大數據時代信息與計算科學專業數據庫原理課程改革研究

徐萬江

摘要：大數據時代推動了數據庫系統不斷革新，基于關系型數據庫理論的傳統數據庫課程已不能滿足信息科學數據庫人才的培養需求。針對此，該文分析了目前信息與計算科學專業數據庫原理課程體系存在的問題，從課程內容、教學方式、實踐環節、考核模式這四個方面進行了研究和探索，并為此從人才培養、教師培訓、平臺配備方面工作提出保障要求，給現有數據庫原理課程改革提供了可行的思路和建議。

關鍵詞：大數據;數據庫原理課程;人才培養

中圖分類號：G64 ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）25-0156-02

信息與計算科學專業是交叉了數學與信息學的數學類專業，數據庫原理課程是信計專業核心課程，培養學生分析、存儲與處理數據的能力。其開設目的是使學生掌握數據庫的基本原理、方法和應用技術，能熟練掌握數據庫設計方法并獨立開發數據庫應用系統?，F有課程體系圍繞關系型數據庫系統展開，關系型數據庫以規范化的模式設計，嚴格保持數據的一致性、持久性，在傳統軟件應用開發中占據主要地位。大數據時代下，互聯網應用數據指數級增長，龐大的數據仍需要查詢、更新等操作的快速響應，關系數據庫已不能滿足其需求，非關系數據庫應運而生。然而現有教學中，教學內容、教學方法、教學實踐等課程教學環節未能及時得到更新。為了使課程能夠順應時代需要，就要求我們對數據庫原理課程教學環節做出相應改革[1]，提高課程的時效性與實用性。唯如此，學生才會更大的興趣投入學習，課程教學效果才能達到最佳。為此，本文就大數據時代下信息與計算科學專業數據庫原理課程的改革做了一些探索。

1 課程現狀

本文結合鹽城師范學院信息與計算科學專業現有課程教學實際，面向大數據分析與處理、互聯網等行業的人才需求，分析現有教學實踐中存在的問題[2]，主要包括以下幾個方面問題：

1.1 課程內容缺新

當前數據庫原理的教學內容按照傳統的教學模式包括了關系數據庫的基礎關系模型與關系運算理論，關系數據庫操作語言SQL，關系模式的規范化，關系數據庫設計與實體關系模型，關系數據庫中事務的原子性、一致性、隔離性、持久性，關系數據庫的并發控制與數據庫恢復技術等。所有教學內容都圍繞關系數據庫展開，未涉及與當前大數據分析處理行業背景所需求的NoSQL等實用和前沿技術部分[3]。

大數據時代下的主流互聯網企業數據庫已基本采用非關系型數據系統，例如新浪微博采用了Redis數據庫，淘寶自研了Oceanbase數據庫，優酷采用了Hbase與MongoDB[4]。這些非關系型數據庫不再基于傳統的關系數據理論，而傳統數據庫原理課程的教學內容仍然采用關系型數據庫展開[5]。傳統數據庫相關知識需要保留，而非關系型數據庫的原理、數據處理技術與應用等新知識需要擴充到數據庫原理課程中。

1.2 教學方法單一

傳統教學模式下，多采用教師為主型的教學方式，即以教師知識授予的方式，采用滿堂灌式的講課，學生在課堂中處于從屬位置，被動地接受和吸收知識。雖然有使用多媒體輔助教學，但仍然是教師的知識展示，并沒有完善的教學互動以及對應的實驗平臺。

傳統教學方法和教學手段單一，為了提高教學大眾化，常常是通過有限的教學時間內對所有學生進行標準化式教學模式，無法具體到每個人，導致培養的學生只了解原理，不知其在哪用怎么用，且定式化地培養限制了學生的創新意識的發展。

1.3 考核方式簡單

目前的數據庫原理課程考核仍然是期末的筆試為主，重點考查學生對關系代數、SQL語法、模式規范化、數據庫設計、數據庫管理等理論性內容，忽略了學生實踐操作數據庫、設計數據庫的動手能力考查。

傳統課程成績評定由平時成績與期末考試成績組成，平時成績主要通過考勤、作業、實驗報告等形式評定，然而數據庫課程培養的是學生的開發設計數據庫以及維護管理數據庫的能力，傳統的成績評定方式已不能適用。

2 改革方向

針對信息與計算科學專業的培養目標要求以及“互聯網+”和大數據分析處理的應用創新要求[6]，注重培養應用技術型的本科人才，著重改善課程教學與教育體系，實現“傳授知識”向“培養能力”的轉變，實現“以教師為中心”向“以學生為中心”的轉變，實現“注重分數”向“注重能力”的轉變，綜合利用云班課、微課等教學手段提升學生的主動思考創新能力，綜合利用實驗環節、項目實訓等實踐手段提升學生的動手能力[7]，通過改革教學體系、改善教學模式、改良實踐環節、改變考核模式，最終建立適合的課程教學體系。

2.1 課程內容

面對大數據時代，不能一味地追新將所有大數據數據庫設計與管理相關內容加入課程。首先要理清數據庫原理教學的主線，關系型數據庫是數據庫課程的基礎，堅持對關系數據庫的原理、關系數據庫設計和優化理論、查詢語言SQL、并發與控制技術等知識的涵蓋，但在課時安排上要做一定的調整與壓縮，在總學時不增加的基礎上，抓住核心主干知識點。

其次面向大數據時代要求增設非關系型數據庫設計與系統管理知識，引入非關系型數據庫的分類與各自數學模型支持，了解非關系型數據庫產生原因及優缺點。此外，以非關系型數據庫MongoDB為例，分析其原理與應用技術。

最后課程需要不斷更新加入對前沿知識的介紹，對最新數據庫存儲與管理技術要有所了解。此外，課程需研究新的教學案例，結合不同行業的需要，研究基于大數據數據庫的挖掘技術和學習能力。

2.2 教學方式

信息與計算科學專業是數學與統計學院下開設的專業，其培養的是信息科學與計算數學交叉人才，不同于計算機專業過分注重學生程序實現能力，本專業學生需注重數據查詢和分析能力，因此，需要改革數據庫原理課程的教學方法，充分利用形象思維，多舉例子，啟發學生思考，并追尋每一步背后的數學原理。通過介紹基礎知識了解數據庫的基本原理，通過數據存儲的實際案例引發思考，介紹關系數據庫以及非關系數據庫是如何實現存儲，并分析各自的優缺點，針對實際應用案例，開展課堂專題研討，以案例分析為引導，調動學生主動思考的習慣，從多個方面提高課堂理論的教學效果。

在課程教學環節，除了利用傳統教師引導的授課方式，還需結合微課、云班課[8]等手段。利用微課將課程中的每個知識點以微課形式提前供學生瀏覽學習，在上課前即對知識有所了解，在課后觀看微課進行學習鞏固。利用云班課翻轉課堂，提倡老師做教練，學生做中學，例如在課前將授課內容以微視頻或課件方式發送給學生，讓學生課前找資料，分組整理數據庫系統的需求，在課堂上討論數據庫的概念設計以及邏輯設計，教師做指導對學生的設計進行點評，充分利用課堂進行師生互動。

2.3 實踐環節

數據庫原理課程應配備16學時的實踐環節，重點訓練學生面對實際數據庫開發問題的分析與處理能力[9]。大數據時代的數據庫主要分為關系型數據庫與非關系型數據庫，根據實際需求分析數據量、用戶性能需求、完整性與安全需求等確定數據庫類型。在關系型數據庫設計中，注重概念設計到邏輯設計的轉換，指導學生不斷優化關系模型。

在非關系型數據庫部分，以MongoDB作為代表進行實驗，利用MongoDB搭建網站數據庫存儲文檔數據，文檔數據之間的邏輯關系也類似于關系數據庫，只不過沒有預定的模式，分析如果通過 MongoDB建立數據庫、創建和刪除集合、查詢和更新文檔，排序與索引等操作，并結合Node.js設計網站與數據庫的連接，通過NoSQL的實踐教學理解非關系型數據庫的存儲、查詢、管理原理與方法。

2.4 考核模式

課程考核應該更注重學生的綜合設計與開發能力，應改革原本期末考試試卷形式，改用課程設計作為期末考核。學生以組為單位，從關系型RDBMS與非關系型NoSQL中選擇一個數據庫應用系統項目。傳統數據庫管理系統如超市管理、圖書管理等系統設計相應數據庫;NoSQL型數據庫系統如在互聯網、物聯網等應用場景下的數據庫設計與管理。需要從需求分析、概念設計、系統設計、編程實現、文檔撰寫等方面進行考查，最后通過現場答辯形式進行考核，由所有學生與教師共同進行綜合評價。

平時考核方面不應只有日?？记?、完成課程作業等方面的措施，這是因為考勤只能代表來上課并不能說明學習情況，作業也存在抄襲等現象，并不能完全反映每個學生的掌握程度，平時考核更注重課堂討論情況、項目參與度、回答問題情況等，更加注重平時考核方式的多樣化，從多方面考查，結合翻轉課堂等形式，讓平時考核更具說服力。

3 實施與保障

數據庫原理是信息與計算科學專業重要的必修課，在大數據背景下，鹽城師范學院信息與計算科學專業為達到課程改革目標，對人才培養方案的完善，師資隊伍的培訓和大數據實驗平臺配備提出了更高的要求。

3.1 完善大數據分析處理的人才培養方案

針對應用型本科人才培養需要，從企業實際人才需求出發，根據信息與計算科學專業數學與計算機結合的特色，將大數據分析與處理人才作為本科教學培養的主要方向之一，根據大數據課程體系，合理制定數學與計算機基礎課程，安排大數據方向的專業課與選修課，完善大數據方向課程體系。數據庫原理作為其中一門課程，制定其先修與后續課程，合理設置人才培養方案。

3.2 大數據方向教師隊伍的培訓

在傳統的數據庫原理課程的教學中，關系型數據庫以及關系理論作為核心內容被年復一年地研究。然而大數據時代的到來，帶來了非關系數據庫理論與新型非關系型數據庫，教師需要提高自己的業務水平，熟悉原理掌握實踐經驗。為此，我院近三年每年提供機會給授課教師參加大數據相關培訓，從大數據基本理論到大數據實踐操作，教師的業務水平得到顯著提升。此外，部分教師通過參與企業中的實際項目開發，積累了豐富的實踐操作經驗。

3.3 實驗平臺配備

數據庫原理的一個重要環節是實踐，為此學院根據大數據的實際實驗需求部署大數據管理平臺相應的硬件與軟件資源。關系型數據庫以MySQL數據庫作為實驗環境，非關系型數據庫采用MongoDB分片部署，在大數據實驗機房不僅包括了學生個人客戶端，還局部虛擬實驗環境，以及數據分析與處理執行環境等。

4 結語

大數據時代影響著各個行業，意味著各行各業都需要專業的大數據存儲、分析、處理人才，這是信息與計算專業的機遇，也是新的挑戰。鹽城師范學院為適應大數據課程體系改革，對數據庫原理課程進行必要的改革，從課程內容、教學方式、實踐環節、考核模式四個方面探索。為實施改革，學院從人才培養、教師培訓、平臺配備方面工作給出保障要求。隨著大數據技術的深入發展，大數據數據庫人才的課程建設還將進一步地研究與探索。

參考文獻：

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[8] 房婷玲，曹菡，王長纓.基于微信公眾平臺的智慧課堂教學模式初探——以“數據庫原理與應用”課程為例[J].工業和信息化教育，2017（3）：77-83.

[9] 王雅君，李勇，程金石，等.基于項目驅動的數據庫一體化課程多層遞進式教學實踐研究[J].電腦知識與技術，2018，14（6）：122，125.

【通聯編輯：王力】