算法类课程的微课视频设计

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（中国矿业大学计算机科学与技术学院，江苏 徐州 221116）

摘要：大学本科理工类课程以概念和算法为主，给微课视频的设计带来很多困难，如何针对以算法为主的理工类课程中的单一知识点，进行微课视频设计，是本文讨论的重点问题。本文以《数据库原理》课程中的除法运算为例，从微课视频设计存在的难点问题出发，对脚本设计及交互环节设计两个个重点内容进行了详细的阐述，并给出了今后进一步完善的方向。

关键词：微课建设，视频制作，数据库原理，理工类课程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）24-0264-03

一、微课程发展及现状分析

2008年，美国新墨西哥州胡安学院（San Juan College）的高级教学设计师、学院在线服务经理戴维・彭罗斯（David Penrose）正式提出了微课这一概念，并运用于在线课程。他认为，微课是一种以建构主义为指导思想，以在线学习或移动学习为目的，基于某个简要明确的主题或关键概念为教学内容，通过声频或视频音像录制的60秒课程。微课不仅可用于在线教学、混合式教学、远程教学等，也为学生提供了自主学习的资源，让学生随时随地进行知识巩固学习。国内研究者对微课有着不同的解读。率先提出微课概念的广东佛山教育局研究员胡铁生将之定义为：“按照新课程标准及教学实践要求，以教学视频为主要载体，反映教师在课堂教学过程中针对某个知识点或教学环节而开展教与学活动的各种教学资源有机组合。其核心内容是课堂教学视频（课例片段），同时还包含与该教学主题相关的教学设计、素材课件、教学反思、练习测试及学生反馈、教师点评等教学支持资源，即以一定的结构关系和呈现方式共同营造了一个半结构化、主题突出的资源单元应用‘生态环境’，是在传统的教学资源类型的基础上继承发展而来”。国内微课内容的呈现形式主要以结合PPT等多媒体的教师讲授或课堂实录片段这两种形式呈现。下面以中国微课网为例进行介绍。中国微课网目前涵盖了来自全国31个省市的中小学教师上传的参赛微课视频，涉及语文、数学、英语、物理、地理、化学、生物、政治、历史、信息技术、科学、历史与社会等学科，授课时长均在10分钟以内。微课内容主要来源于中小学常规课的教学内容，部分微课是课堂实录小片段，也有一部分是教师结合课件的讲解，视频常配有相关课程说明，方便学生寻找对应的知识点相比之下，国内微课内容的呈现形式较单一，仍以课堂实录片段为主，教师们更倾向于对自己的优质课视频进行后期加工，这也使授课内容缺乏一定连贯性。由于教师自身的编辑处理能力不强，加之缺少专业技术人员对视频进行录制、加工处理等，课堂实录的效果不佳，从而影响微课视频的实用性.与中小学授课内容不同，大学本科理工类课程以概念和算法为主，缺乏生动、活泼的案例及知识语境，学习过程相对枯燥乏味，给微课视频的设计带来很多困难，相比较之下，带有操作类的理工科课程，微课设计就显得相对容易。那么，如何针对以算法为主的理工类课程中的单一知识点，进行微课视频设计，是本文讨论的重点问题。（国内外“微课”资源建设与应用进展）

二、《数据库原理》微课程建设存在的问题

《数据库原理》是计算机科学与技术专业的专业主干课程，主要讲授数据库基本原理、基本方法以及数据库的设计理论及简单数据库管理系统的使用，为学生未来从事数据库相关研究或实际工作奠定基础。鉴于该课程的重要作用，我院多年来一直保持对该课程的重点培B及建设，围绕课程内容、教学方法、教学手段及课程资源库等内容，开展了多次教学改革，培养了一支完整的教学梯队，获得了校级精品课程及多项教学成果奖励。面对国内外微课程建设的热潮，《数据库原理》课程团队也跃跃欲试，希望通过微课建设，使该课程能够更广泛的为社会大众服务。然而，在建设初期，我们发现，《数据库原理》这门课程存在诸多微课程建设的困难，具体体现在以下几个方面。

1.概念多，算法多，实际动手操作少。《数据库原理》课程包括：数据库的基本概念、关系数据库理论、SQL语句、关系数据库规范化理论、数据库设计原理及数据库系统维护。除了SQL语句和数据库设计部分内容包含具体操作和案例分析，其他章节的内容都以概念和算法为主，因此很难围绕某一概念展开生动形象的微课案例设计。

2.概念之间的关联性强。微课的时间要求比较严格，短小精炼的微课设计才能起到概念突出的效果，所以时间长度一般要求在5―10分钟的范围，时间太短不能说明问题，过长则显得拖沓，学习者的注意力则不容易集中。但是，如何在短短10分钟内，将一个涉及较多基本概念的主要内容，有层次、有节奏地呈现给学习者，需要授课教师对微课的脚本进行完善、精心的设计。

3.概念和计算过程复杂。对于《数据库原理》课程中的概念和算法，有些比较晦涩难懂，例如本案例中的“除法”运算，因为具有“双重否定”的含义，同时没有直接对应的关系代数符号，需要进行逻辑表示上的转换，因此语义和语法上都存在理解的难度。在实际授课的过程中，通常用一个学时讲概念及过程推导，一个学时举例讲解。即便如此，在考试中除法运算还是学生最主要的失分项。将此概念作为微课程设计的对象，意义显而易见，但难度也是非常明显的。

综合上述三点存在的问题，我们迎难而上，开展了针对《数据库原理》微课教学设计的尝试。本文以《数据库中的除法运算》为例，说明针对算法类理工科本科课程微课视频设计的主要方法及心得体会，希望能达到抛砖引玉，投石问路的作用，为后续此类课程微课设计的深入开展奠定基础。

三、脚本设计

1.主要内容。本次微课的知识点是《数据库中的除法运算》，结合以往教学经验，首先给出围绕知识点的四个主要学习内容：除法运算解决的问题、概念、关系代数表示和SQL表示。选择这四个方面，是希望通过“要解决的问题”引出数据库中除法运算的重要意义，引起学生的学习兴趣；在此基础上，趁热打铁地给出除法运算的概念，由于概念比较晦涩难懂，我们考虑从关系代数和SQL语句两个方面进行理解，因为关系代数式除法运算的机器语言形式，而SQL则是用户直接使用的形式，两种语言既有联系又有区别，同时理解才能从根本上理解除法的概念和意义。

2.案例设计。在上述主要内容的框架下，我们考虑通过一个案例贯穿整个微课过程，从概念、关系代数表示和SQL语法表示三个方面，对举例进行讲解，达到理解和融会贯通的效果。在图1这个例子中，共有三个关系模式：S（学生）C（课程）SC（学习），查询“至少选修了1号同学选修的所有课程的学生姓名”。显然，这是一个典型的除法运算解决问题。由于除法运算都具有明显的包含关系，但是被除数关系与除数关系较难确定，因此我们采取用图形的形式更加直观地对两个集合进行表示，并在后续的章节中一直结合该图形及对应的集合符号R和S进行讲解，通过这个案例，学生可以产生清晰的感性认识：究竟什么样的问题，可以用除法运算来表示和解决。在给出除法概念的基础上，立刻回到原来的例子，巩固概念的同时，给出关系代数的表示方法。对于相同的例子，已经理解了除法概念，知道这个问题应该用除法来解决，并且也知道会得到什么样的结果，关键问题是，如果用关系代数对这个问题进行表示。于是，我们在视频中分步骤地给出关系代数中的“被除数”，“除数”的表示方法，如此可以很容易理解RS的结果，同时对照图形集合表示，清晰地说明了计算机是如何对除法进行理解和表示的。最后，也是除法运算的难点部分，除法的SQL表示。在集合图形表示的基础上，容易理解R包含S，此时进一步将除法运算的结果，表示为“S-R为空”，并解释为Not Exists（S-R），接下来，只要将Not Exists（S-R）用SQL进行表示即可。为了便于理解，我们将Not Exists（S-R）的表示拆分为三步：第一步：表示集合S和R；第二步，表示S-R；第三步，表示Not Exists（S-R）。为了巩固知识点的掌握，我们给出了一个全新的例子，而对于这个举例，采用了Flas的形式，使学生动态地观看和理解除法运算执行的过程，从而能够从原理上深入理解这种操作，见图2。

3.交互环节设计。在交互环节，我们提供了两种手段，其一，在微课进行过程中，插入两次短暂的动画时间，让学生思考问题的关系代数表示和除法表示，插入动画的间隙，也给学生留出短暂梳理的时间，使其能够一缓精神，为后续的课程思考做好准备；其二，在微课最后，插入了一张练习题的课件，一是可以供学生课后进行联系和复习，同时通过这些习题，可以让学生直观、快速地看到这堂课最后应该掌握的内容，实际上达到总结的目的。

本文在总结《数据库原理》微课建设存在的难点问题的基础上，结合该课程微课建设中的经验和体会，以《数据库中的除法运算》这一具体知识点的设计过程为例，阐述了理工类本科课程，在“算法多”“概念多”的情况下，如何进行微课视频的设计。后续，我们还会进一步针对交互环节进行设计，考虑如何在10分钟的学习过程中，让学习者能够及时得到反馈，有身临其境的学习感，同时有掌握知识的成就感。

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