基于工程教育认证的混合翻转教学实践探讨——以数据库原理课程为例

黎永壹，胡文君，农国才，邱 骞

(北部湾大学电子与信息工程学院，广西钦州535011)

0 引言

自我国2016年6月加入《华盛顿协议》以来，工程教育专业认证体系在各高校的专业建设中逐步建立起来[1]，并将“学生中心、成果导向、持续改进”的核心思想应用到人才培养模式中[2]。以工程技术的人才培养目标为指导，提升学生在工程实践中的创新和应用能力，这对服务地方经济发展的应用型高校进行学生综合能力的培养提出了更高的要求。工程教育认证已经成为提高高等学校工程教育质量的重要方法和途径[3]。

在新形势下，传统课堂教学已无法满足现代社会对人才的需求。课程是人才培养的基本要素，在工程教育认证背景下，课程体系优化与课程教学改革已成为非常重要的研究课题。数据库原理是计算机相关专业的核心基础课程，由于传统课堂的“知识灌溉式”教学模式难以保证教学效果，难以提升学生在数据库方面的创新与应用能力，为此，有必要借助信息技术手段，突破传统课堂教学的局限，重构以学生为中心的教学结构[4]，充分、科学地运用教学资源进行有效的教学互动，提高学生的积极性，培养学生自主学习的能力[5]。因此，课题组按照工程教育认证的标准，将教育的重心从“教”向“学”转换，探讨如何对数据库原理课程进行教学改革与创新，进一步完善本专业在工程教育专业认证工作中持续改进的机制。

1 数据库原理课程现状

1.1 数据库原理课程概况

数据库原理是面向北部湾大学信息类专业开设的理论和实践相结合的必修课程，64学时、4学分。其中，线下教学44学时、线上教学20学时，它的前导课程包括高级程序设计、数据结构等，后续课程包括Web应用程序开发、信息系统开发等。电子信息类专业的二年级学生已掌握了计算机基础知识，并具备一定的逻辑分析能力，渴望掌握系统开发技能，但对计算机工程的复杂问题缺少系统数据库知识的支撑。该课程在整个课程体系中起到承上启下的作用。

该课程的理论知识在信息处理系统、决策支持系统等技术领域起着基础指导作用；实践技能从数据库的使用到数据管理的实现、从数据库语言编程的应用到数据库的设计与优化起着应用作用。课程主要内容包括数据库系统概论、关系数据库、关系数据库语言SQL、关系数据库的规范化设计、数据库安全保护、数据库设计、T-SQL编程。

1.2 传统数据库原理课程教学中存在的问题

传统数据库原理课程教学多采用教师讲授为主的教学模式[6]，教学路线单向进行，缺乏完整的闭环体系。此外，教学中还存在以下3个关键问题。

(1)课程目标单一，无法提高学生综合素质[2]。传统数据库原理课程目标以掌握知识点为主，忽视学生解决数据库问题能力和素质的培养。在工程教育认证背景下，本课程要求既要会基础理论又要懂应用实践，因此，原有知识目标无法达到本课程的能力和素质要求。

(2)课堂模式不科学，教学效果不明显。传统数据库原理教学环节主要是以讲授为主的填鸭式教学，这种教学，学生没有参与感、思考少，师生互动少[6]，影响了对学生能力的培养，无法实现以学生的“学”为中心的教学要求；教学资源以教材和课件为主，学生在课堂上和课后学习的兴趣较低[6]。学生在不旷课的情况下是“人到心不到”，教师无法及时掌握学生的真实学习情况，教学体系无法形成“持续改进”的闭环管理，教学质量无法保障。

(3)考核方式不合理，不利于学生的成长。传统考核方式以期末考试成绩为主，包含比重很少的平时学习成绩和实验成绩，缺少对学生的学习行为、学习过程考核，导致学生忽视知识积累过程，养成“突击式学习”的不良习惯，从而影响学生成长。

2 基于工程教育认证的数据库原理课程改革与实施

针对传统数据库原理课程教学中存在的三个关键问题进行教学分析，并以立德树人、学生为中心、成果导向[8]、持续改进、科教融合和“两性一度”标准为理念，制定如下解决方案。

(1)针对传统课程目标单一，无法提高学生综合素质的问题，采用“教书育人”多维度目标的思路，注重数据库知识与能力的培养[9]。课程目标对应工程知识、问题分析、设计与开发、职业规范等毕业要求，同时融入思政元素。

(2)针对传统课堂模式不科学，无法提高教学质量的问题，采用丰富课堂资源、加强教学过程管理、增加课堂形式和优化教学环节的思路，建设在线开放课程资源(课程资源包括课程结构、大纲、课件、视频、练习、测验、作业等)，开展线上线下混合翻转教学，实行基于动态数据的闭环教学过程管理。

(3)针对传统考核方式不合理，不利于学生成长的问题，以形成过程性考核对准高阶性目标为思路，增加了考核方式、过程考核比重和成绩评价方式。

根据数据库原理课程改革的解决方案，从工程教育认证的角度实施课程教学，具体课程改革与实施如下。

2.1 重构多维度多层次的课程内容

本课程的教学目标是通过数据库概述、关系代数、关系理论，实现数据库安全、数据库系统的分析与设计，并利用程序解决复杂工程的数据库问题。

课程内容要求从理论到实践，在难度上循序渐进、教法上要深入浅出，内容范围符合工程教育认证“解决复杂工程问题”的标准。深度上从概念、理论到编程应用；广度上包括数据库前沿、现代化设计和新时代应用，课程内容体现前沿性、时代性和挑战度[7]。具体课程内容见图1和表1。

图1 数据库原理课程内容结构

表1 数据库原理课程实验项目

2.2 重置课程目标

首先，按照BLOOM分类法(见图2)，将课程目标分为知识目标、能力目标和素质目标，体现课程目标的高阶性；然后，分解课程目标对应4个毕业要求(工程知识、问题分析、设计与开发、职业规范)(如表2所示)，从知识传授改为能力培养。

图2 BLOOM分类结构

课程目标1：理解数据库系统和关系数据库的基本概念和理论，利用数据库术语描述或表示复杂工程的数据库问题；掌握关系模型的基本概念，利用关系代数运算方法推演关系数据，并分析关系的性质和完整性。

课程目标2：理解关系数据库规范化理论及相关知识，掌握关系模式分解方法；利用函数依赖等数学方法分析复杂工程中的关系模式，正确表达范式级别，并优化关系数据库设计。

课程目标3：掌握数据库的设计方法，根据需求分析和利用关系模型、关系模式表示数据库系统的概念结构与逻辑结构，熟练掌握T-SQL编程方法，根据功能需求，利用函数、存储过程、触发器等完成数据库系统模块的设计与实现。

课程目标4：掌握数据库标准语言编程实践和数据库系统安全保护方法，在工程实践中使学生养成自觉遵循编程标准和行业规范的良好习惯，提高文档书写和沟通协作能力，增强安全保密意识，注重培养创新精神、敬业精神和爱国情怀。

2.3 基于线上线下的教学设计

首先，建设基于小规模限制性在线课程(spoc)的在线开放课程资源[10]，资源内容规范完整，体现数据库知识的前沿性和科学性，包括课程结构、大纲、课件、视频、练习、测验、作业、讨论等，构建实体课堂、线上和线下的课堂环境，资源结构如图3所示，资源统计如表3所示。

图3 数据库原理课程资源结构

表3 数据库原理课程在线资源统计

其次，利用现代化信息技术完成教学活动和教学过程管理。学生通过线上平台和慕课堂、雨课堂等工具完成线上线下学习、答题；教师利用慕课堂、雨课堂等工具实现课前备课、课上投屏显示、课后检查作业等。通过在线平台查看学生的成绩管理、教学日志、学情统计，实现教学过程管理。

最后，进行混合翻转教学设计[10]。课前教师备课并布置课前学习任务，学生完成课前任务；课中通过线上线下资源，师生共同实施翻转课堂环节；课后学生完成线上线下学习任务，实现知识、能力和素质的提升。在开展混合翻转教学过程中，不同教学阶段实现不同层级的课程目标[10-11]，具体对应关系如图4所示。教学活动设计样例如表4所示。课堂环节包括导入、课前检查、学习内容和总结归纳等：导入环节会说明教学目标、重难点等，并融合思政元素[11]，当授课内容涉及数据库领域的新技术、安全、实验和作用等问题的时候，以视频、案例赏析等形式，引入思政元素；课前检查环节通过慕课堂检查并讲解学生完成的课前任务情况；学习内容环节对每个学习内容建立学习闭环，包括讲解赏析→推送任务→小组或个人完成→反馈展示，并在教学活动中融入思政元素；总结归纳环节是梳理知识结构，形成体系，并布置课后任务。课堂环节的具体过程如图5所示。

图4 混合翻转教学阶段与目标关系

表4 “线上线下混合式”和“课前、课中、课后”交叉教学设计样例

图5 课堂环节设计

2.4 构建过程化多维度考评体系

考评体系的设计原则包括紧扣课程目标、注重过程考核、以学生为中心和丰富考核形式。

通过线上与线下考核互补、过程性评价与结果性评价相结合可有效达成课程目标。课程考核分为线上考核和线下考核，包括线上线下课后作业、测验、实验和期末考试。课程目标评价方式及分值比例见表5。

表5 课程目标评价方式及分值比例

线上考核侧重自主学习行为评价和客观题测验。由MOOC平台自动评判线上平时、测验和期末考试等成绩；线下考核侧重主观题，包括课堂讨论、案例分析、实验等，强调对学生能力的发掘，由慕课堂自动评判考勤、随堂练习等；单元测验、期末考试增加分析应用题，并设置一定的挑战度。

考核贯穿整个开课过程，涉及理论实践课内、课外等考核内容，采用结果考核和过程考核的形式，具体包括系统评分、教师批改、学生互评、小组评分等评定方式。

3 数据库原理课程评价及改革成效

3.1 课程评价

为及时掌握该教学模式的应用效果，定期发放问卷，调查学生对该课程教学的评价[12]，具体反馈数据如表6所示。结果表明，学生由最初因不满意线上学习时间的增加到普遍认可，学习的成就感逐渐增加，教学模式的应用学生和同行评教优秀，具体评教数据统计如表7、表8所示。

表6 学生对课程教学阶段反馈的统计

表7 学生对课程评教的统计

表8 同行对数据库原理课程评教的统计

3.2 教学效果

3.2.1 成绩进步显著

经过与同一学期的其他开设该课程的教学班级对比，优秀成绩率上升了，不及格率下降了，具体成绩对比如图6所示。图6表明，该课程改革达到了预期效果，确实提高了教学质量。

3.2.2 课程目标的达成[13]

按照课程目标达成度计算方法[见式(1)]，得到课程分目标达成度。根据各目标达成度值(如表9所示)，课程目标达成度均在0.76以上，其中，达成度在0.80以上的学生约占56%。

(1)

式中，Ei为支撑该课程目标数据平均得分，Si为支撑该课程目标评价数据总分。

表9 课程目标达成统计

完成课程考核后，形成《数据库原理课程目标达成度情况分析及持续改进报告》。由图7可见，本次各课程目标达成度相差不大：课程目标1略高，说明学生对数据库基础知识掌握比较好，对关系数据库相关理论的分析能力较强，学生已经掌握数据库方面的专业技能，并养成了良好的行业职业规范，具有较高的素质能力；课程目标3达成度略低，说明学生对T-SQL编程知识的掌握水平不够理想，关于函数、存储过程、触发器等方面的编程应用能力较弱。

图8是本次每位学生课程目标3的达成度分布情况。该图显示，绝大部分学生的课程目标3达成度高于标准值(0.7)，只有少部分学生分布在0.6～0.7。图9说明学生都达成了该课程的整体课程目标。

图7 学生各课程目标的达成度

图8 学生课程目标3达成度分布

图9 学生总课程目标达成度分布

3.2.3 对毕业要求的支撑

在工程教育认证的课程体系下，每个指标点一般有3～5个课程支撑，每个课程目标对每个分指标点的支撑力度有高(H)、中(M)、低(L)之分，为了便于操作，可对支撑力度赋值(如H=4，M=3，L=2)，利用公式(2)对每个指标点的课程权重值归一化，而课程权重值就是课程目标值[13]。

(2)

式中，n为课程数；i为课程序号；vj是第j个课程的分值；ki为H的个数；li为M的个数；mi为L的个数。

本课程的课程目标1、目标2、目标3、目标4分别支撑毕业要求指标点1-3、2-2、3-2、8-2，各指标点达成目标等级分别是L、L、M、H，由公式(2)(3)得到课程目标值和评价值(如表10所示)。本课程每个课程目标的评价值(Qi)体现了课程对毕业要求指标点的贡献程度，数值合理，有助于毕业要求的达成评价：

Qi=Ci×Pi。

(3)

式中，Qi为第i个课程的评价值；Ci为目标值；Pi为课程目标达成度。

表10 课程对毕业要求评价值统计

4 课程改革特色与创新

4.1 课程改革特色

(1)基于工程教育认证人才的培养思路，依据线上线下学习的数据计算课程目标达成度，强调成果导向。

(2)融合线上资源，丰富教学手段，提高学生的学习兴趣度和主动学习能力，相对传统教学模式，学生的投入度更高。

(3)“学习闭环”教学环节的设计，均衡学生的学习负担，提高课堂效率和教学质量。

4.2 教学改革创新点

(1)“一线二式三堂四维”教学模式。以工程教育认证为一线，以学生为中心、成果导向和持续改进贯穿教学过程，高阶性课程目标支撑毕业要求；基于线上线下混合翻转二式结合教学，“线上线下”与“课前、课中、课后”交叉融合，翻转和传统课堂有机结合；基于“三堂”教学环境，利用现代化信息技术实现基于动态数据的教学过程管理；构建过程化四维考核体系，形成考核过程的全程化、考核内容的多元化、考核方式的多样化、成绩评定的综合化。

(2)教学内容体现“两性一度”标准要求。线上资源增加数据库前沿知识，线下注重学生解决复杂工程数据库问题的实践能力的培养，翻转课堂注重学生主流数据库系统及先进开发技术的传授。

(3)课程思政的融入。结合数据库领域的新技术、安全观，提高学生编程标准和行业规范意识、文档书写和沟通协作能力、安全保密意识，培养创新精神和爱国情怀等。

5 结语

在工程教育认证应用背景下，分析传统教学存在的问题，以数据库原理课程为例，以立德树人、学生中心、成果导向、持续改进、科教融合和“两性一度”为理念，提出了基于工程教育认证的课程改革方案。通过重构多维度、多层次的课程内容，重置课程目标、开展基于线上线下的教学设计、构建过程多维化考评体系等，形成“一线二式三堂四维”“1234”型教学模式。分析课程评价和课程目标达成度，结果表明：该课程改革效果明显，对本专业一流课程的建设有指导意义，对课程体系的优化与持续改进有良好的促进作用。