大数据时代下高职数据库教学的探索研究

王丽丽　解艳　南貌

摘要：大数据时代中的数据都是以海量形式存在，文章分析了大数据的特点，阐述了高职数据库教学实践中存在的问题，提出了将NoSQL数据库引入教学的必要性，对NoSQL数据库在高职数据库中的教学进行了探索，并明确了今后需要解决的问题。

关键词：大数据；NoSQL；必要性

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）24-0152-02

Abstract： In the era of big data， Data exist in the massive form. The characteristic of big data is analyzed， the problem of higher vocational database teaching is elaborated. The necessity of NoSQL database is proposed in database teaching. The teaching of NoSQL database in the database curriculum is discussed， and many unresolved problems are cleared in this research.

Key words： big data； NoSQL； necessity

数据库原理与应用是高职计算机专业的核心课程，其理论性和实践性很强。在信息网络高速发展的当今时代，特别是移动互联网、大数据的出现，对以关系数据库为主的传统高职数据库教学发起了挑战。传统高职数据库教学能否适应时代发展的需要，如何引导学生掌握新的数据库知识，是当前高职数据库教学工作中出现的新问题。

1 大数据

什么是大数据？文献[1]中的一位美国作者是这样描述大数据的：

“Among all the definitions offered for “big data”， my favorite is that it means data thats too big， too fast， or too hard for existing tools to process”.

所以，大数据是指，规模、涌现速度和处理难度超出目前技术工具能分析、处理和管理的数据。

一般而言，大数据的特征可用三个V描述[2]：第一个是量大（Volume）；第二个是流动性大（Velocity），典型的如微博；第三个是种类多（Variety），有结构化数据，也有半结构化和非结构化数据。简言之，大数据的特征是数据的三个转变：即从结构化到半结构化甚至非结构化的形态转变，传统的批量处理方式向流处理方式转变、数据量从TB（1024GB）级向PB（1024TB）级或更高级（EB、ZB、YB等）转变。

随着科技的发展，大数据日益涌现，各行各业将都得益于大数据，如互联网数据、金融数据、统计数据、移动数据、物联网数据、企业数据等[3]。用户将面临的大数据如下图1所示。

2 高职数据库教学的现实分析

近年来，由于各种移动互联网终端（包括智能手机、个人数字助理PDA、iPad等）的广泛应用，学生有更多的机会接触网络，对计算机学习新鲜感比较强，传统的数据库教学先从学习Visual FoxPro入手，应用学生在日常生活中能够接触到的事务举例，通过理论教学和项目实验，让学生使用数据库开发工具建立各种管理系统。例如：建立学籍管理系统可以查询学生的学籍档案信息，对学生成绩能按照各种要求进行统计，生成报表。建立图书借阅管理系统可以方便查询读者信息，借阅书目情况等。

关系数据库系统是当前使用最为广泛的数据库系统之一，它以二值逻辑和严密的数学理论为基础，擅长表示精确的、有良好结构的数据[4]。通过传统的高职数据库教学，学生虽能掌握关系数据库的理论知识和数据库开发工具的使用，但却很难用关系数据库理论知识解释现实世界中大量存在的模糊信息。特别是随着移动互联网、全媒体技术、物联网、云计算技术及引用的蓬勃发展，人类产生的数据不仅以指数数量级增长，而且其结构变得日趋复杂，出现了各种结构性、半结构性甚至非结构性的海量数据，远远超越了传统数据库的管理能力。为了适应新技术的发展变化，高职数据库教学需要将传统的关系数据库拓展到非关系数据库领域。

3 NoSQL数据库在高职数据库教学中的探索

NoSQL数据库能运用非关系型的数据存储，在大数据存储上具备关系数据库无法比拟的性能优势。但NoSQL很难实现数据的完整性，并且对数据的一致性要求不是很高。根据当前数据库课程的教学实际，将NoSQL数据库引入到高职数据库教学中，提出了该课程教学探索的总体思路：

第一，正确定位高职专业人才培养目标，在此基础上明确数据库教学的目标。以培养高级技术应用型人才为导向的高职教育，必须从符合行业和企业的需求出发，以满足学生今后的实际工作需要和社会对学生的技能要求为主线来开展教学。随着大数据在各行各业的涌现，NoSQL对大数据的存储和管理已成为一项热门技术。高职教育要紧跟时代发展，满足行业需求，需要将NoSQL数据库的运用纳入到高职计算机专业人才培养目标中来，在高职数据库教学中增设NoSQL数据库的教学内容。在进行关系数据库教学的同时，通过实例让学生理解NoSQL数据库产生的时代背景。NoSQL技术不是实验室的产物，而是实际需求的推动，这里的推动主要是指互联网的发展[5]。Web2.0时代，用户在使用网络的同时也在改变网络的内容。例如：用户在浏览微博网站信息的同时，也能发布自己的信息。这样就改变了对网站后台数据库的访问方式，即从web1.0时代中对数据库频繁的读操作变成了频繁的读写操作。这往往要达到每秒上万次读写请求，关系数据库基本能满足上万次的SQL查询，但要同时完成上万次的SQL写数据操作，关系数据库系统就已经无法承受了。因此，对大数据读写操作需求的变化推动了NoSQL等新技术的发展。

第二，加强数据库实践性教学环节，在实验中理解两种数据库各自的特点。关系数据库是以二维表的形式来存储数据的，表的组织形式严格，表中的每一行代表一条数据记录，每一列代表特定属性的信息。表与表之间存在着联系和某种约束关系。消除数据冗余和严格的数据一致性是关系数据库的基本特征。

与关系数据库相比，NoSQL数据库具备的特点有[6]：处理超大量的数据；部署在易扩展的PC服务器集群上；执行速度快；没有过多的操作，对数据一致性和完整性等要求较低。

第三，采用启发式教学法，合理掌握两种数据库的应用。根据教学任务和学习的客观规律，以各种案例启发学生的思维为核心，采取各种教学方法，提高学生学习热情和兴趣，从而达到课程学习的效果，是启发式教学的指导思想。通过列举各种数据库的应用实例，引导学生理解两种数据库不同的应用领域。例如，近年来，以Web2.0重要产物为代表的社交网络，其注册用户的规模日渐增长，2011年8月，Facebook的用户已经接近7亿，用户对web的需求也在提高，缩短用户操作的响应时间已成为提高网络质量的基本要求。关系数据库的优势在于严格保证数据的一致性，而当大规模用户同时操作时，对现实的需求而言，严格的一致性并不是必须的，而最重要的是快速高效的数据响应，NoSQL在保证最终一致性的情况下能够实现高效的数据访问。

此外，有时要将两种数据库同时运用，发挥各自的优势。例如，在存储博客、微博等大量信息时，将标识每条信息记录唯一的主键存储在关系数据库中，作为查询的索引，而信息的大量文本内容存储在NoSQL数据库中。当用户查找某条发布的信息时，首先根据关系数据库中的索引，快速查询到该条记录的主键，通过两种数据库之间的映射关系，根据主键即可定位到存储在NoSQL数据库中的信息内容。这样既发挥了关系数据库对数据严格一致性的要求，方便查询的优势，又发挥了NoSQL数据库擅长存储和管理大数据的优势。

由此可见，NoSQL数据库不是关系数据库的替代产品，而是对其功能的补充和完善。

第四，改革传统的考试方式，注重考察学生分析问题、解决问题的综合能力和素质。通过课堂理论授课和项目实验操作，着重锻炼和提高学生运用两种数据库进行设计开发的能力，以及与他人合作的团队协调能力。

4 需要解决的问题

近年来，NoSQL技术作为当前数据库领域不容忽视的力量，已引起了许多高校的关注，传统的数据库教学面临以下几个需要解决的问题：

问题一，教师对新知识的认知和讲授能力有待提高。长期以来，由于关系数据库的广泛应用，往往认为关系数据库在数据库课程教学中占主导和统治地位，而忽略了对其他数据库的研究。当前高校教育滞后于市场对人才的需求，因此，教师能否紧跟科技发展步伐，对NoSQL等新兴技术的认知能力，包括对新技术的认可、掌握和熟悉，以及在授课过程中，如何把握NoSQL技术和关系数据库之间的关系，融合应用两种技术，使学生对其有个清晰和系统的认识，是数据库课程教师需要改进和提高的重要问题之一。

问题二，学生接受和掌握新知识的学习力需要提高。对于刚开始学习数据库课程的学生而言，要同时掌握两种具有对立性质的数据库技术，存在一定的困难。因此，学生能否在学习过程中充分发挥主观能动性，努力掌握新技术，提高自己的知识水平，是学生需要解决的问题。

问题三，教学的实验条件亟待加强。目前，大部分学校的实验软硬件条件基本能满足关系数据库技术的教学需要，但当面对NoSQL技术在大数据处理的优势时，如何构建实验环境也是数据库教学的一个重要问题。

5 结束语

NoSQL数据库是大数据时代下的必然产物，随着该新技术的广泛应用，以关系数据库为主的传统高职数据库教学将面临改革。高职数据库教学应以社会对人才的需求为导向，关注科技发展动态，紧跟科技发展步伐，转变教学观念，改进教学方法，优化教学环境，提高教学软实力，才能为学生发挥好从学校到工作实践的桥梁作用。

参考文献：

[1] Sam Madden. From Databases to Big Data[J].Ieee Internet Computing.，2012（5）.

[2] 顾君忠.大数据与大数据分析[J].软件产业与工程，2013（4）.

[3] Haluk Demirkan， Dursun Delen. Leveraging the capabilities of service-oriented decision support systems： Putting analytics and big data in cloud[J]. Decision Support Systems，2013（3）.

[4] 吕艳辉.数据库支持的模糊OWL本体管理[M].国防工业出版社，2013.

[5] 娄颖.浅析NoSQL技术与数据库教学的关系[J].计算机时代，2013（5）.

[6] 姚金海，吴森.大数据技术应用探讨[J].西安通信学院学报，2012（12）.

[7] 胡健. 高职教育数据库教学中几个问题的探析[J]. 内蒙古石油化工，2005（8）.