基于SPOC+PBL的高校实验教学探索

［摘 要］ 针对目前“数据库系统原理”的实验教学过程及评价中存在的问题，搭建了课程SPOC教学平台，将相关理论及基础实验引入SPOC教学平台，结合线下实验及项目式教学，提出了基于SPOC+PBL的线上线下混合式“数据库系统原理”实验教学改革。SPOC平台上的线上教学突破了实验教学的时空壁垒，同时，根据新工科的要求，设计适宜的实际工程项目，将枯燥、复杂的知识形象化、实践化，促进学生通过实践探索理论知识及实际应用，提高教学质量和教学效果，培养学生的主动学习习惯，提高课程的高阶性、创新性和挑战度。

［关键词］ 主动学习；SPOC；PBL；实验教学

［基金项目］ 2021年度贵州大学一流课程培育项目“数据库系统原理”（XJG2021050）；2022年度贵州大学实验室开放项目“基于创新实践及学科竞赛的程序开发综合实验”（SYSKF2022-054）

［作者简介］ 戴 丹（1979—），女，贵州贵阳人，硕士，贵州大学计算机科学与技术学院高级实验师，主要从事网络与数据库研究；张兴刚（1980—），男，贵州六盘水人，博士，贵州大学物理学院副教授，主要从事统计物理与凝聚态理论研究。

［中图分类号］ G642.4 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）15-0093-04 ［收稿日期］ 2022-04-15

引言

实验教学是课程教学的重要组成部分，学生可以通过实验来加深对基础理论知识的理解。好的实验能帮助学生应用所学的理论知识来解决复杂的实际应用问题，同时可以培养学生的创新能力［1］。“数据库系统原理”是信息类专业的一门理论性、实用性很强的专业必修课。目前实验学时数少，综合性、设计性实验不足，学生在“数据库系统原理”课程的学习过程中难以学以致用。

“互联网+”时代的教育，教与学突破了时空的壁垒，学习者可以自由选择学习的方式、内容及学习的资源。优质的资源被广泛应用，并在应用过程中不断优化和再生。在信息化环境中的教与学体现了新的特征，如何将已有的学习平台及自有的教学资源进行整合，并为特定人群提供高质量的教学，培养出具有较强的实际操作能力和创新能力的人才，是当前亟待研究的一个重要课题。本文使用SPOC+PBL的“以学生为中心”的线上线下混合模式来解决“数据库系统原理”课程中的实验教学问题。

一、SPOC+PBL的核心内容

加州大学伯克利分校的阿曼德·福克斯教授最早提出了小规模限制性在线课程SPOC（Small Private Online Course）并加以使用。SPOC将MOOC的资源用于特定的人群，只有满足规定条件的人才能加入该课程。相对于MOOC而言，SPOC更容易实现线上课程和线下课堂的融合与互补，更适合学生开展个性化学习，更适于开展新型的教学模式。高校引入SPOC教学有利于将线上学习与线下的课堂教学进行有机结合，有利于解决课堂学时不够、学生在有限的课堂时间内难以掌握深层次的课程内容以及理论与实践难以有机结合等问题。利用SPOC平台开展线上线下混合式的实验教学，有助于形成虚实结合的实验教学环境，从而开展新型的教学模式，提升学生的自主学习能力，提高教学质量［2］。

PBL（Project-based Learning）是以项目为基础的学习，是一种以学生为主的学习模式。1918年9月美国学者基尔帕特里克（Kilpatrick）首次提出了“项目教学法”，引起教育界的广泛关注，项目教学法成为培养学生综合能力的有效途径之一［3］。在项目式学习中，以学生为中心，主要围绕项目开展教学。从资料的搜集、方案的设计、项目的实施及最终评价，都主要由学生自己负责。教师的角色转变为教学活动的组织者和引导者，通过项目的实施，让学生了解并掌握项目运作的整个过程，以及每一个环节所需要的知识、技术及规范要求［4］。学生在合作完成一个具有现实意义的项目的过程中，不仅能够学到不同层面的学科知识并将这些知识学以致用，还能够增强沟通交流能力与团队协作能力。

根据新工科及“双一流”建设的要求，结合信息类各专业学生的需求及“数据库系统原理”课程的特点，在数据库的实验教学中引入SPOC+PBL教学法。教师通过PBL教学法给出符合工程应用的具体项目及要求，引导学生进行探索性实验。在设计符合实际应用的数据库管理系统时，学生可以在SPOC平台在线学习相关的基础原理及技术，获取技术文档及行业规范等相关资料信息，同时可以在线进行基础实验。SPOC+PBL教学法使学生在学习了数据库的相关概念之后，知道了它们有什么用、具体怎么用，从而将理论知识应用于实践，在实践中构建自己的知识结构，最终达到高阶的学习目标。整个过程以学生为中心，由学生进行自主探索，培养学生的自主学习能力。

二、“数据库系统原理”课程实验教学困境

数据库技术已成为信息系统与应用系统的核心技术和重要基础。“数据库系统原理”课程是信息类专业人才培养的关键课程之一，属于信息类各专业的必修课程。该课程介绍了数据库系统的基本概念、原理及数据库应用技术。学生学完本课程后能对数据库系统有一个全面的了解，在此基础上能进一步从事数据库系统的研究、开发及应用。课程要求学生能建立系统的数据库理论体系，能运用数据库知识分析和解决实际工程问题，能针对应用系统的数据库设计提出合理的实施方案，并在设计中体现一定的创新性。

“数据库系统原理”课程不仅要求学生掌握理论知识，还要求学生运用理论知识解决复杂的实际应用问题，培养学生的综合应用能力。传统的实验教学有助于培养学生的基本能力，但也存在着实验学时不足、教学时间和空间受限、验证性实验偏多、实验内容与生产实践脱节等问题。这些问题导致学生对知识的学习不系统，缺乏创新意识，而且学生是被动学习，自主学习能力和独立思考能力有所欠缺。与此同时，学生综合能力训练不足，难以解决复杂的实际工程问题。同时，传统的实验教学考核大多以学生的实验报告作为主要评分依据，难以真实反映学生的动手能力和应用能力［5］。因此，充分利用SPOC+PBL进行线上线下混合式教学，对实验教学过程进行全方位管理，是实验教学的必由之路。

三、基于SPOC+PBL的实验教学设计

SPOC突破了时空的限制，让学生可以随时随地学习，也可以根据自己的能力及兴趣自行把握实验的过程，而教师可以针对不同学生的学习需求来开展个性化辅导。SPOC提高了师生互动的频率以及学生的参与度，增强了学生的自主学习能力［6-7］。

项目教学法是一种不同于传统教学的新型教学方法，它以项目为重点，建立在建构主义学习理论的基础上［8］。学生的学习活动是与具体的项目任务相结合的，通过探索任务的解决方法来驱动学习。项目教学法强调以项目为主线，以学生为主体，以教师为主导。将项目驱动教学法运用到“数据库系统原理”课程的实验教学过程中，把课程中的知识点通过具体实验项目串联起来，并通过具体的实验项目完成整体的教学活动，使学生理解所学知识能用来做什么、怎么做。学生可以结合其他相关学科知识完成项目，尽快以直观的方式突破理论和技术上的难点，提高解决复杂工程问题的能力及创新能力。

在具体的数据库管理系统项目的牵引下，融合SPOC平台，构建了线上线下混合式实验教学模式，改进了课程实验评价体系，有效提高了学生的教学参与度及综合实践能力，同时使学生在完成特定项目的过程中体会到主动学习和探索的益处。

（一）构建在线学习资源

针对“数据库系统原理”实验课程的特点，把课程相关知识点进行重新整合，根据具体的数据库项目要求有针对性地确定教学内容，在超星学习通上搭建了“数据库系统原理”课程的SPOC平台。平台上给出了实验指导书、项目指导书和相关的视频，同时给出了实验的目标要求、课件及其他相关资料。为了让学生自主学习如何完成一个具体的数据库管理系统的项目，SPOC平台上还给出了具体项目内容、项目解析、项目设计方法、软件开发流程、数据流图规范等相关资料。

（二）混合式项目教学实践

“数据库系统原理”实验课程采用线上线下混合式教学，坚持线上与线下、课内与课外、理论与实践结合的教学理念，以产出为导向，将教师的讲授与学生的自主学习相结合，教师引导学生完成实验并答疑解惑，学生自己掌握实验的进度并给出反馈意见。在设计实验教学内容时考虑不同学生的水平、知识的衔接、学科的融合及跟生产实际的联系，将具体的项目实践划分成验证性实验、设计性实验及综合性实验。验证性实验主要是让学生熟悉数据库系统的基本概念及原理，这是进行项目学习的基本前提；设计性实验旨在培养学生对数据库领域相关问题进行分析并提出合理的解决方案的能力；综合性实验即综合性的项目开发实验，旨在引导学生利用所学的数据库及其他相关学科知识解决复杂的实际问题，鼓励学生做融创，以创新性、综合性的交叉学科项目参加SRT项目、大学生创新创业训练计划项目等，提高综合应用能力。这种多层次的实践能激发学生做实验的积极性、主动性和创造性。

混合式项目实验教学环节分为课前准备、课中实施、课后反馈及项目结题四个阶段，教师提前在SPOC平台发布与项目相关的信息、资料，包括与实验内容相关的背景知识及项目要求等，帮助学生提前了解项目实验所蕴含的实际意义，而不是局限于实验本身。学生有充足的时间确定具体的数据库管理系统项目，进行分组并搜集资料，再根据自己选择的项目在组内分工，对项目进行分析、设计及具体实施。在项目进行过程中，学生进行阶段性汇报。学期结束前进行各个项目的结题，通过成果展示、总结答辩及竞赛评比来提升学生的综合能力。在整个过程中，以学生为中心，充分激发学生在实验中的主动性、探索性和创造性，而教师的角色是引导者和协助者。基于项目学习的PBL教学法贯穿整个学习过程中，激发学生的内驱力和探究热情。基于SPOC+PBL的实验教学模型如图1所示。

在学期开始时就开展基于项目的PBL学习活动，以小组为单位完成一个基于工程实践的综合性的数据库信息管理系统，结合结题答辩以一定权重计入课程总成绩。SPOC平台上提供的资源让学生可以提前学习相关知识，了解项目背景，进行基础实验；线上讨论可以让学生加强团队协作能力，让教师提供个性化指导；验证性、设计性实验可以为项目实施提供理论和技术支持；PBL的应用提高了学生的实际动手能力、综合运用能力、沟通交流能力及团队协作能力等综合能力并提升其职业素养。

（三）考核评价体系

实验考核摒弃传统的以实验报告为主要评分依据的方式，以线下实验及项目完成情况为主、在线学习数据及互动情况为辅。线下着重考核学生的实际操作及编码、项目设计汇报、项目现场演示效果及项目总结答辩等；线上考核主要是SPOC平台的数据统计量化指标打分，如任务点完成情况、测试得分等。实验报告、项目设计报告及系统使用说明书也是评分依据之一。具体来说，实际操作及编码占比20%，平时项目检查及汇报占比20%，项目演示效果及答辩占比30%，实验报告及设计报告占比20%，在线学习及互动情况占比10%。经过竞赛评比后可以在最终的实验成绩上按照竞赛名次给予一定的奖励分值。而实验成绩以小权重的方式计入“数据库系统原理”课程的总成绩。

该实验评价的主体是教师及学生，具体得分由教师评分、系统评分及学生互评共同给出。教师、学生、系统、线上线下共同评价的方式有助于客观评价学生的实践操作能力和综合素质。

结语

通过线上线下混合的实验教学及PBL的有机融合，“数据库系统原理”课程实现了实验教学兼顾理解巩固理论知识、解决复杂的实际工程问题、培养创新创造能力等目标，可以在现有的有限实验教学现场时空的条件下开展综合性、设计性实验，同时也使课程实验教学模式由“以教师为中心”转向“以学生为中心”，提高了学生的自主学习能力及学习效果。

参考文献

［1］朱建云，裴晓东，何书建，等.安全工程专业研究式实验教学方法探索与实践［J］.实验室研究与探索，2018，37（5）：172-176.

［2］任苗苗，马燕，李明勇.基于SPOC的混合学习教学模式设计与实践：以“数据结构”课程教学为例［J］.软件，2017，38（4）：12-17.