以大數(shù)據(jù)為中心的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)課程體系實(shí)踐教學(xué)改革

劉 莉 張小峰 岳 峻

魯東大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 山東煙臺(tái) 264025

隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的興起，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)越來(lái)越多，進(jìn)而社會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)分析人才的要求和需求與日俱增[1]。當(dāng)前，各大企業(yè)對(duì)大數(shù)據(jù)高端人才的需求主要體現(xiàn)在3個(gè)方向：大數(shù)據(jù)系統(tǒng)研發(fā)類(lèi)人才、大數(shù)據(jù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)類(lèi)人才和大數(shù)據(jù)分析類(lèi)人才，其相對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)崗位一般為大數(shù)據(jù)系統(tǒng)研發(fā)工程師[2]、大數(shù)據(jù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)工程師和數(shù)據(jù)分析師。依據(jù)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的要求[3]，高等學(xué)校的責(zé)任重在加快解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)高質(zhì)量多樣化人才需要與教育培養(yǎng)能力不足的矛盾。圍繞這一指導(dǎo)思想，魯東大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院一直以來(lái)都在加強(qiáng)培養(yǎng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的應(yīng)用型人才。因此，面向大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用方向的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用課程體系實(shí)踐教學(xué)面臨著機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

1 面向大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)課程體系

數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用課程體系是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、信息管理等專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)方向課程，該課程體系包括高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、Java程序設(shè)計(jì)、C#程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等課程。數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用課程體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)為研究生階段課程。

圖1 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)課程體系

在數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)課程體系中，大型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是理論與實(shí)踐結(jié)合最強(qiáng)的一門(mén)課[4]，也是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用課程體系的核心課程[5]。該課程能夠培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理、分析的能力，能夠正確使用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行基本的數(shù)據(jù)庫(kù)管理與維護(hù)工作，同時(shí)利用SQL和PL/SQL進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，掌握大型數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)理論和實(shí)踐開(kāi)發(fā)能力[6]。該實(shí)踐課程為學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，以應(yīng)對(duì)信息社會(huì)對(duì)大型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的需求。

2 實(shí)踐教學(xué)體系改革主要內(nèi)容

大型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)課程體系中的實(shí)踐核心課程，主要介紹了Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)知識(shí)。由于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及的知識(shí)點(diǎn)非常多，主要包括大型數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle的基本概念、Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)、SQL語(yǔ)言和PL/SQL語(yǔ)言及數(shù)據(jù)庫(kù)編程、Oracle模式對(duì)象管理、Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的基本管理與維護(hù)、Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展及數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)等。

針對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，依據(jù)大型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值體系需要對(duì)其教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。為統(tǒng)領(lǐng)該課程的體系同時(shí)按照課程實(shí)踐的需求以“篇”的方式將其內(nèi)容整理歸類(lèi)。具體共分4篇：第一篇體系結(jié)構(gòu)篇、第二篇對(duì)象篇、第三篇語(yǔ)言篇、第四篇安全篇。其內(nèi)容結(jié)構(gòu)安排如圖2所示。

圖2 大型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)內(nèi)容安排

實(shí)踐教學(xué)具體內(nèi)容安排如下。

第一篇體系結(jié)構(gòu)篇，主要用來(lái)分析數(shù)據(jù)庫(kù)的組成、工作過(guò)程與原理以及數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的組織與管理機(jī)制。Oracle體系結(jié)構(gòu)主要包括Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的邏輯存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、服務(wù)器結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)字典。配套的實(shí)踐為邏輯存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)塊、區(qū)、段的配置，物理結(jié)構(gòu)中相關(guān)數(shù)據(jù)字典的查詢(xún)及對(duì)查詢(xún)結(jié)構(gòu)的深層次理解，日志文件的管理，表空間及數(shù)據(jù)文件的管理；系統(tǒng)全局區(qū)（SGA）、程序全局區(qū)（PGA）的管理等。這部分為該課程的基礎(chǔ)理論所在，重要性高，大部分與之相關(guān)的實(shí)踐都需要建立在該理論的基礎(chǔ)之上。

第二篇對(duì)象篇主要為Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的Schema對(duì)象，包括數(shù)據(jù)表對(duì)象的創(chuàng)建、維護(hù)以及數(shù)據(jù)完整性和約束性，索引、視圖、同義詞、序列對(duì)象等的創(chuàng)建和管理，表分區(qū)與索引分區(qū)的創(chuàng)建與管理。實(shí)踐部分為Schenma對(duì)象的創(chuàng)建與維護(hù)，并注意與表空間等體系結(jié)構(gòu)部分的關(guān)系等。

第三篇語(yǔ)言篇是該課程的重點(diǎn)篇章，主要包括SQL*Plus命令、PL/SQL語(yǔ)言的構(gòu)成、游標(biāo)和異常處理的創(chuàng)建和應(yīng)用、存儲(chǔ)過(guò)程和函數(shù)的應(yīng)用以及通過(guò)觸發(fā)事件執(zhí)行觸發(fā)器進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)完整性約束的管理等。實(shí)踐部分體現(xiàn)在應(yīng)用SQL*Plus常用命令、格式化查詢(xún)結(jié)果命令、PL/SQL基本語(yǔ)句、游標(biāo)和異常處理解決實(shí)際問(wèn)題上。難點(diǎn)在于存儲(chǔ)過(guò)程、觸發(fā)器和游標(biāo)，需要通過(guò)循序漸進(jìn)的方式進(jìn)行實(shí)踐操作。

第四篇安全篇考慮了數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的安全性以及數(shù)據(jù)操作的合法性等。內(nèi)容涵蓋對(duì)用戶(hù)、權(quán)限、角色的管理和控制，其中包括概要文件（PROFILE文件）的配置與維護(hù)，如模擬銀行系統(tǒng)3次密碼錯(cuò)吞卡的功能等。Oracle數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)部分包括數(shù)據(jù)庫(kù)的恢復(fù)、閃回操作的合理應(yīng)用等以及數(shù)據(jù)導(dǎo)出和導(dǎo)入命令。實(shí)踐部分以閃回和數(shù)據(jù)庫(kù)備份技術(shù)為主。

3 實(shí)踐教學(xué)體系改革途徑和方法

大型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為導(dǎo)向，面向社會(huì)就業(yè)需求，以培養(yǎng)具備數(shù)據(jù)分析相關(guān)技能的專(zhuān)業(yè)人才為重點(diǎn)，以校企專(zhuān)兼職教師協(xié)同合作為平臺(tái)，以實(shí)踐項(xiàng)目為載體，充分利用校內(nèi)、校外實(shí)習(xí)基地以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生教、學(xué)、做一體化。對(duì)該課程標(biāo)準(zhǔn)研究的途徑與方法總結(jié)如圖3所示。

3.1 注重師資與教材建設(shè)

學(xué)校注重培養(yǎng)任課教師在大數(shù)據(jù)應(yīng)用方面的專(zhuān)業(yè)技能和大數(shù)據(jù)思維，定期組織教師到企業(yè)觀摩大數(shù)據(jù)的應(yīng)用情況，使教師能夠更準(zhǔn)確地依據(jù)社會(huì)需求制訂實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，學(xué)校也多方引進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)方面的專(zhuān)業(yè)人士進(jìn)行實(shí)踐指導(dǎo)和開(kāi)設(shè)講座，拓展學(xué)生的知識(shí)面和眼界。近年來(lái)，學(xué)校邀請(qǐng)煙臺(tái)杰瑞石油服務(wù)集團(tuán)股份有限公司旗下的杰瑞教育公司為教師和學(xué)生開(kāi)展信息技術(shù)培訓(xùn)，為企業(yè)提供助力，培養(yǎng)了許多優(yōu)秀人才。

圖3 研究途徑及方法

目前選用的教材是孫風(fēng)棟編寫(xiě)的《Oracle 11g數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)教程》，以一個(gè)人力資源管理系統(tǒng)案例開(kāi)發(fā)與管理為主線(xiàn)，深入淺出地介紹Oracle 11g數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與管理的基礎(chǔ)知識(shí)。參考書(shū)目包括明日科技編著的《Oracle從入門(mén)到精通》；王彬、周士貴編著的《Oracle 11g基礎(chǔ)與提高》；谷長(zhǎng)勇的《Oracle 11g權(quán)威指南（第2版）》等。下一步將按照課程要求，結(jié)合我校實(shí)際，面向?qū)W生的就業(yè)需求，編寫(xiě)相應(yīng)教材，深入淺出，為全面深入地研究和從事數(shù)據(jù)庫(kù)管理工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

利用社會(huì)資源，依據(jù)社會(huì)需求，積極開(kāi)展校企合作，由學(xué)校和企業(yè)共同開(kāi)發(fā)和建設(shè)課程內(nèi)容，制訂課程標(biāo)準(zhǔn)。采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、任務(wù)引領(lǐng)的方式體現(xiàn)課程的應(yīng)用性和實(shí)踐性。引入超市進(jìn)銷(xiāo)存管理系統(tǒng)、企業(yè)人事管理系統(tǒng)、汽車(chē)配件管理系統(tǒng)等案例，既具有代表性、又易于理解企業(yè)的真實(shí)運(yùn)作，取得了很好的教學(xué)效果。

學(xué)校邀請(qǐng)專(zhuān)業(yè)人員定期開(kāi)展學(xué)術(shù)講座活動(dòng)。例如數(shù)據(jù)分析方面，從數(shù)據(jù)分析所需要的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)等方面介紹數(shù)據(jù)分析工作，使學(xué)生明確大數(shù)據(jù)應(yīng)用的研究領(lǐng)域和應(yīng)用方向；數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，結(jié)合數(shù)據(jù)管理軟件，可以更加直觀地了解到數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用，擴(kuò)展視野，開(kāi)拓思路，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)處理工作的技能。學(xué)術(shù)講座活動(dòng)不僅可以使學(xué)生對(duì)未來(lái)做出初步規(guī)劃，還可以幫助學(xué)生有目的性地提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，使其在求職時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。

3.3 改進(jìn)教學(xué)模式

為突破學(xué)時(shí)的限制，拓展學(xué)生的知識(shí)面，滿(mǎn)足不同學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的需求，教學(xué)模式采用MOOC教學(xué)模式與課堂教學(xué)模式相結(jié)合的辦法。目的在于讓學(xué)生能夠隨時(shí)隨地、靈活地學(xué)習(xí)實(shí)踐知識(shí)，同時(shí)利用課堂教學(xué)實(shí)現(xiàn)學(xué)生與教師的知識(shí)交流。兩者結(jié)合可以體現(xiàn)以學(xué)生為主體的原則，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，從而充分滿(mǎn)足不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。

3.4 通過(guò)教學(xué)仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)拓寬學(xué)生知識(shí)面

引入大型數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle教學(xué)仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，通過(guò)使用該系統(tǒng)，學(xué)生可以動(dòng)態(tài)體驗(yàn)超市進(jìn)銷(xiāo)存管理系統(tǒng)、企業(yè)人事管理系統(tǒng)、汽車(chē)配件管理系統(tǒng)等案例的功能，使每一步操作能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)地顯示所涉及的任何Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)知識(shí)的源代碼，包括基本的SQL語(yǔ)法，PL/SQL編程基礎(chǔ)，函數(shù)的應(yīng)用、子查詢(xún)、觸發(fā)器，用戶(hù)的管理與權(quán)限分配，數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)以及導(dǎo)入和導(dǎo)出等，生動(dòng)靈活地展現(xiàn)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的具體應(yīng)用，拓寬學(xué)生知識(shí)面，促進(jìn)自主學(xué)習(xí)的進(jìn)一步深化。

4 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)課程體系實(shí)踐教學(xué)改革的意義

所開(kāi)設(shè)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)課程體系及其相應(yīng)的實(shí)踐課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和管理維護(hù)能力起到了重要作用，并為學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其意義主要體現(xiàn)在以下幾方面。

4.1 時(shí)代的要求

大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，其最為寶貴的資源是數(shù)據(jù)[7]。大數(shù)據(jù)是由數(shù)量巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類(lèi)型眾多數(shù)據(jù)構(gòu)成的大型復(fù)雜數(shù)據(jù)集合，該數(shù)據(jù)無(wú)法在一定時(shí)間內(nèi)用常規(guī)的工具軟件（如現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具或數(shù)據(jù)處理應(yīng)用軟件）對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行抓取、管理、存儲(chǔ)、搜索、共享、分析和可視化處理。因此，對(duì)數(shù)據(jù)的處理從結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析轉(zhuǎn)向了非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分析與挖掘。

4.2 行業(yè)的要求

隨著電力、銀行金融、移動(dòng)通信、石油化工等行業(yè)的蓬勃發(fā)展，其對(duì)大數(shù)據(jù)的要求具有容量大、快速性、多樣性和價(jià)值密度低等特點(diǎn)[8]。針對(duì)這一應(yīng)用需求，相關(guān)數(shù)據(jù)分析技能的人才將十分受歡迎。

4.3 高等教育的要求

高等教育階段對(duì)人才培養(yǎng)來(lái)說(shuō)，是進(jìn)入社會(huì)開(kāi)始工作前的一個(gè)關(guān)鍵階段，其專(zhuān)業(yè)決定了就業(yè)方向，學(xué)校有責(zé)任和義務(wù)將學(xué)生培養(yǎng)成具備數(shù)據(jù)分析相關(guān)技能的專(zhuān)業(yè)人才，與之相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)課程體系無(wú)疑是一次非常好的學(xué)習(xí)實(shí)踐機(jī)會(huì)。同時(shí)，對(duì)于部分學(xué)生進(jìn)入研究生階段繼續(xù)學(xué)習(xí)深造，做有關(guān)大數(shù)據(jù)的分析與研究課題也起到了承上啟下的作用。

總之，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)課程體系的實(shí)踐教學(xué)模式需要綜合考慮師資、教材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)等幾方面。目的在于培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新性，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。