大数据背景下计算机类专业数据库课程教学改革研究

陈红顺， 黄秋颖， 周鹏， 孙玮

(北京师范大学珠海分校 信息技术学院， 珠海 519087)

0 引言

数据库技术是计算机科学的重要分支，是计算机领域中最为广泛的应用技术之一[1]。计算机类专业都开设了相应的数据库课程，以培养学生进行信息管理、分析、设计、开发和应用等多方面的能力。

但随着云计算、 大数据的兴起，一切都可以成为数据，如人们购买行为、网络用户浏览痕迹等，这些数据不仅数据量大，而且还具有非结构的特点，传统的以关系数据库为代表的数据库技术难以满足大数据时代的需求，一些新兴的数据库技术应运而生。在这种形势下，高校计算类专业的数据库课程也有必要进行相应的改革，以满足新形势下人才培养的需要[2]。

1 数据库课程的教学现状

传统的数据库课程，教学内容以关系数据库为主线，主要采用“教师为中心”的教学模式。在大数据时代背景下，这种课程教学难以适应新时代计算机类专业人才的需要。

1.1 课程内容明显滞后

关系数据库技术产生于上世纪60年代，主要研究结构化数据的有效组织和存储，以减少数据冗余、实现数据共享和保障数据安全，并实现高效的数据查询。随着大数据时代的来临，数据的来源变得多样化，如智能手机、GPS终端、传感器等都可以成为产生数据的来源，从这些设备收集到的数据不仅数据量巨大，而且还包含大量非结构化的数据[3]。传统以关系数据库为主线的数据库课程，缺少大数据环境下海量非结构化数据管理与分析相关的内容，在教学内容方面明显滞后。

1.2 传统教学模式面临挑战

传统的课程教学主要采用“教师为中心”的教学模式，即教学时多以教师讲解为主，课堂上教师与学生之间交流、互动较少，课下缺乏真实的案例实践，造成学生学习积极性不高。随着移动互联网、大数据等前沿计算机技术的迅速发展，通过互联网运用计算机学习的在线教育席卷全球。如今，打开互联网，轻松可以找到各种各样、种类繁多的教学资源。因此，大数据环境下，学生知识的获取不再局限于校园里、课堂上，只要有网络，学生可以随时随地获取自己感兴趣的优质教育资源。传统的教学模式已经受到了大数据时代的冲击，急需变革。

2 大数据背景下数据库课程教学改革

2.1 调整教学内容，适应时代需求

教学内容安排方面，需要做到传统的关系数据库技术与新兴数据库技术相结合，在强调学科基础知识的同时注重培养学生解决实际问题的能力[4]。

关系数据库技术以严格的结构化数据为对象，包括了数据库学科重要和通用的基础理论和思路。教学内容主要包括数据库基础知识、关系代数、SQL语言、关系数据理论、规范化设计、查询优化技术、恢复技术、并发控制等，上机实践可以选择Oracle或SQL Server作为实验平台，内容主要包括SQL语言的应用、存储过程与触发器、小型数据库的设计以及数据库应用系统的设计开发等。

新兴数据库技术是指支持分析处理海量异构数据的分布式数据库技术。其中代表性的NoSQL数据库技术指的就是与传统关系数据库或关系-对象数据库技术不同的技术。自Google公司提出BigTable分布式数据库系统以来[5]，各种NoSQL数据库层出不穷，目前主要包括列存储数据库、键值数据库、文档型数据库和图形数据库四大常见类型。因此，新兴数据库技术的教学内容主要包括NoSQL的优势和理论基础、NoSQL数据模型及分类、常见NoSQL数据库和NoSQL数据库应用案例[6]；上机实践可以选择列存储数据库HBase、键值数据库Redis、文档型数据库MongoDB和图形数据库Neo4J，实践内容主要包括常见NoSQL数据库的操作及典型应用案例，目前市面上已经有大量的教材和参考书，也方便学生自学。

在课程课时安排方面，有两种方案可供选择：一是将新兴数据技术整合到原有数据课程中，同时压缩关系数据库技术的课时，其中关系数据库技术大约占2/3的总学时，新兴数据库技术大约占1/3的总学时，由于课时关系，新兴数据库技术只能简单介绍，并通过1个典型案例，让学生了解NoSQL数据库的应用场景；二是将数据库课程分为两门课程，以关系数据库技术为主的基础课程大二开设，以新兴数据库技术为主的提高课程可以在大三以专业方向课或专业选修课的形式开设，以便让学生在深入掌握了关系数据库技术之后，对NoSQL数据库技术有一个全面深入的了解。各高校的计算机类专业可以根据人才培养目标和专业师资情况选择其中一种方案。

2.2 丰富教学方法，提高课程教学质量

在教学过程中，可以采用案例教学法和项目驱动教学法等多种方法，注重培养学生的问题意识。例如，在给学生讲解范式理论的时候，学生仅从课本字面进行理解普遍觉得难以接受，而通过案例教学，先给学生一个设计不好的关系模式作为案例，引导学生分析其中存在哪些问题，并进一步引导学生思考为解决这些问题应当如何对关系模式进行分解。这样，学生在案例分析过程中学会了思考，由原来的被动接受到主动发现问题，并加深了对相关知识点的理解。

课程还可以要求学生完成一个实际的数据库课程设计作品，由2～3人成立小组完成，开发语言和平台不做限定，教师在选题初期给予一定的指导，具体的需求分析、数据库设计、系统设计和开发以及测试和实施均有学生自行完成。这种项目驱动的教学法会有效调动学生的学习积极性，提高学生自觉学习的能力。

课堂教学法还可以与课外活动相结合。例如，组织大数据兴趣小组，组织学生研究和探索大数据相关的主题，以激发学生的学习兴趣。

2.3 精选教学案例，加强学生动手实践

数据库课程是理论与应用紧密结合的课程，一直有明确的工程背景和应用驱动。因此，在实际的教学过程中，教师必须精选合适的教学案例。例如，在关系数据库的教学过程中，以学生熟悉的网络购物为背景，设计了网上书城(bookstore)数据库，根据理论教学的进度安排，围绕该数据库配套设计了创建数据库、数据查询、数据更新和视图、数据库安全性、数据库完整性、关系规范化、Transact-SQL编程、查询处理和查询优化、并发控制及数据库备份与恢复等10个上机实验[7]。在完成上述实验的过程中，学生利用自己所学知识解决了熟悉应用场景中的问题，不仅提高了动手实践能力，同时也提高了学习兴趣。

3 总结

传统的数据库课程教学存在课程内容明显滞后、传统教学模式面临挑战的问题，通过调整教学内容、丰富教学方法和精选教学案例三方面的改革，以满足培养新时代计算机类专业人才的需要。实践证明，改革后的数据库课程教学，教学内容涵盖了传统的关系数据库技术与新兴数据库技术，可以适应时代需求，丰富的教学方法可以有效调动学生的学习积极性，精选的教学案例以学生熟悉的应用场景为背景，能有效提高了动手实践能力。