大数据时代下数据库课程教学改革研究

赵友杰 曹涌 熊飞

摘要：针对大数据时代下数据库技术的新需求，该文探讨了基于关系和非关系数据库结合的《数据库原理与应用》的课程教学方案。首先总结了新需求中涉及的主要技术知识点，构建了课程知识树。其次基于相关知识点，开发了《数据库原理与应用》实验实训系统。实践证明，该方案能够满足大数据时代下的数据库技术需求，且在一定程度上提高学生学习的灵活性，实现一定范围内的因材施教。

关键词：大数据时代；数据库原理与应用；教学改革

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）21-0087-03

Abstract： In view of new demand of database technology in the era of big data， this paper discussed the course-teaching scheme of database theory and application based on the combination of relational and non-relational database.Firstly， the main technical knowledge points were summarized in the new requirements and the knowledge tree was constructed. Secondly， the experimental training system of database principles and applications was developed based on related knowledge points. The practice proves that the scheme can meet the demand of database technology in the era of big data， improve the flexibility of students' learning to a certain extent， and achieve a certain range of individualized teaching.

Key words： Era of Big Data； Principle and Application of Database； Teaching Reform

隨着物联网、云计算和大数据的发展，各行业数据增长迅猛。数据作为一种新资源，已被越来越多的人所认可。同时，数据的海量化、多类型化、多维化，使得数据库技术从关系数据库向非关系数据库、单机处理向分布式处理发展。《数据库原理与应用》是目前大多数高校都开设的一门专业基础课程[1-5]，具有较强的综合性、应用性和实践性。它是计算机应用、信息工程、电子信息、自动化等专业的基础课程，是机械交通、生态旅游、电子商务、财务管理等众多专业的选修课程。在不同专业，其教学目标以及对学生应用能力的要求都存在着很大的差异，却也具有一定的相同之处。在大数据时代下，如何满足不同专业的学生需求，培养新时代的数据库技术人才，成为高校数据库教学改革的核心任务之一[6]。

1 现状及问题

1.1大数据时代新需求

大数据时代前，数据来源主要是管理记录，被动采集为主。数据库类型主要是关系型（二维表）。所以高校《数据库原理与应用》课程以SQL server、MySQL、Oracle等关系数据库技术为主。随着物联网技术的发展，越来越多的移动设备自动采集数据。随着智能手机的普及，越来越多的数据变为文本、图像、音频、视频等非关系型数据。针对大数据时代的新需求，NoSQL等非关系数据库技术发展迅速。如何结合SQL和NoSQL技术，培养新时代的数据库技术人才，是新时期《数据库原理与应用》课程改革需要解决的重要问题。

1.2 高校专业差异

《数据库原理及应用》课程教学涉及众多专业，不同专业的培养方案不同，前期的计算机基础差异较大。计算机相关专业队数据库技术要求高，需要系统的学习关系和非关系数据库的相关技术。信息管理相关专业主要针对关系型数据库，要求学生熟悉和掌握关系数据库技术，能够结合一门语言开发简单的管理信息系统。生态旅游专业前期编程课程很少，只要求了解数据库技术，不涉及开发技术。以上所示，不同专业队数据库技术的需求差异较大，如何设定不同专业的培养目标，满足不同行业的数据库技术需求，是当前《数据库原理与应用》课程必须面对的问题。

1.3 学生能力差异

相同的专业，学生能力参差不齐，学习兴趣与积极性差别较大。《数据库原理及应用》一般分为理论和实验教学。理论教学为多媒体教室知识点讲解，实践教学为机房上机练习。理论教学经常出现学生注意力不集中，交头接耳甚至玩手机等现象，教师监督困难。实验教学中，一般针对上节理论课的主要知识点，根据相关题目实践练习。因教师要考虑大多数学生的学习能力，故实验中涉及的练习题目需要难度适中。能力强的同学，可能用一半时间就完成了实验。能力差的同学则需要课下另外增加更多时间练习，才能完成实验任务。如何针对不同能力的学生，实现因材施教，不仅是《数据库原理与应用》课程，也是所有课程教学中存在的普遍问题。

2 实验实训系统

实验实训系统是将课程中主要的知识点，以一定的形式隐含在网络系统中，学生以在线练习的形式逐一掌握（如图1所示）。在线实验系统有很多的优点。首先，在线练习容易抓住学生的注意力，促进学生的交流，激发学生的主动性。其次，练习中的错误能够让学生认识到自己的不足，了解与其它同学的差距，促进学生良性竞争。最后，在线练习能够让学习者自己发现探索规律，而不是有老师阐述告知结果。总之，一个好的实验实训系统，不仅让学生能够学到扎实的基础知识，激发学生的积极主动性，还能让学生结合实际举一反三。

3 实施方法

3.1课堂组织

将《数据库原理与应用》的章节分为两部分：关系数据库和非关系数据库。其中关系数据库又分为关系数据库原理、基本命令、综合编程。原理部分沿用传统的多媒体教学，主要包含关系数据库基本术语、关系运算、概念模式、范式与设计理论等，并以在新练习的形式考核。基本命令主要包含数据库对象操作、表对象操作，以及表中基本的添加、修改、删除、查询等命令，是整个数据库课程的核心知识，是学生掌握及应用数据库技术的重点部分。综合编程部分主要包含TSQL、函数、存储过程、触发器、游标等高级SQL编程部分，是学生全面应用数据库技术，培养学生解决复杂数据库问题的能力。基本命令和综合编程两部分，主要以机房即讲即练的方式，练习主要以在线考核的形式，让学生在在线系统中掌握基本的SQL命令及SQL编程。非关系数据库部分，主要分为非关系数据库基本原理、非关系数据库基本操作、综合编程。其中基本原理主要讲解非关系数据库的存储结构与设计理论。基本操作部分主要以Hbase为例，讲述非关系数据库的添加、修改、删除、查询等基本操作。综合编程部分主要讲解使用Java或python调用非关系数据库，实现基本应用。

3.2理论教学

理论教学部分主要涉及的章节如表1所示，主要让学生了解关系与非关系数据库的相关概念，掌握基本的关系运算，理解ER图及范式理论，理解关系与非关系数据库的存储架构差异，熟悉数据库设计理论及一般思路。相关知识点将以在线竞赛的形式考核。

3.3实践教学

（1） 基本命令知识树

SQL基本命令可以分为：DDL、DML、DCL。其中DDL主要有数据库、表、视图等的创建（create）、修改（alter）、删除（drop）组成；DML主要包含数据表中记录的添加（insert）、删除（delete）、修改（update）、查询（select）等组成。DCL主要有数据库用户的赋权（grant）、废除用户权限（revoke）、提交当前事务（commit）等组成。关系数据库中基本命令知识树如图2所示。

非关系数据库的基本命令可以分为数据定义语言DDL和数据操作语言DML。DDL主要为非关系数据库中表对象的创建、注销与删除。DML主要包含表中记录的添加、删除、修改、查询等（如图3所示）。

（2） SQL编程提高

关系数据库编程主要包含TSQL编程、函数、存储过程、触发器、游标等技术（如图4所示）。需要学生掌握TSQL编程的基本语法，熟悉常用的系统函数，掌握自定义函数、存储过程、触发器、游标的创建和调用。具体知识树如图3所示。对于非计算机专业学生，可以根据不同情况有选择性地安排此部分教学任务。

非关系数据库编程主要包含程序调用、MapReduce处理、Hive类SQL等部分（如图5所示）。程序调用是利用Java或python调用非关系数据库，实现表中记录的增删改查等基本操作。MapReduce处理是指使用Hadoop的HDFS与MapReduce处理NoSQL数据。Hive类SQL主要基于MapReduce原理，使用类SQL实现大数据的聚合统计等批量处理。

3.4综合实习

《数据库原理与应用》课程是非常重要的专业必修课，一般会安排实习。实习是数据库技术的综合运用，可以安排具体的行业数据库设计及开发应用实例。培养学生将数据库设计理论和技术相结合，应用到实践中的能力。主要涉及的内容如表2所示。

4 结束语

本文主要讨论了大数据时代对数据库技术的新需求，并在此基础上提出基于关系和非关系数据库结合的《数据库原理与应用》的课程教学方案。该方案首先總结了大数据时代新需求中涉及的主要技术知识点，构建了数据库课程知识树。其次基于相关知识点，开发了《数据库原理与应用》实验实训系统，能够让学生根据自己的专业和能力实现在线练习。实践证明，该方案能够满足大数据时代下的数据库行业需求，且在一定程度上提高学生学习的灵活性，实现一定范围内的因材施教。

参考文献：

[1] 高英，信凤芹，韩丹，郭春燕.提高《数据库原理》教学质量的探讨[J].教育教学论坛，2012（29）.

[2] 张福安，包振强.数据库原理及应用课程教学改革与实践[J].安徽工业大学学报·社会科学版，2010（1）.

[3] 亓文娟，晏杰.应用型本科院校“数据库原理及应用”教学改革研究[J].洛阳师范学院学报，2014（5）.

[4] 顾永军，齐敬敬.《数据库原理及应用》课程教学改革探讨[J].时代教育，2014（13）.

[5] 晏杰.《数据库原理及应用》实践教学改革研究[J].安阳工学院学报，2014（4）.

[6] 孙银博.数据库技术在大数据中的应用[J].电脑知识与技术，2016（3）.

【通联编辑：王力】