“数据库应用基础”开放式实验平台与实验过程综合自动评价系统研究

　　摘 要：介绍如何利用开放式网络平台进行“数据库应用基础”课程实验教学改革，并对建立客观、科学、完整的学生实验结果评价体系和评价系统进行了探索。
　　关键词：数据库应用基础；开放式实验平台；自动评价
　　
　　1 指导思想
　　“数据库应用基础”是我校非计算机专业的文科大类、医学大类学生继“大学计算机基础”课程之后的高层次课程，课程内容广、操作性强。在“数据库应用基础”课程的教学环节中，实验教学处于举足轻重的地位，它不仅使学生加深对知识的理解，更是对学生应用技术能力的训练和培养[1]。内容单一、实验过程封闭的传统实验教学体系已不能适应新时期对人才培养的高层次要求。怎样建立科学的实验模式、提高整体教学质量、培养学生自主学习、综合素质全面发展以及提高创新实验能力，是我们改革探索的焦点和核心[2]。
　　1.1 实验教学开放化
　　传统的教学内容近于孤立的学科知识体系，从而限制了学生的学习范围和知识视野。美国心理学教授H.Garder提出的多元智能理论强调寻求课程内容的“多元切入点”，即为学生提供各类丰富的学习资源并让学生在场景化的学习环境中探索，以提升学习的兴趣和能力[3]。多元智能理论赋予了学生自主探究现实生活的权利和广泛运用各种智能的机会，教学从以教师为中心向以学生活动为中心转变，发挥教师的指导作用，体现学生的自主学习氛围，在课程的实施中，学生成为自我学习的启动者，教师的角色也从知识的传递者转变为学生活动的协助和引导者和资源的提供者[4]。
　　
　　非计算机专业学生受到专业领域、课程认知能力以及兴趣偏好等诸多因素的制约，所以实验教学效果的好坏直接影响到整个课程的教学效果。建立完善的开放式网络实验教学平台，实现实验任务开放、实验空间开放、实验时间开放、实验评价开放[2]，使学生在固定的教学实验外，可以在课余时间自由进行拓展。教师根据教学内容设立层次化、适合不同学习基础的学生学习的实验任务，并在网络实验教学平台上发布，学生根据自身能力、兴趣、特长选择适合自己的实践环节和实验项目进行学习并选做相应的实验，完成后得到公开的实验结果分析和成绩评定。
　　在内容、时间、空间、考核等方面开放式的学习与管理，可以使学生充分发挥主观能动性，激发其学习热情，同时在整个实验学习过程中保持一定压力和积极进取的动力；教师可以拓展实验的深度和广度，发挥积极的导向作用，通过任务的设立使学生提高认知能力，培养求知探索的精神和开拓创新意识，并通过分析学生信息反馈，及时进行教学调整，改善整体教学效果，从而实现一个多元化的能力培养新模式[5]。
　　1.2 实验评价多元化
　　传统的实验教学由教师布置当次实验任务，学生在实验室完成。指导教师无法对每个学生的实验完成情况，特别是操作过程、实践能力进行准确全面的记
　　
　　基金项目：中南大学本科教改立项项目(中大教字[2008]29号)。
　　作者简介：周肆清，男，副教授，研究方向为管理信息系统与中间件技术；杨莉军，女，讲师，研究方向为数据库应用；李利明，男，讲师，研究方向为语义本体与应用。
　　
　　录，往往只能简单记录学生的出勤情况、个别学生个别实验的实验结果等，标准不统一，主观性大。如何有效地提高实验效率，让学生在实验课上学到更多的知识，制定一个有效的评价方法是非常重要的。科学灵活、客观公正、贯穿全程的综合评价可以使学生重视每一次实验，及时检验学习效果，以便确定和调整学习方式，还可以激发学生学习的积极性和主动性，从而保证教学质量的提高。
　　再者，传统的实验评价只关注实验的结果，学生在实验过程中所表现的学习态度、实现方法、技能素质都被忽视了，学生在发现问题、解决问题过程中综合运用知识、创新思维能力的展示以及知识水平的提高在实验评价中得不到认可，实验成绩不能全面评价学生的实验水平，严重制约了实验评价应有的激励作用[6]。
　　评价的有效实施离不开充分和客观的评价依据，能否建立足够的学习评价依据直接关系着学习评价的成功与失败。多元化的评价内容、综合化的评价形式是对学生在线实验行为的监控和全方位的评估反馈，也是网络学习能够有效进行的重要保障之一。自动化的评价手段将教师从繁琐的考评事务中解脱出来，将更多的时间用于指导学生，将更多的精力投入充实内容、设计任务中，可以更好地引导学生学习。
　　2 功能设计与指标体系
　　“数据库应用基础”开放式实验平台与实验过程综合自动评价系统建设的总体目标是构建基于SQL SERVER的新教学内容体系的课程开放式实验平台，开展对学生实验过程的综合评价体系的研究和探讨，实现相应的自动评价系统。
　　2.1 系统功能
　　“数据库应用基础”开放式实验平台与实验过程综合自动评价系统功能设计见表1。
　　功能设计满足如下要求：
　　1) 将《数据库应用基础教程》教材的各章内容、习题、答案、课件、教案等课程资源全部网络化，全面向学生开放，以方便学生在线学习。
　　2) 提供至少12个与理论教学相匹配的、用于常规数据库的验证性、设计性实验。按照自动评价系统的要求，对需要学生完成的内容，依据一定的内容组织规则以多媒体流的形式存储在数据库中；提供若干数量的综合性、水平测试、创新能力培养型的实验内容，以方便能力强、学有余力的学生进行选择性的学习。
　　2) 提供综合性、水平行测试、创新能力培养型实验内容。
　　学习智能引导基于产生式规则实现实验项目的学习驱动，随时记录学生的学习历史，同时根据学生当前的学习状况，系统动态为学生提供后继学习建议以及具体的后继知识点等。
　　考核评价对实验过程的各项考核指标进行组织和存储，可随时调整指标参数。
　　成绩管理对每个学生、每个实验的评价结果进行管理，并向学生提供查询服务。
　　师生互动提供网上留言、主题讨论、Q&A等师生互动栏目，丰富课程教学内容。
　　
　　3) 学生学习效率的提高离不开必要的指导，系统基于产生式规则实现实验项目的学习驱动，随时记录学生的学习过程(在线学习时间、实验结果、测试成绩、互动情况、阅读历史等)，根据这些参数自动为学生组织学习主题、实验项目，使学生的学习内容和学习进度均具有自适应性，同时根据学生当前的学习状况，系统动态为学生提供后继学习建议以及具体的后继知识点等。
　　2.2 系统结构体系
　　“数据库应用基础”课程开放式实验教学平台通过基于浏览器的方式向学生提供实验环境系统、自主学习、资源浏览、实验过程自动考核评价等功能，向教师提供资源管理以及学生实验的全程掌控服务。系统的总体结构如图1所示。
　　
　　2.3 实验内容体系
　　依据我校非计算机文科、医科类学生的教材《数据库应用基础教程》和《数据库应用基础实验教程》确立实验内容，包括实验教学大纲、实验预习要求、实验内容与步骤，以及每章节主要的知识点、实验注意事项、相关实验辅导、实验思考等。实验内容先基础再拓展、先简单后复杂、先局部后整体，内容设计具备新颖性、综合性、设计性和拓展性。
　　2.4 实验能力考核指标
　　“数据库应用基础”开放式实验平台与实验全程综合自动评价系统以多元智能理论为指导，建立两套评价指标，即静态指标和动态指标，如表2所示。
　　实验课程的成绩一般包括学生出勤情况、完成质量情况等。这些传统评价依据划归到静态指标类，占总指标体系权重的20%。
　　动态指标涉及到实验类型的区分和识别，必须依据实验题型进行组织和建立，我们将之划分为三类动态指标类：基础性验证实验、设计创新性实验、综合运用知识和创新思维能力，分别占总指标体系权重的50%、30%和20%。
　　
　　当然，以上指标系数的确立是依据自身教学特点
　　
　　和教学大纲的具体要求定义的，具体到执行时可通过系统进行动态调整。
　　2.5 开放式实验学习平台核心
　　核心包括主页布局、学习资源、课程实验资源以及学生在线实验预习、提交实验报告、教师在线指导等内容。
　　2.6 实验过程与考试自动评价服务
　　实验过程与考试自动评价系统包含学生和教师端的程序，学生端实现实验注册和实验结果提交，教师端实现学生信息管理、实验内容管理、实验过程监控服务等。
　　学生每次实验都要进入平台进行注册，选择并浏览当次实验的具体要求和指导性说明，按步骤完成实验内容直至实验结束。在这个过程中，实验平台借助综合自动评价系统对学生的“完成时间、完成内容、实验结果、独立完成情况、教师指导情况”等过程信息进行全方位的记录并进行评价，最终记录到该学生的实验数据库中。
　　3 实验过程与结果综合评价技术
　　如何从技术上有效地对学生实验过程的全程进行掌控并作出比较客观、全面的成绩评价是综合评价研究的重点和难点，从如下几个方面进行：
　　1) 静态指标的自动评价。
　　静态指标主要涉及出勤、实验完成时间、独立完成程度、接受辅导情况、学生互动情况等因素，自动评价系统对这些指标的处理会相对容易。
　　2) 验证性实验的自动评价。
　　基于SQL Server教学内容的验证性实验主要涉及数据库、数据库对象(如表、视图、索引、存储过程、触发器、数据导入导出、安全性等)操作的内容。按照实验内容的步骤，将需要学生完成的内容进行索引，系统利用“目标评价中间件(for SQL)”实现对该部分实验内容的结果对象进行自动识别和考核评价。
　　3) 设计性、创新性实验的辅助评价。
　　主要涉及SQL查询语言、VB程序设计、VB数据库程序设计等内容。
　　① SQL查询语言实验：为了正确识别和评价本部分内容，学生必须在SQL查询虚拟环境下完成实
　　
　　验，利用“SQL操作解析中间件”自动记录学生的实验过程和项目结果。
　　② VB程序设计、VB数据库程序设计：先进行目标识别，再由教师手工评价，以两者相结合的方式进行。
　　4) 在线学习与能力培养、创新性实验的辅助评价。
　　网络学习已经成为大学生的一个重要的学习途径，在这样的背景下，我们构建基于网络的数据库课程实验教学平台，通过平台的使用，可以提高数据库课程实验的教学质量。辅助评价是指通过对学生在线访问的时间、频次、停留时间、按要求提交的实验报告、系统设计、程序设计、运行结果等要素进行综合评判，采取大部分内容由机器自动评价和少部分内容由教师手工评判的结合进行，评价结果按一定比例折算后作为学生整个课程实验考核的加分要素。
　　4 实施效果
　　“数据库应用基础”开放式实验平台与实验全程综合自动评价系统在我校低年级医学类专业的部分学生中进行试运行，利用开放式实验平台发布任务，进行课内固定内容的学习和课外拓展，利用全程综合自动评价系统给出平时成绩。其他学生为对照组，采用原有实验过程评价方式，即由教师随堂检查学生实验完成情况，学期结束时结合考勤酌情给出平时成绩。两组的期考(笔试+机试)为相同试题，采用同样考核方式，由教师评定最终结果。总评成绩构成：期考成绩(笔试占总评成绩的56%、机试占总评成绩的14%)和平时成绩(占总评成绩的30%)。两组总评成绩对比如表3所示。
　　
　　可以看出实验组总评成绩高于对照组。实验组高分数段比例明显高于对照组，各分数段人数均呈正态分布，如图2所示。
　　
　　图2 总评成绩分布图
　　由此可见，进行开放式实验教学并全程自动综合评价有利于学生知识的掌握和运用，有利于学生应用能力和综合水平的提升。教师也可根据学生反馈的信息及时调整教学内容、教学方法和手段，有利于教学质量的提高。
　　5 结语
　　学生学习效果的综合评价需多元化的评价要素，评价内容、评价方式、评价主体仍需进一步扩展，评价指标中各项内容在评价结果中所占比重还需经过不同学年、专业、时日检验其科学性，在后续研究中继续指标完善，尽量真实反映学生在课程实验过程中的实际能力，进一步科学化完善综合自动评价系统。
　　设计性、创新性实验内容设计性很强，就目前研究水平而言，很难达到完全依赖机器识别和评价的程度。但由于本部分的实验次数相对少，可弥补自动评价的不足。继续开展开放式实验平台与自动评价系统的建设，其系统功能将随着技术的发展日趋完善。
　　开放性实验教学需要多层次的软硬件平台，这对机房的功能设置、系统的软硬件配置、教师的综合素质提出了更高的要求。如何合理地组织不同专业学科的学生，如何科学地调配实验机房和指导教师，还需要在开放式实验教学模式的进一步研究中探索。
　　
　　参考文献：
　　[1] 荆立夏. 数据库原理课程实践教学研究[J]. 光