大數(shù)據(jù)背景下非計算機(jī)類專業(yè)數(shù)據(jù)庫課程改革研究

肖 宇，袁宏博

（上海對外經(jīng)貿(mào)大學(xué)統(tǒng)計與信息學(xué)院，上海 201620）

0 引言

數(shù)據(jù)庫是一個與時俱進(jìn)的領(lǐng)域，然而高校的非計算機(jī)類專業(yè)數(shù)據(jù)庫課程普遍存在諸多問題[1]。例如，數(shù)據(jù)庫軟件的選取與市場主流數(shù)據(jù)庫發(fā)展脫節(jié)，實操內(nèi)容過于陳舊且缺乏創(chuàng)新型設(shè)計，課程內(nèi)容僅局限于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫等[2]。學(xué)生難免對陳舊的教學(xué)內(nèi)容質(zhì)疑，學(xué)習(xí)積極性遭受打擊。因此，非常有必要深入探討非計算機(jī)類專業(yè)數(shù)據(jù)庫課程的改革。

以下內(nèi)容首先分析了當(dāng)前非計算機(jī)專業(yè)數(shù)據(jù)庫教學(xué)現(xiàn)狀，進(jìn)而引出新的教學(xué)目標(biāo)，然后探討了面向大數(shù)據(jù)處理與分析的數(shù)據(jù)庫教學(xué)的內(nèi)容和方法改革，最后對本文進(jìn)行總結(jié)。

1 當(dāng)前數(shù)據(jù)庫發(fā)展及教學(xué)現(xiàn)狀分析

考慮到數(shù)據(jù)庫教學(xué)工作的重要性，以下從數(shù)據(jù)庫的發(fā)展趨勢，未來企業(yè)數(shù)據(jù)庫技能需求和目前傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容等三方面進(jìn)行分述，以多角度厘清非計算機(jī)專業(yè)數(shù)據(jù)庫教學(xué)的發(fā)展方向。

1.1 數(shù)據(jù)庫發(fā)展趨勢

自首款企業(yè)級數(shù)據(jù)庫誕生以來，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段：前關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（1960-1970）、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（1970-2008）和后關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（2008至今）[3]。前關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的主角模型主要采用網(wǎng)狀模型和層次模型，其中網(wǎng)狀模型克服了層次模型中非根結(jié)點僅能擁有一個父結(jié)點的缺陷。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫以關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)模型，這個階段基于“三層模式和二級映象”的設(shè)計實現(xiàn)了外模式、模式和內(nèi)模式的分離，從而使得各層相對獨立。當(dāng)前大部分企業(yè)級數(shù)據(jù)庫仍屬于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫或者支持關(guān)系操作。

后關(guān)系數(shù)據(jù)庫階段主要致力于模型拓展于架構(gòu)解耦，以解決高并發(fā)讀寫、海量數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一、橫向拓展能力受限、數(shù)據(jù)存儲能力受限等問題。受此驅(qū)動，數(shù)據(jù)庫逐漸走向分布式、多模處理和存算分離的方向演進(jìn)，其中涌現(xiàn)出諸如鍵值模型（例如 Redis）、圖模型（例如neo4j）、文檔模型（例如MongoDB）等非關(guān)系數(shù)據(jù)模型。另外，隨著云計算技術(shù)的不斷成熟，云數(shù)據(jù)庫占數(shù)據(jù)庫市場份額迅速增加，而線下數(shù)據(jù)庫市場競爭愈加激烈。

1.2 就業(yè)技能需求

據(jù)2021年6月中國信息通信研究院統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)庫服務(wù)市場主要集中在金融、電信、政府、制造、交通等五個行業(yè)，總占比超過了80%[1]。經(jīng)過對主流求職網(wǎng)站的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)分析類就業(yè)崗位普遍要求職工掌握關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。對于非計算機(jī)類專業(yè)大學(xué)生而言，未來工作中數(shù)據(jù)庫應(yīng)用場景更多地集中在對數(shù)據(jù)的查詢和存儲，或是圍繞其業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)插入或者修改。例如MySQL、SQL Server或PostgreSQL等。此外，企業(yè)就業(yè)技能要求中通常會要求掌握Python和R等計算編程語言，因此在數(shù)據(jù)庫教學(xué)中，應(yīng)介紹在這些編程環(huán)境中管理數(shù)據(jù)庫的方法。

1.3 傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容包括理論和實踐兩方面。理論知識分為基礎(chǔ)理論和進(jìn)階理論。基礎(chǔ)知識包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論，包括關(guān)系的定義、關(guān)系的運算、關(guān)系演算和關(guān)系的范式等內(nèi)容。進(jìn)階理論包括數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式設(shè)計，事務(wù)管理，鎖機(jī)制，以及分布式數(shù)據(jù)庫等。實踐教學(xué)包括演示數(shù)據(jù)庫的安裝和配置、數(shù)據(jù)庫的備份和還原、數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建和修改、數(shù)據(jù)表的定義和修改、數(shù)據(jù)插入、數(shù)據(jù)更新和數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)庫用戶管理和權(quán)限控制等內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫是不斷演進(jìn)的一門課程，需要教師能夠及時跟進(jìn)最新技術(shù)發(fā)展。

當(dāng)前高校的數(shù)據(jù)庫教學(xué)一般分為具有計算機(jī)專業(yè)背景的教師或非計算機(jī)專業(yè)背景教師授課。若計算機(jī)系教師承擔(dān)授課數(shù)據(jù)庫課程授課任務(wù)，則對于圍繞數(shù)據(jù)庫課程的基本知識要求應(yīng)該不存在問題，教師的理論知識儲備足以應(yīng)對非計算機(jī)類數(shù)據(jù)庫課程，重點應(yīng)做好數(shù)據(jù)庫發(fā)展和新型NoSQL數(shù)據(jù)庫等方面的教學(xué)準(zhǔn)備。若由非計算機(jī)專業(yè)背景授課，則需要在理論和實踐、基礎(chǔ)和進(jìn)階、歷史和未來等方面充分做好教學(xué)準(zhǔn)備。

結(jié)合實際來看，基于需求的酒店管理系統(tǒng)內(nèi)容框架設(shè)置，必須從顧客角度出發(fā)，從其到店、入住、退房等全過程所需經(jīng)歷環(huán)節(jié)進(jìn)行實時分析，以此設(shè)置專業(yè)、合理、到位的服務(wù)需求方案。體現(xiàn)在酒店管理系統(tǒng)上時，即對前臺管理系統(tǒng)、消費管理系統(tǒng)、收銀管理系統(tǒng)、客房服務(wù)系統(tǒng)設(shè)置來體現(xiàn)，使其做成一套完整的酒店管理系統(tǒng)框架，明確其個分項功能，使酒店顧客需求得到有效滿足。

2 面向大數(shù)據(jù)處理與分析的數(shù)據(jù)庫教學(xué)改革

為了給非計算機(jī)類專業(yè)學(xué)生打下堅實的數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)，應(yīng)對未來工作中大數(shù)據(jù)處理中的數(shù)據(jù)庫操作需求，從教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整、教學(xué)方法的改進(jìn)和考核方式等三個角度探索非計算機(jī)類專業(yè)數(shù)據(jù)庫教學(xué)改革思路。

2.1 調(diào)整教學(xué)目標(biāo)

從上一節(jié)的分析中可以看出，當(dāng)前數(shù)據(jù)庫市場發(fā)展迅速，這將帶來未來企業(yè)應(yīng)用的變化，因此在教學(xué)中應(yīng)考慮到這一發(fā)展趨勢。另外，目前就業(yè)市場對大學(xué)生提出了新的要求，需要從業(yè)者能夠更加深入地掌握數(shù)據(jù)庫操作方法。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)顯然和現(xiàn)實是脫節(jié)的，因此綜合調(diào)整課程的教學(xué)目標(biāo)。非計算機(jī)類數(shù)據(jù)庫課程的教學(xué)目標(biāo)大致如下：掌握關(guān)系型數(shù)據(jù)庫高級操作方法、理解數(shù)據(jù)操作之間的效率差異、掌握典型NoSQL數(shù)據(jù)庫、了解典型的云數(shù)據(jù)庫服務(wù)，具有自主學(xué)習(xí)高級數(shù)據(jù)庫技術(shù)的能力。

2.2 調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

當(dāng)前，大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫課程都包含了關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論和SQL語言，屬于教學(xué)內(nèi)容的“基本盤”。考慮到數(shù)據(jù)庫當(dāng)前發(fā)展趨勢，以及各行業(yè)的數(shù)據(jù)庫相關(guān)技能需求，非計算機(jī)類專業(yè)需要從以下三個方面對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。

（1）深入講解數(shù)據(jù)查詢部分。數(shù)據(jù)查詢部分包含簡單查詢和復(fù)雜查詢。在教學(xué)過程中，通常使用簡單數(shù)據(jù)庫作為示例數(shù)據(jù)庫，在此基礎(chǔ)上開發(fā)單表查詢、聚合和分組查詢、多表查詢等。在生產(chǎn)環(huán)境下，通常涉及分組后的組內(nèi)排序查詢、窗口函數(shù)等內(nèi)容。因此，在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計時，可以有針對性地增加高級查詢部分，讓學(xué)生更加深入地了解數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢。此外，將SQL與Python等通用編程語言聯(lián)系起來，詳細(xì)講解通用編程語言的數(shù)據(jù)庫接口，以加深學(xué)生的理解，增強(qiáng)工作情境中的應(yīng)用能力。

（2）加入主流NoSQL數(shù)據(jù)庫。NoSQL數(shù)據(jù)占據(jù)的市場份額逐級增大，MongDB和Redis等典型代表在生產(chǎn)環(huán)境中應(yīng)用范圍廣泛，很多數(shù)據(jù)都存在NoSQL數(shù)據(jù)庫中。特別地，NoSQL數(shù)據(jù)庫由于不需考慮數(shù)據(jù)表的范式，因此使用門檻較低，在爬蟲應(yīng)用中使用廣泛。在NoSQL教學(xué)過程中，不能將這部分內(nèi)容與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫對立起來，而應(yīng)將它們的概念和數(shù)據(jù)操作對照起來教學(xué)[4]。例如，MongoDB中的大部分概念都在SQL中有對應(yīng)物，具體對應(yīng)關(guān)系如表1所示。因此，在對NoSQL數(shù)據(jù)庫的教學(xué)中，應(yīng)與SQL中的操作對應(yīng)起來。各種數(shù)據(jù)庫的操作語言存在著差異，但操作流程具有共性。

表1 SQL和MongoDB概念的對應(yīng)關(guān)系

（3）加入云數(shù)據(jù)庫。當(dāng)前，數(shù)據(jù)很有可能存儲在本文，更可能存在公有云或私有云中。因此，需要能夠連接到這些云數(shù)據(jù)庫中然后進(jìn)行操作，在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)有體現(xiàn)。具體教學(xué)過程中，首先要講述云數(shù)據(jù)庫相對于本地數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢和缺點；然后，介紹當(dāng)前主流的云數(shù)據(jù)庫服務(wù)商，以及云數(shù)據(jù)庫的種類；最后，以某一云數(shù)據(jù)庫為案例展示其使用過程，通過實踐展示完整的操作流程讓學(xué)生對數(shù)據(jù)庫有更加直接全面的認(rèn)識。

（4）加入包含大批量數(shù)據(jù)的案例數(shù)據(jù)庫。大數(shù)據(jù)是當(dāng)前乃至未來的必然趨勢，在具體工作情境中尤為如此。傳統(tǒng)教學(xué)中一般使用包含較少數(shù)據(jù)表較少數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫作為演示數(shù)據(jù)庫，這和現(xiàn)實是脫節(jié)的。為此，建議積極利用各種途徑構(gòu)建大數(shù)據(jù)庫。第一種方法是利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲獲取大批量數(shù)據(jù)。當(dāng)然在數(shù)據(jù)采集過程中應(yīng)遵守法律法規(guī)和道德規(guī)范，不能泄露他人隱私信息。第二種方法是和企業(yè)合作，由企業(yè)提供脫敏大批量數(shù)據(jù)。

2.3 改進(jìn)教學(xué)方法

教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整也應(yīng)帶來教學(xué)方法的改變，應(yīng)該從以下四方面改進(jìn)教學(xué)方法。

（1）圍繞云數(shù)據(jù)庫構(gòu)建教學(xué)案例。云數(shù)據(jù)庫是未來的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢之一。圍繞云數(shù)據(jù)庫構(gòu)建教學(xué)案例有以下兩個優(yōu)勢：第一，減少了學(xué)生在個人筆記本電腦上配置數(shù)據(jù)庫的，從而降低學(xué)生在配置環(huán)境中可能遭遇的受挫感，提升學(xué)生早期學(xué)習(xí)的積極性；第二，可進(jìn)行圍繞大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫操作，部分涉及大批量數(shù)據(jù)的操作難以在計算和存儲能力有限的個人電腦上開展，而云數(shù)據(jù)庫沒有該限制。

（2）合理利用開源平臺。開源社區(qū)是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的重要趨勢之一。相應(yīng)地，在教學(xué)過程中可考慮使用開源數(shù)據(jù)庫，例如MySQL和MongoDB等[5]。更加重要的是，需要向?qū)W生傳遞開源精神，讓學(xué)生懂的知識分享可促進(jìn)知識創(chuàng)新。另外，可以利用中國最流行的代碼共享平臺Gitee分享課件和代碼。鼓勵學(xué)生在平臺上提出更好地解決方案，修改發(fā)現(xiàn)的課件或代碼錯誤，促進(jìn)師生之間的溝通。

（3）構(gòu)建面向大數(shù)據(jù)操作的案例應(yīng)用。在未來的工作實踐中，如何更加有效、更加快速的操作數(shù)據(jù)庫關(guān)系到最終的工作效率。為此，在獲取大數(shù)據(jù)庫之后，需要根據(jù)典型的工作場景抽出關(guān)鍵的數(shù)據(jù)操作，進(jìn)而匯集成案例庫。然后，結(jié)合理論知識部分，可以探索各種數(shù)據(jù)庫操作的效率問題，例如插入效率、刪除效率和查詢效率等，為優(yōu)化打下基礎(chǔ)。

（4）構(gòu)建開放、平等的師生交流平臺。當(dāng)前MOOC平臺有著豐富的數(shù)據(jù)庫課程資源，學(xué)生可以方便地獲取這些資源。然而，與學(xué)校小班教學(xué)相比，線上課程也有針對性差、交流互動性不及時等缺點。因此，在課堂上，建議允許學(xué)生充分提出課程相關(guān)問題或疑問，老師和其他學(xué)生應(yīng)積極參與到問題的討論中，及早解決問題；在課后，建議基于BB教學(xué)平臺或則Gitee等開源平臺構(gòu)建更加自由的交流平臺。

2.4 加強(qiáng)教學(xué)評價

課程教學(xué)評價關(guān)系到學(xué)生最終的成績，如何合理評估在數(shù)據(jù)庫課程中的表現(xiàn)關(guān)系到學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革也對教學(xué)評價帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，以下從評測考核和過程考核兩方面探討如何加強(qiáng)教學(xué)評價。

（1）過程考核。學(xué)習(xí)是一個較為漫長的過程，對于數(shù)據(jù)庫學(xué)習(xí)而言尤為如此。以評測為導(dǎo)向的考核目標(biāo)簡單且易操作，但不能體現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中涌現(xiàn)出的一些好方法和好行為。例如，少數(shù)學(xué)生十分擅長解決一些課程中的疑難雜癥、樂于給同學(xué)提供幫助，教師應(yīng)對類似行為予以鼓勵，但這部分成績是難以在評價中衡量的。建議教師構(gòu)建學(xué)生行為數(shù)據(jù)庫，記錄學(xué)生在課堂或者線上行為，構(gòu)建綜合指標(biāo)評測學(xué)生。最后，也要著重考查學(xué)生的動手能力，應(yīng)在構(gòu)建數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中觀察學(xué)生的表現(xiàn)。

（2）評測考核。考慮到數(shù)據(jù)庫課程的理論性為了體現(xiàn)考核的公平性和有效性，可以采用多次考核的形式，布置多次課后和課堂作業(yè)。調(diào)整平時作業(yè)和期末考試的成績比例，凸出學(xué)生的自主學(xué)習(xí)過程。特別地，在評測中，應(yīng)該就加強(qiáng)體現(xiàn)學(xué)生的主動性。例如，可以布置具有開放性和

試驗性的課后作業(yè)給學(xué)生完成，重點考察其主動思考和創(chuàng)新能力。

3 結(jié)論

本文首先從數(shù)據(jù)庫產(chǎn)業(yè)發(fā)展、就業(yè)技能需求和傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容等三個方面分析了大數(shù)據(jù)背景下非計算機(jī)專業(yè)數(shù)據(jù)庫課程變革環(huán)境。然后，從當(dāng)前存在的一些問題切入，提出包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評價在內(nèi)的四位一體的課程改革思想。最后，本文必然存在一些考慮不全面的地方，但希望能夠為非專業(yè)數(shù)據(jù)庫課程改革提供借鑒。