方式、內(nèi)容及學(xué)習(xí)的資源。優(yōu)質(zhì)的資源被廣泛應(yīng)用，并在應(yīng)用過程中不斷優(yōu)化和再生。在信息化環(huán)境中的教與學(xué)體現(xiàn)了新的特征，如何將已有的學(xué)習(xí)平臺及自有的教學(xué)資源進(jìn)行整合，并為特定人群提供高質(zhì)量的教學(xué)，培養(yǎng)出具有較強(qiáng)的實(shí)際操作能力和創(chuàng)新能力的人才，是當(dāng)前亟待研究的一個(gè)重要課題。本文使用SPOC+PBL的“以學(xué)生為中心”的線上線下混合模式來解決“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”課程中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題。

一、SPOC+PBL的核心內(nèi)容

加州大學(xué)伯克利分校的阿曼德·?？怂菇淌谧钤缣岢隽诵∫?guī)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(guī)定條件的人才能加入該課程。相對于MOOC而言，SPOC更容易實(shí)現(xiàn)線上課程和線下課堂的融合與互補(bǔ)，更適合學(xué)生開展個(gè)性化學(xué)習(xí)，更適于開展新型的教學(xué)模式。高校引入SPOC教學(xué)有利于將線上學(xué)習(xí)與線下的課堂教學(xué)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，有利于解決課堂學(xué)時(shí)不夠、學(xué)生在有限的課堂時(shí)間內(nèi)難以掌握深層次的課程內(nèi)容以及理論與實(shí)踐難以有機(jī)結(jié)合等問題。利用SPOC平臺開展線上線下混合式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有助于形成虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，從而開展新型的教學(xué)模式，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高教學(xué)質(zhì)量［2］。

PBL（Project-based Learning）是以項(xiàng)目為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，是一種以學(xué)生為主的學(xué)習(xí)模式。1918年9月美國學(xué)者基爾帕特里克（Kilpatrick）首次提出了“項(xiàng)目教學(xué)法”，引起教育界的廣泛關(guān)注，項(xiàng)目教學(xué)法成為培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的有效途徑之一［3］。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，以學(xué)生為中心，主要圍繞項(xiàng)目開展教學(xué)。從資料的搜集、方案的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目的實(shí)施及最終評價(jià)，都主要由學(xué)生自己負(fù)責(zé)。教師的角色轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)活動的組織者和引導(dǎo)者，通過項(xiàng)目的實(shí)施，讓學(xué)生了解并掌握項(xiàng)目運(yùn)作的整個(gè)過程，以及每一個(gè)環(huán)節(jié)所需要的知識、技術(shù)及規(guī)范要求［4］。學(xué)生在合作完成一個(gè)具有現(xiàn)實(shí)意義的項(xiàng)目的過程中，不僅能夠?qū)W到不同層面的學(xué)科知識并將這些知識學(xué)以致用，還能夠增強(qiáng)溝通交流能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

根據(jù)新工科及“雙一流”建設(shè)的要求，結(jié)合信息類各專業(yè)學(xué)生的需求及“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”課程的特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)庫的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入SPOC+PBL教學(xué)法。教師通過PBL教學(xué)法給出符合工程應(yīng)用的具體項(xiàng)目及要求，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)。在設(shè)計(jì)符合實(shí)際應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)時(shí)，學(xué)生可以在SPOC平臺在線學(xué)習(xí)相關(guān)的基礎(chǔ)原理及技術(shù)，獲取技術(shù)文檔及行業(yè)規(guī)范等相關(guān)資料信息，同時(shí)可以在線進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。SPOC+PBL教學(xué)法使學(xué)生在學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)庫的相關(guān)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(yīng)用于實(shí)踐，在實(shí)踐中構(gòu)建自己的知識結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到高階的學(xué)習(xí)目標(biāo)。整個(gè)過程以學(xué)生為中心，由學(xué)生進(jìn)行自主探索，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

二、“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)困境

數(shù)據(jù)庫技術(shù)已成為信息系統(tǒng)與應(yīng)用系統(tǒng)的核心技術(shù)和重要基礎(chǔ)?！皵?shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”課程是信息類專業(yè)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵課程之一，屬于信息類各專業(yè)的必修課程。該課程介紹了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念、原理及數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)。學(xué)生學(xué)完本課程后能對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有一個(gè)全面的了解，在此基礎(chǔ)上能進(jìn)一步從事數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究、開發(fā)及應(yīng)用。課程要求學(xué)生能建立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫理論體系，能運(yùn)用數(shù)據(jù)庫知識分析和解決實(shí)際工程問題，能針對應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)提出合理的實(shí)施方案，并在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)一定的創(chuàng)新性。

“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”課程不僅要求學(xué)生掌握理論知識，還要求學(xué)生運(yùn)用理論知識解決復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用問題，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生的基本能力，但也存在著實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不足、教學(xué)時(shí)間和空間受限、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)踐脫節(jié)等問題。這些問題導(dǎo)致學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)不系統(tǒng)，缺乏創(chuàng)新意識，而且學(xué)生是被動學(xué)習(xí)，自主學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立思考能力有所欠缺。與此同時(shí)，學(xué)生綜合能力訓(xùn)練不足，難以解決復(fù)雜的實(shí)際工程問題。同時(shí)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核大多以學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為主要評分依據(jù)，難以真實(shí)反映學(xué)生的動手能力和應(yīng)用能力［5］。因此，充分利用SPOC+PBL進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程進(jìn)行全方位管理，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必由之路。

三、基于SPOC+PBL的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

SPOC突破了時(shí)空的限制，讓學(xué)生可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，也可以根據(jù)自己的能力及興趣自行把握實(shí)驗(yàn)的過程，而教師可以針對不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求來開展個(gè)性化輔導(dǎo)。SPOC提高了師生互動的頻率以及學(xué)生的參與度，增強(qiáng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力［6-7］。

項(xiàng)目教學(xué)法是一種不同于傳統(tǒng)教學(xué)的新型教學(xué)方法，它以項(xiàng)目為重點(diǎn)，建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上［8］。學(xué)生的學(xué)習(xí)活動是與具體的項(xiàng)目任務(wù)相結(jié)合的，通過探索任務(wù)的解決方法來驅(qū)動學(xué)習(xí)。項(xiàng)目教學(xué)法強(qiáng)調(diào)以項(xiàng)目為主線，以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)。將項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法運(yùn)用到“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，把課程中的知識點(diǎn)通過具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目串聯(lián)起來，并通過具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成整體的教學(xué)活動，使學(xué)生理解所學(xué)知識能用來做什么、怎么做。學(xué)生可以結(jié)合其他相關(guān)學(xué)科知識完成項(xiàng)目，盡快以直觀的方式突破理論和技術(shù)上的難點(diǎn)，提高解決復(fù)雜工程問題的能力及創(chuàng)新能力。

在具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)項(xiàng)目的牽引下，融合SPOC平臺，構(gòu)建了線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，改進(jìn)了課程實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系，有效提高了學(xué)生的教學(xué)參與度及綜合實(shí)踐能力，同時(shí)使學(xué)生在完成特定項(xiàng)目的過程中體會到主動學(xué)習(xí)和探索的益處。

（一）構(gòu)建在線學(xué)習(xí)資源

針對“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，把課程相關(guān)知識點(diǎn)進(jìn)行重新整合，根據(jù)具體的數(shù)據(jù)庫項(xiàng)目要求有針對性地確定教學(xué)內(nèi)容，在超星學(xué)習(xí)通上搭建了“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”課程的SPOC平臺。平臺上給出了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、項(xiàng)目指導(dǎo)書和相關(guān)的視頻，同時(shí)給出了實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)要求、課件及其他相關(guān)資料。為了讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)如何完成一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的項(xiàng)目，SPOC平臺上還給出了具體項(xiàng)目內(nèi)容、項(xiàng)目解析、項(xiàng)目設(shè)計(jì)方法、軟件開發(fā)流程、數(shù)據(jù)流圖規(guī)范等相關(guān)資料。

（二）混合式項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐

“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”實(shí)驗(yàn)課程采用線上線下混合式教學(xué)，堅(jiān)持線上與線下、課內(nèi)與課外、理論與實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)理念，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，將教師的講授與學(xué)生的自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，教師引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)并答疑解惑，學(xué)生自己掌握實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度并給出反饋意見。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容時(shí)考慮不同學(xué)生的水平、知識的銜接、學(xué)科的融合及跟生產(chǎn)實(shí)際的聯(lián)系，將具體的項(xiàng)目實(shí)踐劃分成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)及綜合性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要是讓學(xué)生熟悉數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念及原理，這是進(jìn)行項(xiàng)目學(xué)習(xí)的基本前提；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)旨在培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域相關(guān)問題進(jìn)行分析并提出合理的解決方案的能力；綜合性實(shí)驗(yàn)即綜合性的項(xiàng)目開發(fā)實(shí)驗(yàn)，旨在引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的數(shù)據(jù)庫及其他相關(guān)學(xué)科知識解決復(fù)雜的實(shí)際問題，鼓勵學(xué)生做融創(chuàng)，以創(chuàng)新性、綜合性的交叉學(xué)科項(xiàng)目參加SRT項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目等，提高綜合應(yīng)用能力。這種多層次的實(shí)踐能激發(fā)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性、主動性和創(chuàng)造性。

混合式項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)分為課前準(zhǔn)備、課中實(shí)施、課后反饋及項(xiàng)目結(jié)題四個(gè)階段，教師提前在SPOC平臺發(fā)布與項(xiàng)目相關(guān)的信息、資料，包括與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的背景知識及項(xiàng)目要求等，幫助學(xué)生提前了解項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)所蘊(yùn)含的實(shí)際意義，而不是局限于實(shí)驗(yàn)本身。學(xué)生有充足的時(shí)間確定具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)項(xiàng)目，進(jìn)行分組并搜集資料，再根據(jù)自己選擇的項(xiàng)目在組內(nèi)分工，對項(xiàng)目進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)及具體實(shí)施。在項(xiàng)目進(jìn)行過程中，學(xué)生進(jìn)行階段性匯報(bào)。學(xué)期結(jié)束前進(jìn)行各個(gè)項(xiàng)目的結(jié)題，通過成果展示、總結(jié)答辯及競賽評比來提升學(xué)生的綜合能力。在整個(gè)過程中，以學(xué)生為中心，充分激發(fā)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的主動性、探索性和創(chuàng)造性，而教師的角色是引導(dǎo)者和協(xié)助者。基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的PBL教學(xué)法貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力和探究熱情?；赟POC+PBL的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型如圖1所示。

在學(xué)期開始時(shí)就開展基于項(xiàng)目的PBL學(xué)習(xí)活動，以小組為單位完成一個(gè)基于工程實(shí)踐的綜合性的數(shù)據(jù)庫信息管理系統(tǒng)，結(jié)合結(jié)題答辯以一定權(quán)重計(jì)入課程總成績。SPOC平臺上提供的資源讓學(xué)生可以提前學(xué)習(xí)相關(guān)知識，了解項(xiàng)目背景，進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)；線上討論可以讓學(xué)生加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，讓教師提供個(gè)性化指導(dǎo)；驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可以為項(xiàng)目實(shí)施提供理論和技術(shù)支持；PBL的應(yīng)用提高了學(xué)生的實(shí)際動手能力、綜合運(yùn)用能力、溝通交流能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等綜合能力并提升其職業(yè)素養(yǎng)。

（三）考核評價(jià)體系

實(shí)驗(yàn)考核摒棄傳統(tǒng)的以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主要評分依據(jù)的方式，以線下實(shí)驗(yàn)及項(xiàng)目完成情況為主、在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)及互動情況為輔。線下著重考核學(xué)生的實(shí)際操作及編碼、項(xiàng)目設(shè)計(jì)匯報(bào)、項(xiàng)目現(xiàn)場演示效果及項(xiàng)目總結(jié)答辯等；線上考核主要是SPOC平臺的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量化指標(biāo)打分，如任務(wù)點(diǎn)完成情況、測試得分等。實(shí)驗(yàn)報(bào)告、項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告及系統(tǒng)使用說明書也是評分依據(jù)之一。具體來說，實(shí)際操作及編碼占比20%，平時(shí)項(xiàng)目檢查及匯報(bào)占比20%，項(xiàng)目演示效果及答辯占比30%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告及設(shè)計(jì)報(bào)告占比20%，在線學(xué)習(xí)及互動情況占比10%。經(jīng)過競賽評比后可以在最終的實(shí)驗(yàn)成績上按照競賽名次給予一定的獎勵分值。而實(shí)驗(yàn)成績以小權(quán)重的方式計(jì)入“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”課程的總成績。

該實(shí)驗(yàn)評價(jià)的主體是教師及學(xué)生，具體得分由教師評分、系統(tǒng)評分及學(xué)生互評共同給出。教師、學(xué)生、系統(tǒng)、線上線下共同評價(jià)的方式有助于客觀評價(jià)學(xué)生的實(shí)踐操作能力和綜合素質(zhì)。

結(jié)語

通過線上線下混合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)及PBL的有機(jī)融合，“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”課程實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)兼顧理解鞏固理論知識、解決復(fù)雜的實(shí)際工程問題、培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造能力等目標(biāo)，可以在現(xiàn)有的有限實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)場時(shí)空的條件下開展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也使課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式由“以教師為中心”轉(zhuǎn)向“以學(xué)生為中心”，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及學(xué)習(xí)效果。

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［6］余泰，李莉，李同明.淺析SPOC在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2018，35（9）：179-181+185.

［7］謝愛娟，羅士平，孔泳，等.SPOC物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)教學(xué)探索［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)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