虚拟仿真实验在数据库应用课程建设中的探索

1 MOOC/SPOC课程建设背景

Access 数据库应用是面向全联大非计算机专业的通识教育公共基础课。在教改中为了增强学生学习的积极性和主动性，从2016 年起开始在北京理工大学李凤霞教授的大学计算机课程MOOC 上搭建本课程的SPOC，同时也在理工科惠虚拟实验云平台上搭建与数据库技术与应用课程配套的在线虚拟实验课程，将虚拟实验项目与在线课程应用相结合，为教学助力。这个课程建设方案将在线课程和在线实验一并考虑，用虚拟仿真实验方法解决在线实验问题，推动了教学改革的深入开展。

2 虚拟仿真实验在课程教学中的重要性

由于传统课堂教学方式重理论讲授，重视结论，轻视过程，从源头上剥离了知识与智力的内在联系，无法激发学生独立思考的自主学习能力，很难让学生发现问题、分析问题和解决问题，难以调动学生的聪明才智、独特个性和创新能力。虚拟仿真技术的虚拟性、通真性、交互性等在现代课堂教学中能够弥补传统教学中的不足，充分发挥其特色，有效地辅助教师现代课堂教学，切实推进现代教育广泛、深入、有效地应用数字信息技术^[1]，不断提升现代高校虚拟仿真平台、虚拟仿真动画、网络课程、虚拟环境的建设，全面加强数字信息技术支撑现代课堂教学改革发展的能力，以先进的现代教育数字信息技术改造传统教育教学模式，以信息化促进教育现代化的进程^[2]。

对于多媒体仿真技术在现代高校教学过程中的应用，特别是课堂教学中无法实际操作的难度较高的教学内容，如“数据存储3 个阶段的数据访问过程，利用文件系统和数据库系统是如何进行数据共享的”“数据库的三层模型和模型之间的映射关系是什么”这些学生在原有教学模式中无法感受和体会到的知识点，通过虚拟仿真技术形象化的虚拟实验，能够直观地解决课堂讲解中学生很难理解的数据访问问题。针对实际课程有的放矢，依据课程特点设计合理有效的虚拟实验，可以极大地提高学生的学习效率、学习主动性、学习积极性和创新性，实现可视化的实时交互，同时还可以针对教学方法提出实际改革方案，探索科学的虚拟仿真实验教学模式，做好现代化数据库应用教学领域虚拟仿真实验的研究与应用，具有深远的意义^[3]。

3 虚拟仿真实验在课程SPOC建设中的探索

3.1 重构课程内容体系

Access 数据库应用课程是大学计算机基础课程的后续课程，根据课程教学目标，如何让虚拟仿真实验助力教学？必须打破传统教学的条条框框，将课程内容体系进行重新架构，充分体现“价值塑造—知识探究—能力培养”三位一体的内容体系。教学方式包括课堂教学、线下上机实验、线上虚拟实验、在线SPOC 学习等多个环节。课程内容具体安排见表1。通过课程内容重构逐渐探索出适合本课程翻转课堂教学模式的改革。

3.2 引入虚拟仿真实验

引入优质资源、利用先进技术，这是新一轮教改的主导思路。SPOC 是一个开设容易、扩展方便，既可借助教学质量较高的名校资源，又能针对本学校教学培养方案的自由灵活的教学平台。在与北京理工大学协同共建大学计算机SPOC 平台的过程中，我们对原有的教学内容作了适当调整。在原有教学内容的基础上，添加虚拟仿真实验视频播放、小测验、课堂讨论等环节。在与北京理工大学大学计算机MOOC 的SPOC 对接中，合理引入了理工科惠虚拟实验工场里的模拟仿真实验，如图1 所示。该平台是架构在云服务上的一个功能完备的在线实验教学支持系统，提供多课程、多类型、多功能、可定制、可扩展的成套实验教学解决方案，其中，有适合大学计算机基础的，有适合程序设计开发的，也有适合数据库应用的，如图2 所示。这种先进的、逼真的、可视化的虚拟实验使教学理论与实践融为一体。采用问题导引、项目导学、任务驱动、层次实践等模式，将理论教学内容与实践训练紧密联系，能够有效避免理论教学和实践教学脱节的问题，真正实现教学与实践相融合。

3.3 重构教学的实施方略

Access 数据库应用课程基于OBE 理念的六维教学目标组织教学内容，将思想政治教育、学科前沿知识、行业产业发展有机融入教学内容，构建价值塑造—知识探究—能力培养三位一体的内容体系；充分利用线上线下教学手段的多样性，形成“课前自主导学、课中知识内化、课后拓展提升”的教学实施流程，如图3 所示。课程对传统教学内容进行重塑，采用“问题导引、项目导学”的教学模式，发挥教师“导读、导听、导思、导做”的作用，扮演好“导学、督学、助学及促学”的角色，充分利用线上线下教学资源，采用多样性的教学手段，形成“课前自主学习、课中知识内化、课后拓展提升”的教学实施流程。

课程内容围绕先进信息技术进行设计，涵盖从数据处理到大数据、虚拟仿真数据点采集与处理等，将前沿的扩展知识运用到课程学习中且层次教学满足个性需求。面向复杂的数据库项目设计问题的分层次的个性化教学，让学生选择感兴趣的专题进行学习交流和实践训练，充分体现以学生为中心的教学理念；理论基础与实践应用结合、知识应用与项目设计结合、基本技能与创新意识结合、线上线下和课内课外相结合。以导带学，注重过程，使“教”与“学”更加多样化，更加活泼。

3.4 制订多元化的考核评价方式

在线上线下混合式教学模式中，除了注重终结性评价（包括章节测试成绩和期末考试成绩）外，更注重形成性评价（包括线上学习情况、虚拟实验成绩、出勤情况、作业情况、作品设计情况等），尽可能对学生有一个全面的认识和了解，对学生进行综合评价。不断改进教学模式，结合本校大方针的要求，Access 数据库应用课程采用的考核方式是平时成绩60%+ 期末成绩40%。平时成绩包括线上学习环节21 项，线下课堂和课后巩固等环节14 项，期末考试采用考试系统（含有20 套题库）。课程考核评价体系完善，内容丰富，形成多元化的课程评价体系。课程实施过程中，运用线上线下、自评、互评、师评等评价方式，形成过程性评价、形成性评价、终结性评价等评价体系。

4 课程改革成效

经过几年的课程改革，获得国家级、学会一级等多个项目立项和成果奖；学生、教师和专家对该课程主讲教师的综合评价均在90 分以上；学生平均成绩和优秀率呈逐年上升形势，如图4所示；学生参加课程竞赛覆盖率达100%；学生获得数据库专业认证平均高达82.3%。

课后进行问卷调查分析，结果也非常可喜，如“你认为虚拟实验操作对课程学习有帮助吗”，样本中“非常有帮助”的比例为52.00%，“有帮助”的比例为38.00%，如图5 所示。

5 结 语

通过在课程建设中运用在线虚拟仿真实验，将虚拟仿真实验逼真的界面和实验过程以及试验的可操作性运用于教学中，明显提高了学生的学习效率、学习主动性、学习积极性和创新性，实现了可视化的实时交互。这一研究为虚拟实验在数据库应用技术课程教学领域的应用做出了有益的尝试。

参考文献：

[1] 谢绍平, 刘强, 谌贻波. 虚拟实验: MOOC环境下实验教学的重要发展方向[J]. 中国教育信息化, 2018(23): 74-79.

[2] 张龙, 李凤霞, 刘茜. 新时期大学计算机教材及实验内容重构方案[J]. 计算机教育, 2018(8): 136-139.

[3] 李凤霞, 彭远红. 虚拟实验方法全面助力计算机教育教学改革[J]. 计算机教育, 2015(17): 1-2

基金项目：全国高等院校计算机基础教育研究会项目（2017-AFCEC-052，2018-AFCEC-052， 2019-AFCEC-007）；北京联合大学教育教学改革项目“面向地方应用型大学基于计算思维能力培养的计算机基础课程改革研究与实践”（JJ2016Z008）；北京联合大学教育教学改革项目“任务驱动模式下大学计算机基础课程MOOC/SPOC 在线教学新模式的探索和应用”（JJ2017Z014）；北京联合大学2019 年教学创新课程建设项目（12205561107-210）。

作者简介：刘丽，女，北京联合大学教授，研究方向为计算机技术与应用，[e-mail]；李玉霞（通信作者），女，北京联合大学副教授，研究方向为算法设计、计算机应用技术、信息安全，[e-mail]。

引文格式：刘 丽，黄天羽，李玉霞. 虚拟仿真实验在数据库应用课程建设中的探索？[J].计算机教育，2020（11）：优先出版.

（完）

（微信编辑：史志伟）

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