建构主义理论在大数据时代课程教学模式改革中的应用研究

李弘+王建国+王晓燕

摘要：随着大数据时代的到来，“互联网+”为探索新型教学模式提供了发展动力与广阔前景。文章以建构主义理论为指导，围绕从“以教师为中心”向“以学生为中心”核心理念的转变，以数据库课程为例，分析了课程现有教学模式中的问题，进而从整体课程体系重构到单元课程教学过程、方法及个性化学习手段集成两个层次提出了教学改革模式。

关键词：建构主义；大数据时代；数据库课程；个性化学习

一、改革的必然性及建构主义理论依据

（一）改革的必然性

大数据与互联网技术相互融合，为行业变革提供了发展动力和广阔前景。2015年7月，国务院印发《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》，针对教育行业明确指出，要探索新型教育服务供给方式，即基于互联网的学习和教育方式。

作为最早预见大数据时代发展趋势的科学家，舍恩伯格在《大数据时代：学习和教育的未来》中指出當前教育的主要问题及大数据对改善教学效果的显著优势，主要表现在以下方面。

1.以“教”为中心，难于发挥学习者主动性，难以进行教育过程评价的问题将向以“学”为中心、支持互动反馈、实时评价的合作学习环境转变。

2.因优质教育资源有限，教育只能以大规模批量进行的问题向资源无时空限制、支持个性化学习转变。

大数据时代多样化、在线式的教育资源的爆发性增长（如慕课、学术研究网站、学术社交网络等），在线教学交互与评价、分析，为从以教师“教”为中心到以学生“个性化学习”为中心的转变提供支持。该转变将推动现有教学模式（即以教学理论为基础的教学活动）的改革，而以学生为中心的教育理念与建构主义理论的宗旨契合。

（二）建构主义理论及其发展

建构主义的理论雏形由18世纪哲学家维柯提出，他认为知识的认知源于自身内部构建。20世纪，心理学家皮亚杰提出建构主义理论，阐明了人类学习过程的认知规律，即学习者可借助他人的帮助实现意义建构。该理论强调学习者的认知主体作用，同时也说明了学习情境即社会文化背景的重要性，即肯定了来自教师及共同学习者的指导和帮助作用。“情境”“协作”“会话”和“意义建构”是该理论学习环境中的四大要素。

在皮亚杰理论的基础上，斯腾伯格和卡茨等强调了个体的主动性在建构认知过程中的关键作用。维果茨基则强调学习者在认知过程中的社会建构作用，认为个人的认知结构是在社会交互作用中通过“活动”和“社会交往”形成的，主要体现在师生和生生间交流及互动性反馈。在网络时代的新形势下，王竹立提出了新建构主义理论，将网络视为虚拟知识银行，主张通过与网络建立联系，进行知识的建构与创造。学生进行个性化学习，以个人兴趣和需要为中心构建蛛网式知识结构，学生是学习主体和学习分享者，而教师是学习的共同分享者、示范者和组织者。建构主义及其发展理论都遵循在意义建构过程中学习者的认知主体作用，体现了以学生为中心的宗旨。

二、大数据时代数据库课程教学中存在的问题

数据库技术是计算机领域中最为广泛的应用技术，其相应的课程是教育部计算机及信息类专业教学指导委员会确定的专业基础课程。尽管各高校所开设的相关课程名称不尽相同，但其教学目标都是培养学生掌握数据库的基本理论、基本知识及实践知识。该课程具有很强的理论性和实践性，要求学生在掌握数据库基本理论的基础上，具有使用数据库语言、依托数据库管理系统进行数据库设计、操作及开发数据库应用系统的基本能力。现有课程教学普遍采用“以教师为中心”+“灌输式”的模式，难以激发学生的积极性，而大数据时代开放在线式教学资源、交互手段使得现有课程教学模式面临更严峻的挑战。

（一）“以教师为中心”的课程体系结构不合理

“以教师为中心”的体系结构是按照反映教师意志的、既有的教学大纲形成的。通常由设计数据库（基础理论）、管理数据库（实践平台）、应用数据库（数据平台）三部分构成。其不合理性表现在以下方面。

1.先理论后实践。课程由数据库理论基础开始，而这部分知识相对抽象、枯燥，易使学生在课程前期就对课程失去兴趣。

2.理论与实践脱节。数据库课程具有很强的理论及实践性，但现有课程教学通常采用教师课上讲、学生课下练或教师讲一节、学生练一节的方式，课上学生因缺乏实际感受而不感兴趣，实践时学生感兴趣却无从下手。理论教学和实践脱节使学生对课程学习缺乏积极性。

（二）现有课程内容、教学过程及考核评价机制不完善

1.课程内容涉及新技术、实用案例不足。如大数据时代数据的4V特征推动数据库技术在传统SQL基础上，出现了NoSQL新技术；再比如，学生从校园注册、选课上课、成绩查询到淘宝购物、美团订餐，其学习和生活情境都离不开数据库技术。但因存在课时限制、学生兴趣不一致等问题，使课程内容改革不易实施。

2.在数据库教学过程中，现有师生及生生间的互动性体现在：面对面情绪交流、问答、讨论及上机实践环节。其中情绪交流缺乏具体测度，问答与上机环节的互动涉及面小，课程中的讨论环节占比少。由于缺乏互动，教师无法了解学生对知识的需求和掌握程度，无法做到有的放矢。

3.数据库课程现有考核评价方式还停留在“出勤”+“实验报告”+“期末考试”的方式，最重要的期末考试又多以理论考核为主。此考核评价方式既无法反映学生的实际应用水平，也无法体现真正的教学效果。

随着移动互联技术的发展和数字化实验室的普及，学生可按照自身兴趣随时随地获取在线教育资源，自主选择学习内容。在以教师为中心、被灌输式地接受知识和按照自身兴趣、主动式吸收知识之间，后者显然更具吸引力。现有教学模式难以满足学生对知识的个性化需求，学生在课堂上“流失”的现象将日益严重。

三、大数据时代基于建构主义理论的课程教学改革模式设计与应用

（一）课程教学改革模式设计

大数据时代，数字化教学环境及移动终端的应用为实时交互提供了条件，使在线测试、问答、讨论、实时交互成为可能，个性化学习成为新的学习趋势。但这种新方式会相对削弱信息管控，造成权威缺失、信息良莠不齐的混乱状态。因此，依据建构主义理论，大数据背景下的教学模式改革一方面应满足学生个性化学习需求，向“以学生为中心”转变；另一方面，要充分认识到教师的引导监控及师生间的分享协作作用。据此，本文设计了包括教学过程、个性化学习手段及教学方法的教学改革模式。

1.教学过程。现有课程教学过程是教师按照静态计划的直线型过程；改革模式下的教学过程是教师及学生间围绕子任务的动态分支和整合的过程。其过程可分为两个阶段：预备和引入、探索交互和调整。

预备和引入阶段：在预备阶段，教师在开始教学之前，分解知识点并分析其相互关系，通过重构提炼出子任务并设置情境，归纳出基础教学参考资源（如各类学习资料、题库等）、规划教学进度节点；在引入阶段，教师向学生说明子任务、情境、基础教学参考资源及进度节点，各子任务间的顺序可由教师及学生协商决定。

探索交互和調整阶段：学生进行个性化探索学习，实时与教师、学生进行交互协作，完成对知识的个性化分支建构过程。教师通过与学生互动，如在线问答（针对个别或全体学生）、题库测试等手段，考查学生的学习效果，并综合考虑子任务、学习效果及教学进度节点，进行点评和共同讨论，完成知识整合。此动态分支——整合过程可根据子任务完成情况循环多次，产生师生及生生之间的互动、反馈信息，根据这些信息在调整阶段教师动态调整子任务、情境、教学参考资源及教学进度节点，开始下一次的分支——整合过程。

2.个性化学习手段。大数据时代新型信息技术支持下的个性化学习手段有：移动终端、智慧教室、慕课、个人学习环境（空间）、个性化学习平台，不同的学习手段适用范围不同。其中，移动终端灵活方便，适用于内容短小的碎片化学习；智慧教室可实现通过多感官刺激和体验的个性化学习，适用于需要身临其境的主题学习；慕课为相对完整的课程，有利于完成系统性的个性化学习，适用于课下补充学习；个人学习环境（空间）则通过登录各类空间（个人、小组、班级），支持交流、协作和互动，可拓展学习资源，适用于某主题的广泛学习；个性化学习平台支持师生间的差异化定制与学习，可充分发挥学生的自主学习能力，适用于某主题的深入学习。

3.教学方法。建构主义理论的教学方法有支架式教学、抛锚式教学及随机进入教学。不同的教学方法都包含情境设置、自主学习、协作学习和效果评价基本环节，但在核心环节及应用中其侧重点各有不同。

其一，支架式教学。按照学生的“最邻近发展区”建立概念框架，即学习过程中的脚手架，通过脚手架的支撑作用不断提升学生的智力水平。其核心环节为搭脚手架，适用于教学内容抽象难理解情况。

其二，抛锚式教学。以真实事例或问题为基础（“锚”），进行“实例式教学”或“基于问题的教学”，让学习者到现实世界的真实环境中去感受和体验。其核心环节为确定问题，适用于教学内容与现实应用直接相关情况。

其三，随机进入教学。随机进入教学是对同一教学内容，在不同时间及情境下、为不同目的、用不同方式呈现，每次进入都是针对问题的不同侧重点，学习者通过多次“进入”同一教学内容达到对该知识内容全面而深入的掌握。其核心环节为思维发展训练，适用于教学内容复杂、涉及面多的情况。

（二）数据库课程教学改革模式应用

在数据库课程的教学实践中，从课程整体教学体系和单元课程教学两个层次进行改革。

1.采用随机进入法重构课程体系。数据库课程内容复杂且涉及面广泛，采用随机进入法重构课程体系，在不同情境下对知识进行反复渗透，实现对知识的融会贯通。如图1中所示，新的课程体系分成4个部分：第1部分以实际应用及新技术应用案例激发学生的学习兴趣，树立学习目标；第2、3和4部分分别从DBMS系统应用操作级（如采用企业管理器工具）、DBMS系统语句级（如SQL语句）、开发工具编程（如ADO.NET编程）组织课程。这三部分课程内容相互交叉、迭代，便于学生不断提高对知识的掌握水平。此外，此体系将理论后置，在学生掌握应用功能后，激发其探寻功能背后理论的积极性，取得良好的学习效果。

2.围绕子任务集成教学过程、方法及学习手段，营造互动协作的学习环境。以SQL SERVER中数据库及数据表单元课程教学为例，在教学过程中的预备阶段，由教师进行教学单元分析，提出初始方案。

其一，教学单元分析，形成基本知识点及拓展知识点（体现差异化）。基本知识点可包括库——表关系、表——表关系、库组成成分（库中文件类型、文件存储策略、文件组成成分、权限）、表组成成分（字段、表间约束、记录）、管理库及表（建删改、制约）。拓展知识点包括库、表及记录的SQL操作。

其二，综合教学方法，形成子任务、设置情境。子任务归纳为基于支架式教学法的Access数据库（表、记录）管理、基于抛锚式教学法的SQL SERVER数据库管理。Access的相关学习为后者搭建支架，并以学生数据库管理为实例情境。

其三，提供教学资源。如联机帮助、多媒体课件、精品课参考网址、教学历史录像、知识点动画及视频教程、在线题库等。

在教学过程的引入阶段，围绕子任务，教师向全体学生发布基本知识点，交互进行对知识点的广泛学习。在探索交互和调整阶段，学生通过移动终端、个人学习环境（空间）、个性化学习平台等个性化学习手段进行学习。教师通过在线交互，了解学生差异化需求，有针对性地进行指导、按需调整学生学习内容，并根据学习进度，共同讨论、点评归纳，完成知识点的动态分支——整合，根据在此过程中的互动、反馈信息调整方案，提高学习效果。

总之，大数据时代，课程教学从“以教师为中心”向“以学生为中心”转变，教师由知识的“灌输”者变为学生学习知识过程中的引导和互动分享者，帮助学生通过个性化学习手段完成知识建构。通过课程教学改革模式的设计和应用，将课堂还于学生，发挥其主动性探索知识，解决现有课程教学中的问题。

参考文献：

[1]（英）舍恩伯格， 库克耶. 赵中建， 张燕南 （译） . 与大数据同行： 学习和教育的未来[M].上海：华东师范大学出版社，2015.

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