陳紅順， 黃秋穎， 周鵬， 孫瑋

(北京師范大學(xué)珠海分校 信息技術(shù)學(xué)院， 珠海 519087)

0 引言

數(shù)據(jù)庫技術(shù)是計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要分支，是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中最為廣泛的應(yīng)用技術(shù)之一[1]。計(jì)算機(jī)類專業(yè)都開設(shè)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫課程，以培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行信息管理、分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用等多方面的能力。

但隨著云計(jì)算、 大數(shù)據(jù)的興起，一切都可以成為數(shù)據(jù)，如人們購買行為、網(wǎng)絡(luò)用戶瀏覽痕跡等，這些數(shù)據(jù)不僅數(shù)據(jù)量大，而且還具有非結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的以關(guān)系數(shù)據(jù)庫為代表的數(shù)據(jù)庫技術(shù)難以滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代的需求，一些新興的數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在這種形勢下，高校計(jì)算類專業(yè)的數(shù)據(jù)庫課程也有必要進(jìn)行相應(yīng)的改革，以滿足新形勢下人才培養(yǎng)的需要[2]。

1 數(shù)據(jù)庫課程的教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫課程，教學(xué)內(nèi)容以關(guān)系數(shù)據(jù)庫為主線，主要采用“教師為中心”的教學(xué)模式。在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，這種課程教學(xué)難以適應(yīng)新時(shí)代計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才的需要。

1.1 課程內(nèi)容明顯滯后

關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生于上世紀(jì)60年代，主要研究結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的有效組織和存儲(chǔ)，以減少數(shù)據(jù)冗余、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和保障數(shù)據(jù)安全，并實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)查詢。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，數(shù)據(jù)的來源變得多樣化，如智能手機(jī)、GPS終端、傳感器等都可以成為產(chǎn)生數(shù)據(jù)的來源，從這些設(shè)備收集到的數(shù)據(jù)不僅數(shù)據(jù)量巨大，而且還包含大量非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)[3]。傳統(tǒng)以關(guān)系數(shù)據(jù)庫為主線的數(shù)據(jù)庫課程，缺少大數(shù)據(jù)環(huán)境下海量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理與分析相關(guān)的內(nèi)容，在教學(xué)內(nèi)容方面明顯滯后。

1.2 傳統(tǒng)教學(xué)模式面臨挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)的課程教學(xué)主要采用“教師為中心”的教學(xué)模式，即教學(xué)時(shí)多以教師講解為主，課堂上教師與學(xué)生之間交流、互動(dòng)較少，課下缺乏真實(shí)的案例實(shí)踐，造成學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等前沿計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，通過互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)的在線教育席卷全球。如今，打開互聯(lián)網(wǎng)，輕松可以找到各種各樣、種類繁多的教學(xué)資源。因此，大數(shù)據(jù)環(huán)境下，學(xué)生知識(shí)的獲取不再局限于校園里、課堂上，只要有網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生可以隨時(shí)隨地獲取自己感興趣的優(yōu)質(zhì)教育資源。傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)受到了大數(shù)據(jù)時(shí)代的沖擊，急需變革。

2 大數(shù)據(jù)背景下數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)改革

2.1 調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)時(shí)代需求

教學(xué)內(nèi)容安排方面，需要做到傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)與新興數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合，在強(qiáng)調(diào)學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)注重培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力[4]。

關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)以嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為對象，包括了數(shù)據(jù)庫學(xué)科重要和通用的基礎(chǔ)理論和思路。教學(xué)內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識(shí)、關(guān)系代數(shù)、SQL語言、關(guān)系數(shù)據(jù)理論、規(guī)范化設(shè)計(jì)、查詢優(yōu)化技術(shù)、恢復(fù)技術(shù)、并發(fā)控制等，上機(jī)實(shí)踐可以選擇Oracle或SQL Server作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，內(nèi)容主要包括SQL語言的應(yīng)用、存儲(chǔ)過程與觸發(fā)器、小型數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)等。

新興數(shù)據(jù)庫技術(shù)是指支持分析處理海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)。其中代表性的NoSQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)指的就是與傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫或關(guān)系-對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)不同的技術(shù)。自Google公司提出BigTable分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以來[5]，各種NoSQL數(shù)據(jù)庫層出不窮，目前主要包括列存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫、鍵值數(shù)據(jù)庫、文檔型數(shù)據(jù)庫和圖形數(shù)據(jù)庫四大常見類型。因此，新興數(shù)據(jù)庫技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容主要包括NoSQL的優(yōu)勢和理論基礎(chǔ)、NoSQL數(shù)據(jù)模型及分類、常見NoSQL數(shù)據(jù)庫和NoSQL數(shù)據(jù)庫應(yīng)用案例[6]；上機(jī)實(shí)踐可以選擇列存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫HBase、鍵值數(shù)據(jù)庫Redis、文檔型數(shù)據(jù)庫MongoDB和圖形數(shù)據(jù)庫Neo4J，實(shí)踐內(nèi)容主要包括常見NoSQL數(shù)據(jù)庫的操作及典型應(yīng)用案例，目前市面上已經(jīng)有大量的教材和參考書，也方便學(xué)生自學(xué)。

在課程課時(shí)安排方面，有兩種方案可供選擇：一是將新興數(shù)據(jù)技術(shù)整合到原有數(shù)據(jù)課程中，同時(shí)壓縮關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的課時(shí)，其中關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)大約占2/3的總學(xué)時(shí)，新興數(shù)據(jù)庫技術(shù)大約占1/3的總學(xué)時(shí)，由于課時(shí)關(guān)系，新興數(shù)據(jù)庫技術(shù)只能簡單介紹，并通過1個(gè)典型案例，讓學(xué)生了解NoSQL數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用場景；二是將數(shù)據(jù)庫課程分為兩門課程，以關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)為主的基礎(chǔ)課程大二開設(shè)，以新興數(shù)據(jù)庫技術(shù)為主的提高課程可以在大三以專業(yè)方向課或?qū)I(yè)選修課的形式開設(shè)，以便讓學(xué)生在深入掌握了關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)之后，對NoSQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)有一個(gè)全面深入的了解。各高校的計(jì)算機(jī)類專業(yè)可以根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)師資情況選擇其中一種方案。

2.2 豐富教學(xué)方法，提高課程教學(xué)質(zhì)量

在教學(xué)過程中，可以采用案例教學(xué)法和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法等多種方法，注重培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)。例如，在給學(xué)生講解范式理論的時(shí)候，學(xué)生僅從課本字面進(jìn)行理解普遍覺得難以接受，而通過案例教學(xué)，先給學(xué)生一個(gè)設(shè)計(jì)不好的關(guān)系模式作為案例，引導(dǎo)學(xué)生分析其中存在哪些問題，并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考為解決這些問題應(yīng)當(dāng)如何對關(guān)系模式進(jìn)行分解。這樣，學(xué)生在案例分析過程中學(xué)會(huì)了思考，由原來的被動(dòng)接受到主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題，并加深了對相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解。

課程還可以要求學(xué)生完成一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)作品，由2～3人成立小組完成，開發(fā)語言和平臺(tái)不做限定，教師在選題初期給予一定的指導(dǎo)，具體的需求分析、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)以及測試和實(shí)施均有學(xué)生自行完成。這種項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)法會(huì)有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生自覺學(xué)習(xí)的能力。

課堂教學(xué)法還可以與課外活動(dòng)相結(jié)合。例如，組織大數(shù)據(jù)興趣小組，組織學(xué)生研究和探索大數(shù)據(jù)相關(guān)的主題，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.3 精選教學(xué)案例，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐

數(shù)據(jù)庫課程是理論與應(yīng)用緊密結(jié)合的課程，一直有明確的工程背景和應(yīng)用驅(qū)動(dòng)。因此，在實(shí)際的教學(xué)過程中，教師必須精選合適的教學(xué)案例。例如，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫的教學(xué)過程中，以學(xué)生熟悉的網(wǎng)絡(luò)購物為背景，設(shè)計(jì)了網(wǎng)上書城(bookstore)數(shù)據(jù)庫，根據(jù)理論教學(xué)的進(jìn)度安排，圍繞該數(shù)據(jù)庫配套設(shè)計(jì)了創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)更新和視圖、數(shù)據(jù)庫安全性、數(shù)據(jù)庫完整性、關(guān)系規(guī)范化、Transact-SQL編程、查詢處理和查詢優(yōu)化、并發(fā)控制及數(shù)據(jù)庫備份與恢復(fù)等10個(gè)上機(jī)實(shí)驗(yàn)[7]。在完成上述實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生利用自己所學(xué)知識(shí)解決了熟悉應(yīng)用場景中的問題，不僅提高了動(dòng)手實(shí)踐能力，同時(shí)也提高了學(xué)習(xí)興趣。

3 總結(jié)

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)存在課程內(nèi)容明顯滯后、傳統(tǒng)教學(xué)模式面臨挑戰(zhàn)的問題，通過調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)方法和精選教學(xué)案例三方面的改革，以滿足培養(yǎng)新時(shí)代計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才的需要。實(shí)踐證明，改革后的數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容涵蓋了傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)與新興數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可以適應(yīng)時(shí)代需求，豐富的教學(xué)方法可以有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，精選的教學(xué)案例以學(xué)生熟悉的應(yīng)用場景為背景，能有效提高了動(dòng)手實(shí)踐能力。