大數據時代下數據庫課程教學改革研究

　　針對大數據時代下數據庫技術的新需求，該文探討了基于關系和非關系數據庫結合的《數據庫原理與應用》的課程教學方案。首先總結了新需求中涉及的主要技術知識點，構建了課程知識樹。其次基于相關知識點，開發了《數據庫原理與應用》實驗實訓系統。實踐證明，該方案能夠滿足大數據時代下的數據庫技術需求，且在一定程度上提高學生學習的靈活性，實現一定范圍內的因材施教。

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　　隨著物聯網、云計算和大數據的發展，各行業數據增長迅猛。數據作為一種新資源，已被越來越多的人所認可。同時，數據的海量化、多類型化、多維化，使得數據庫技術從關系數據庫向非關系數據庫、單機處理向分布式處理發展。《數據庫原理與應用》是目前大多數高校都開設的一門專業基礎課程[1-5]，具有較強的綜合性、應用性和實踐性。它是計算機應用、信息工程、電子信息、自動化等專業的基礎課程，是機械交通、生態旅游、電子商務、財務管理等眾多專業的選修課程。在不同專業，其教學目標以及對學生應用能力的要求都存在著很大的差異，卻也具有一定的相同之處。在大數據時代下，如何滿足不同專業的學生需求，培養新時代的數據庫技術人才，成為高校數據庫教學改革的核心任務之一[6]。

　　1 現狀及問題

　　1.1大數據時代新需求

　　大數據時代前，數據來源主要是管理記錄，被動采集為主。數據庫類型主要是關系型(二維表)。所以高校《數據庫原理與應用》課程以SQL server、MySQL、Oracle等關系數據庫技術為主。隨著物聯網技術的發展，越來越多的移動設備自動采集數據。隨著智能手機的普及，越來越多的數據變為文本、圖像、音頻、視頻等非關系型數據。針對大數據時代的新需求，NoSQL等非關系數據庫技術發展迅速。如何結合SQL和NoSQL技術，培養新時代的數據庫技術人才，是新時期《數據庫原理與應用》課程改革需要解決的重要問題。

　　1.2 高校專業差異

　　《數據庫原理及應用》課程教學涉及眾多專業，不同專業的培養方案不同，前期的計算機基礎差異較大。計算機相關專業隊數據庫技術要求高，需要系統的學習關系和非關系數據庫的相關技術。信息管理相關專業主要針對關系型數據庫，要求學生熟悉和掌握關系數據庫技術，能夠結合一門語言開發簡單的管理信息系統。生態旅游專業前期編程課程很少，只要求了解數據庫技術，不涉及開發技術。以上所示，不同專業隊數據庫技術的需求差異較大，如何設定不同專業的培養目標，滿足不同行業的數據庫技術需求，是當前《數據庫原理與應用》課程必須面對的問題。

　　1.3 學生能力差異

　　相同的專業，學生能力參差不齊，學習興趣與積極性差別較大。《數據庫原理及應用》一般分為理論和實驗教學。理論教學為多媒體教室知識點講解，實踐教學為機房上機練習。理論教學經常出現學生注意力不集中，交頭接耳甚至玩手機等現象，教師監督困難。實驗教學中，一般針對上節理論課的主要知識點，根據相關題目實踐練習。因教師要考慮大多數學生的學習能力，故實驗中涉及的練習題目需要難度適中。能力強的同學，可能用一半時間就完成了實驗。能力差的同學則需要課下另外增加更多時間練習，才能完成實驗任務。如何針對不同能力的學生，實現因材施教，不僅是《數據庫原理與應用》課程，也是所有課程教學中存在的普遍問題。

　　2 實驗實訓系統

　　實驗實訓系統是將課程中主要的知識點，以一定的形式隱含在網絡系統中，學生以在線練習的形式逐一掌握(如圖1所示)。在線實驗系統有很多的優點。首先，在線練習容易抓住學生的注意力，促進學生的交流，激發學生的主動性。其次，練習中的錯誤能夠讓學生認識到自己的不足，了解與其它同學的差距，促進學生良性競爭。最后，在線練習能夠讓學習者自己發現探索規律，而不是有老師闡述告知結果。總之，一個好的實驗實訓系統，不僅讓學生能夠學到扎實的基礎知識，激發學生的積極主動性，還能讓學生結合實際舉一反三。

　　3 實施方法

　　3.1課堂組織

　　將《數據庫原理與應用》的章節分為兩部分：關系數據庫和非關系數據庫。其中關系數據庫又分為關系數據庫原理、基本命令、綜合編程。原理部分沿用傳統的多媒體教學，主要包含關系數據庫基本術語、關系運算、概念模式、范式與設計理論等，并以在新練習的形式考核。基本命令主要包含數據庫對象操作、表對象操作，以及表中基本的添加、修改、刪除、查詢等命令，是整個數據庫課程的核心知識，是學生掌握及應用數據庫技術的重點部分。綜合編程部分主要包含TSQL、函數、存儲過程、觸發器、游標等高級SQL編程部分，是學生全面應用數據庫技術，培養學生解決復雜數據庫問題的能力。基本命令和綜合編程兩部分，主要以機房即講即練的方式，練習主要以在線考核的形式，讓學生在在線系統中掌握基本的SQL命令及SQL編程。非關系數據庫部分，主要分為非關系數據庫基本原理、非關系數據庫基本操作、綜合編程。其中基本原理主要講解非關系數據庫的存儲結構與設計理論。基本操作部分主要以Hbase為例，講述非關系數據庫的添加、修改、刪除、查詢等基本操作。綜合編程部分主要講解使用Java或python調用非關系數據庫，實現基本應用。

　　3.2理論教學

　　理論教學部分主要涉及的章節如表1所示，主要讓學生了解關系與非關系數據庫的相關概念，掌握基本的關系運算，理解ER圖及范式理論，理解關系與非關系數據庫的存儲架構差異，熟悉數據庫設計理論及一般思路。相關知識點將以在線競賽的形式考核。

　　3.3實踐教學

　　(1) 基本命令知識樹

　　SQL基本命令可以分為：DDL、DML、DCL。其中DDL主要有數據庫、表、視圖等的創建(create)、修改(alter)、刪除(drop)組成;DML主要包含數據表中記錄的添加(insert)、刪除(delete)、修改(update)、查詢(select)等組成。DCL主要有數據庫用戶的賦權(grant)、廢除用戶權限(revoke)、提交當前事務(commit)等組成。關系數據庫中基本命令知識樹如圖2所示。

　　非關系數據庫的基本命令可以分為數據定義語言DDL和數據操作語言DML。DDL主要為非關系數據庫中表對象的創建、注銷與刪除。DML主要包含表中記錄的添加、刪除、修改、查詢等(如圖3所示)。

　　(2) SQL編程提高

　　關系數據庫編程主要包含TSQL編程、函數、存儲過程、觸發器、游標等技術(如圖4所示)。需要學生掌握TSQL編程的基本語法，熟悉常用的系統函數，掌握自定義函數、存儲過程、觸發器、游標的創建和調用。具體知識樹如圖3所示。對于非計算機專業學生，可以根據不同情況有選擇性地安排此部分教學任務。

　　非關系數據庫編程主要包含程序調用、MapReduce處理、Hive類SQL等部分(如圖5所示)。程序調用是利用Java或python調用非關系數據庫，實現表中記錄的增刪改查等基本操作。MapReduce處理是指使用Hadoop的HDFS與MapReduce處理NoSQL數據。Hive類SQL主要基于MapReduce原理，使用類SQL實現大數據的聚合統計等批量處理。

　　3.4綜合實習

　　《數據庫原理與應用》課程是非常重要的專業必修課，一般會安排實習。實習是數據庫技術的綜合運用，可以安排具體的行業數據庫設計及開發應用實例。培養學生將數據庫設計理論和技術相結合，應用到實踐中的能力。主要涉及的內容如表2所示。

　　4 結束語

　　本文主要討論了大數據時代對數據庫技術的新需求，并在此基礎上提出基于關系和非關系數據庫結合的《數據庫原理與應用》的課程教學方案。該方案首先總結了大數據時代新需求中涉及的主要技術知識點，構建了數據庫課程知識樹。其次基于相關知識點，開發了《數據庫原理與應用》實驗實訓系統，能夠讓學生根據自己的專業和能力實現在線練習。實踐證明，該方案能夠滿足大數據時代下的數據庫行業需求，且在一定程度上提高學生學習的靈活性，實現一定范圍內的因材施教。

　　參考文獻：

　　[1] 高英，信鳳芹，韓丹，郭春燕.提高《數據庫原理》教學質量的探討[J].教育教學論壇，2012(29).

　　[2] 張福安，包振強.數據庫原理及應用課程教學改革與實踐[J].安徽工業大學學報·社會科學版，2010(1).

　　[3] 亓文娟，晏杰.應用型本科院校“數據庫原理及應用”教學改革研究[J].洛陽師范學院學報，2014(5).

　　[4] 顧永軍，齊敬敬.《數據庫原理及應用》課程教學改革探討[J].時代教育，2014(13).

　　[5] 晏杰.《數據庫原理及應用》實踐教學改革研究[J].安陽工學院學報，2014(4).

　　[6] 孫銀博.數據庫技術在大數據中的應用[J].電腦知識與技術，2016(3).