大数据时代下数据库课程教学改革研究

　　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。

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　　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).