盧菁 彭敦陸 劉叢

摘? 要： 大數(shù)據(jù)催生了云計算，而如何在云環(huán)境中提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)服務(wù)成為研究的熱點(diǎn)。為來華留學(xué)研究生開設(shè)的全英語“云計算數(shù)據(jù)服務(wù)”課程，是以數(shù)據(jù)為中心，以實踐為導(dǎo)向，設(shè)計了進(jìn)階式的教學(xué)大綱，利用“比較教學(xué)法”對SQL與NoSQL、SQL與HiveQL進(jìn)行比較教學(xué)，利用“微課堂”讓學(xué)生可以自主進(jìn)行Hadoop部署、中英文MapReduce詞頻統(tǒng)計、Hive部署和HiveQL實踐操作，以掌握云數(shù)據(jù)服務(wù)的基本平臺、工具和語言。課程評價體系的改革，保障了教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 課程建設(shè); 云計算; 數(shù)據(jù)服務(wù); Hadoop; Hive

中圖分類號：G642.3? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）04-63-03

Abstract： Big data has stimulated the development of cloud computing technology， and how to provide high-quality data services in the cloud environment has become a research focus.? The full English course "Cloud Data Services" offered to foreign graduate students studying in China is data-centered and practice-oriented， with progressive teaching syllabus designed. The "comparative teaching method" is used to teach SQL and NoSQL， SQL and HiveQL comparatively; the "micro-classroom" is used so that students can deploy Hadoop， fulfill Chinese and English MapReduce word frequency statistics program and deploy HiveQL independently. Therefore students can understand the basic platform， tools and languages of cloud data services. The course evaluation system is reformed to achieve good teaching results.

Key words： course construction; cloud computing; data service; Hadoop; Hive

0 引言

目前，我國高等教育步入快速發(fā)展階段，來華留學(xué)生教育已經(jīng)成為我國高等教育的重要組成部分[1]。招收和培養(yǎng)來華留學(xué)的研究生，目的是培養(yǎng)他們成為適應(yīng)國際競爭和符合國際需求的高級專業(yè)人才，人才培養(yǎng)的質(zhì)量關(guān)系著我國的國際聲譽(yù)和留學(xué)生事業(yè)的發(fā)展。隨著來華留學(xué)研究生人數(shù)的增加，其國別、母語、宗教信仰等方面存在諸多差異，基礎(chǔ)參差不齊，對課程結(jié)構(gòu)的設(shè)計、實踐環(huán)節(jié)的實施、評價體系的改革都提出了很高的要求。

針對IT領(lǐng)域?qū)τ谟嬎阗Y源集約化、規(guī)?；蛯I(yè)化的需求，云計算應(yīng)運(yùn)而生，國內(nèi)外各大lT 企業(yè)（如Google、Amazon、微軟、阿里巴巴、騰訊等）都先后推出了自己的云計算產(chǎn)品。越來越多的企業(yè)和用戶選擇將自己的數(shù)據(jù)存放在云中，如何在云計算環(huán)境中提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)服務(wù)成為研究熱點(diǎn)。我們在來華留學(xué)的研究生中開設(shè)“云計算數(shù)據(jù)服務(wù)”課程，為學(xué)生掌握最先進(jìn)的研究技術(shù)、研究進(jìn)展和研究動態(tài)提供了可能。

然而，目前來華留學(xué)研究生在學(xué)習(xí)過程中普遍存在以下問題。

⑴ 留學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)普遍薄弱，而研究生課程知識點(diǎn)分散、難度較大，實踐環(huán)節(jié)則需要綜合運(yùn)用先修課程，許多學(xué)生對于理論和實踐緊密結(jié)合的課程無從下手。

⑵ 教師與留學(xué)生之間存在語言隔閡。目前一對多的教學(xué)結(jié)構(gòu)很難保證對每名學(xué)生進(jìn)行詳細(xì)指導(dǎo)，而留學(xué)生缺乏自我分析和解決問題能力，遇到困難往往難以自己解決，難以按期按質(zhì)完成實踐任務(wù)。

⑶ 云計算思維的培養(yǎng)無法一蹴而就，也無法通過簡單的案例教學(xué)達(dá)到目標(biāo)，需要對云計算精髓的問題或項目進(jìn)行不斷的分析、整合，在反復(fù)的學(xué)習(xí)過程中理解云計算數(shù)據(jù)服務(wù)的含義。

綜上，我們首先采用全英語教學(xué)，教學(xué)大綱、課件、實踐微課堂等全部采用英語授課，消除語言障礙。其次，針對留學(xué)研究生的特點(diǎn)，我們設(shè)計出進(jìn)階式的教學(xué)內(nèi)容，充分利用對比教學(xué)法，開發(fā)“微課堂”實踐教學(xué)視頻，并建立合理的教學(xué)評價體系，在近年的教學(xué)過程中取得長足的進(jìn)步。該課程首先講述在數(shù)據(jù)分布、數(shù)據(jù)異構(gòu)的情況下數(shù)據(jù)服務(wù)的概念、技術(shù)和方法，在介紹云計算數(shù)據(jù)服務(wù)的技術(shù)時，以理論介紹為主、實踐教學(xué)為輔的方法，讓學(xué)生在掌握云計算一般概念的基礎(chǔ)上，能夠熟練部署Hadoop平臺，能夠編寫出MapReduce程序，能夠掌握Hive的下載和部署方法，掌握HiveQL指令的用法，熟知其執(zhí)行過程。

1 進(jìn)階式課程結(jié)構(gòu)

進(jìn)階式課程結(jié)構(gòu)將整個課程合理地設(shè)置為若干個階段，以特定的學(xué)習(xí)目標(biāo)為契機(jī)，將每一階段學(xué)習(xí)內(nèi)容與目標(biāo)建立在前一個階段的分析與整合之上。在簡單的學(xué)習(xí)與復(fù)雜的整合間反復(fù)進(jìn)行，螺旋向上，逐步達(dá)到既定目標(biāo)[2]。

本課程包括以下內(nèi)容：數(shù)據(jù)集成技術(shù)、虛擬化、大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)與云計算、Hadoop、NoSQL與Key-value、MapReduce、數(shù)據(jù)分析工具Hive。這些內(nèi)容從分布式數(shù)據(jù)管理開始，到異構(gòu)數(shù)據(jù)通過Wrapper集成，到虛擬化的出現(xiàn)導(dǎo)致數(shù)據(jù)云存儲成為可能，由此出現(xiàn)了開源云平臺Hadoop。每一部分都是上一部分的深化和進(jìn)階。數(shù)據(jù)分析部分首先從NoSQL和Key-Value存儲開始，到MapReduce編程框架，從新存儲方式下數(shù)據(jù)分析的困難講到Hive的誕生，再到HiveQL的出現(xiàn)，環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生通過學(xué)習(xí)不僅可以對傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)加深理解，更能夠理解云數(shù)據(jù)服務(wù)的來龍去脈。

2 比較教學(xué)法

比較教學(xué)法是指，在教學(xué)環(huán)節(jié)中將兩個或多個學(xué)習(xí)對象放在一起，從不同方面、不同角度、不同屬性上按照同一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析，以達(dá)到辨識、理解和掌握認(rèn)識對象的本質(zhì)特征的一種教學(xué)方法[3]。教學(xué)過程中，比較教學(xué)法能夠使得學(xué)習(xí)者對所學(xué)內(nèi)容清晰認(rèn)識、準(zhǔn)確把握，有利于培養(yǎng)專業(yè)理論基礎(chǔ)扎實和實踐應(yīng)用能力強(qiáng)的創(chuàng)新科技人才。

⑴ SQL與NoSQL的比較。

NoSQL是一種非關(guān)系型的、分布式的、不嚴(yán)格遵循ACID原則并且高可擴(kuò)展的新型數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，并分為Key-value存儲文檔數(shù)據(jù)庫和圖數(shù)據(jù)庫。NoSQL通過放棄嚴(yán)格的ACID事務(wù)語義和復(fù)雜的SQL或者Posix接口標(biāo)準(zhǔn)，采用簡單靈活的Key-value數(shù)據(jù)模型來換取更好的性能和水平擴(kuò)展能力。而SQL服務(wù)的傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫則具有嚴(yán)格的語義，嚴(yán)格遵循ACID原則。講解這一部分時，需要反復(fù)比較SQL與NoSQL服務(wù)的場景不同、需求不同、問題不同?？赏ㄟ^銀行數(shù)據(jù)（嚴(yán)格語義要求）和微博數(shù)據(jù)（無嚴(yán)格語義要求）兩個案例的對比，讓學(xué)生加深理解。

⑵ SQL與HiveQL的比較。

Hive是基于Hadoop構(gòu)建的數(shù)據(jù)倉庫分析系統(tǒng)，誕生于Facebook，是用來管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的中間件，數(shù)據(jù)存儲使用HDFS，執(zhí)行環(huán)境為MapReduce，使用類似SQL語言的HiveQL語言分析存儲在Hadoop分布式文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，使不熟悉MapReduce的用戶也可以方便地使用HiveQL語言來數(shù)據(jù)分析，同時Hive還提供了一系列工具來提取和轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)。HiveQL的語法與大部分SQL語法兼容，這為熟悉關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL的專業(yè)人員操作和分析Hadoop大數(shù)據(jù)提供了方便。這里學(xué)生很容易認(rèn)為HiveQL與SQL一樣，都是處理關(guān)系數(shù)據(jù)庫的，從而誤認(rèn)為后臺的大數(shù)據(jù)是被Hive轉(zhuǎn)換成了關(guān)系數(shù)據(jù)庫。通過SQL與HiveQL的對比讓學(xué)生明確，SQL是面對關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而HiveQL處理的是大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化文件，其面對的是Hive，Hive架構(gòu)在Hadoop上，本質(zhì)上后臺的處理是用MapReduce的方法處理大數(shù)據(jù)。SQL支持查詢、更新、索引、事務(wù)，HiveQL不支持更新、索引和事務(wù)。SQL可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行多次修改，而HiveQL處理的數(shù)據(jù)則是“Write Once Read Many”。通過SQL和HiveQL的對比，學(xué)生對云數(shù)據(jù)服務(wù)加深理解，對利用HiveQL進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析有直觀的感受。

3 自主學(xué)習(xí)“微課堂”實踐

自主學(xué)習(xí)要求教師為學(xué)生營造自主學(xué)習(xí)的必要環(huán)境和條件，讓學(xué)生能進(jìn)行自主研究型學(xué)習(xí)，自主獲取知識，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下最終獲得自主學(xué)習(xí)的能力、創(chuàng)新意識和終身學(xué)習(xí)的能力。

“微課堂”將實踐模塊封裝成一個半結(jié)構(gòu)化、主題式的資源單元應(yīng)用“小環(huán)境”，主題明確，重點(diǎn)突出[4]。我們設(shè)計出三個微課堂實踐視頻：Hadoop部署、用MapReduce分別實現(xiàn)英文和中文WordCount程序、Hive部署與HiveQL實踐，學(xué)生只需要利用碎片時間就可以反復(fù)觀看視頻以加深和鞏固對知識點(diǎn)的理解。每一個微課堂都配有PPT和演示視頻，PPT包括了所有的步驟和關(guān)鍵指令，視頻采用抓屏和畫外音的方式錄制，學(xué)生可按照PPT中的步驟完成三個微課堂的自主學(xué)習(xí)從而掌握云數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺、工具和方法。

4 綜合性教學(xué)評價體系

學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評估包括形成性評價和總結(jié)性評價[5]。形成性評價包括課堂作業(yè)、討論活躍度，微課堂實踐匯報等方式。總結(jié)性評價主要依靠期末報告獲得。學(xué)生微課堂學(xué)習(xí)實踐成功后可在教師答疑時演示從而獲得加分。期末報告時將學(xué)生分組，選取最前沿的云計算數(shù)據(jù)服務(wù)方面的英文資料，由組內(nèi)成員分工翻譯并形成最終文檔，再制作成PPT格式公開講述，促進(jìn)組間交流，提升中文學(xué)術(shù)表達(dá)能力。

5 總結(jié)

綜合考慮來華留學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力，對教學(xué)內(nèi)容、實踐教學(xué)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境進(jìn)行搭建。采用進(jìn)階式教學(xué)對留學(xué)生進(jìn)行因材施教，實現(xiàn)對留學(xué)生的差異化培養(yǎng);通過比較教學(xué)法加深對SQL和NOSQL、SQL和HiveQL的理解;通過微課堂學(xué)生能熟練部署Hadoop平臺和Hive，能熟練編寫MapReduce程序，掌握HiveQL數(shù)據(jù)分析方法;通過新的評價體系調(diào)動學(xué)生積極性，在掌握理論知識點(diǎn)的基礎(chǔ)上提高了動手能力。

未來我們計劃將整個課程網(wǎng)站移植到微信小程序下，發(fā)揮“微課堂”的自主學(xué)習(xí)功能，同時增加在線答疑功能，使更多學(xué)生受益。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 汪曉妍，黃鮮萍，夏明，胡海根.任務(wù)模塊化的留學(xué)生大型實驗教學(xué)探索與實踐[J].計算機(jī)教育，2018.1： 51-154，158

[2] 盧文偉，夏其表，螺旋模式下非計算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計課程中計算思維的培養(yǎng)[J].計算機(jī)時代，2018.11：79-80

[3] 趙軍龍，王鳳琴，趙建鵬.比較教學(xué)法在“測井方法原理”課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇，2018.3：191-192

[4] 高鏡云，華詔召，郭藝.微課堂利用對有效教學(xué)的提升與意義[J].文學(xué)教育，2018.33：21-23

[5] 白琳.大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程的混合模式激趣教學(xué)法[J].計算機(jī)教育，2018.1：75-78