高校的“數(shù)據(jù)庫”課程群改革與探索

章鳴嬛 張璇 郭欣 陳瑛

摘 要：數(shù)據(jù)庫類課程群是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的重要必修課，數(shù)據(jù)庫技術(shù)也是數(shù)據(jù)工程流程鏈上的關(guān)鍵技術(shù)之一。以上海杉達(dá)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的相關(guān)專業(yè)為例，探索在大數(shù)據(jù)背景下，應(yīng)用技術(shù)型本科高校數(shù)據(jù)庫類課程群的改革及深化路徑。項(xiàng)目組與業(yè)內(nèi)知名企業(yè)開展深度合作，共同探討并制定了以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為主導(dǎo)的課程群改革方案，對傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫類課程進(jìn)行了深化和更新。所給出的教改方案能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，完善學(xué)生的知識(shí)體系。方案不僅對該校相關(guān)專業(yè)學(xué)生有良好的效果，對同類高校類似專業(yè)的數(shù)據(jù)庫類課程改革也具有積極的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫類課程群; 數(shù)據(jù)工程; 應(yīng)用技術(shù); 教學(xué)改革

中圖分類號： Q334

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract：The database curriculum module consists of compulsory courses for computer majors; database technology is one of the key technologies in data engineering process chain. On the basis of the practice of College of Information Science and Technology， Shanghai Shanda University， this paper explores the background of big data the reform and deepening path of the database curriculum module in applied technology-oriented undergraduate universities. The college has， through in-depth cooperation with well-known enterprises， explored and developed a curriculum module reform plan dominated by database technology to deepen and reform the traditional database curricula. As a result， the reform plan has enhanced students' interest in learning and improved their knowledge system. In the authors view， the reform plan not only has good effectiveness for students of related majors in their university， but also is a significant reference for the reform of database curricula modules for relevant majors of university of its kind.

Key words：Database course cluster; Data engineering; Applied technology; Teaching reform

0 引言

在計(jì)算機(jī)技術(shù)的各類應(yīng)用領(lǐng)域中，幾乎都要以強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫作為其軟件系統(tǒng)的有力支撐，因此數(shù)據(jù)庫類課程在計(jì)算機(jī)類專業(yè)的教學(xué)過程中占有非常重要的地位，是核心專業(yè)課之一[1]。隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，人類社會(huì)正經(jīng)歷著一場由大數(shù)據(jù)引發(fā)的革命，而數(shù)據(jù)庫技術(shù)正是數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。在就業(yè)市場上，熟練掌握數(shù)據(jù)庫技術(shù)的人才也供不應(yīng)求[2]。

上海杉達(dá)學(xué)院（以下簡稱“我?！保┯?016年獲批教育部數(shù)據(jù)中國“百校工程”項(xiàng)目，建成“杉達(dá)-中科曙光”大數(shù)據(jù)學(xué)院（以下簡稱“大數(shù)據(jù)學(xué)院”），并于2017年9月首次招生。我校是上海地區(qū)唯一獲批該項(xiàng)目的應(yīng)用型本科高校，擬以大數(shù)據(jù)學(xué)院為依托，培養(yǎng)數(shù)據(jù)工程方向的專業(yè)人才。

我校信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的計(jì)算機(jī)類專業(yè)（或方向）包括：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（數(shù)據(jù)工程方向）。數(shù)據(jù)工程方向同時(shí)隸屬于大數(shù)據(jù)學(xué)院，以培養(yǎng)數(shù)據(jù)工程流程鏈的前端人才為主要教學(xué)目標(biāo)。相較于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和軟件工程專業(yè)，數(shù)據(jù)工程方向更重視數(shù)據(jù)庫技術(shù)在整個(gè)數(shù)據(jù)工程流程鏈中的貫穿和銜接。因此，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫類課程設(shè)置已不能完全滿足數(shù)據(jù)工程方向的教學(xué)要求。因此，針對該方向的教學(xué)目標(biāo)，課題組依托2016年上海市民辦高校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（“數(shù)據(jù)工程”應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)模式研究）和2017年教育部高教司協(xié)同育人項(xiàng)目（在大數(shù)據(jù)背景下探索“數(shù)據(jù)庫原理及技術(shù)”的課程改革），與業(yè)內(nèi)知名企業(yè)開展了深度合作，以培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型本科人才為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)出一條以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為主導(dǎo)的課程群主線。

1 核心概念界定

1.1 數(shù)據(jù)工程流程鏈

數(shù)據(jù)工程流程鏈可視為面向數(shù)據(jù)的全流程處理的體系工程。簡略描述如圖1所示。

對圖1分析如下：

1） 經(jīng)大量前期調(diào)研及分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外不同高校對于流程鏈環(huán)節(jié)的重點(diǎn)把握各異，故對于“面向數(shù)據(jù)的全流程處理”的名稱也不盡相同。有稱“數(shù)據(jù)工程”[3];有稱“數(shù)據(jù)科學(xué)”[4，5];還有的提法比較籠統(tǒng)，稱之為“大數(shù)據(jù)”[6]。本文結(jié)合我校的實(shí)際情況，采用“數(shù)據(jù)工程”的提法。

2） 從流程鏈的位置及其技術(shù)深度來考慮，可將流程鏈分解為前端和后端。前端包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分布狀態(tài)分析等;后端包括數(shù)據(jù)建模和數(shù)據(jù)挖掘、人工智能及其行業(yè)應(yīng)用等。對我校本科生的培養(yǎng)將主要定位于該流程鏈的前端，同時(shí)兼顧其后端的課程設(shè)置和人才培養(yǎng)。

3） “數(shù)據(jù)可視化”可置于該流程鏈的多處位置，故單列為一旁支。比如，在進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分布狀態(tài)分析以及數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)挖掘之后，均可利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)進(jìn)行效果展示。

4） 流程鏈上各環(huán)節(jié)所需的能力涉及到多學(xué)科交叉，如計(jì)算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)及各應(yīng)用領(lǐng)域。每一學(xué)科都提供了“數(shù)據(jù)工程”人才所需的必要能力[7-9]。

數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要位于該流程鏈的“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及管理”環(huán)節(jié)中（虛線框內(nèi)）。我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)現(xiàn)行本科教學(xué)計(jì)劃中，數(shù)據(jù)庫類課程主要包括數(shù)據(jù)庫原理及技術(shù)（64學(xué)時(shí)）和軟件課程設(shè)計(jì)（32學(xué)時(shí)）。針對數(shù)據(jù)工程專業(yè)方向的教學(xué)要求，課題組基于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)要求，設(shè)計(jì)了一條以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為主導(dǎo)的課程群主線。

1.2 數(shù)據(jù)庫課程群

數(shù)據(jù)庫課程群可理解為以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為核心的，融合其前驅(qū)和后續(xù)課程的，能夠較合理地培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)能力的一套完善的課程體系。欲設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)庫技術(shù)類課程群，先要厘清該類課程的前驅(qū)和后續(xù)課程的關(guān)系。表1針對于數(shù)據(jù)工程方向的教學(xué)要求，列出了其主要的前驅(qū)及后續(xù)課程。

盡管數(shù)據(jù)工程方向的學(xué)生是以學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)工程流程鏈上的技術(shù)為主，但也不可忽視學(xué)生的軟件開發(fā)能力。因此，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫課程群時(shí)也應(yīng)將軟件開發(fā)技術(shù)列入其中，進(jìn)行綜合考慮。

我校對于數(shù)據(jù)工程方向?qū)W生的培養(yǎng)有兩個(gè)主要分支，即數(shù)據(jù)分析類和平臺(tái)運(yùn)維類，且以前者為主。因此在設(shè)置課程時(shí)也須有明顯體現(xiàn)。由于本科生的培養(yǎng)應(yīng)遵循“厚基礎(chǔ)”、

“寬口徑”的思路，不宜區(qū)分得太細(xì)，故以上兩個(gè)分支的區(qū)別將在選修課中加以體現(xiàn)。

2 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫類課程設(shè)置及其不足

2.1 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫類課程設(shè)置

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫類課程主要包括數(shù)據(jù)庫原理及技術(shù)（64學(xué)時(shí)）和軟件課程設(shè)計(jì)（32學(xué)時(shí)）組成。后者一般利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）結(jié)合相應(yīng)的編程語言，是對前者的強(qiáng)化和深入。

數(shù)據(jù)庫原理及技術(shù)課程的主要內(nèi)容如圖2所示。

由圖2可見，數(shù)據(jù)庫原理及技術(shù)課程主要內(nèi)容包含：關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本概念、關(guān)系運(yùn)算、SQL語法、范式與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)等?；久钪饕袛?shù)據(jù)庫對象操作、表和視圖操作，以及基本的增、刪、改、查等命令。學(xué)生的上機(jī)實(shí)踐，一般是基于Windows平臺(tái)下的Server SQL或MySQL環(huán)境來練習(xí)。學(xué)生通過理論授課和上機(jī)實(shí)踐，完成本課程的學(xué)習(xí)。

2.2 存在的不足

不足之處表現(xiàn)為以下三個(gè)方面。

首先，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫課程中，一般只是針對某一章節(jié)來設(shè)計(jì)上機(jī)內(nèi)容，這樣不易讓學(xué)生構(gòu)建起全面、完整的數(shù)據(jù)庫知識(shí)體系，從而導(dǎo)致其數(shù)據(jù)技術(shù)的實(shí)踐能力差，不具備數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)能力，難以滿足行業(yè)對數(shù)據(jù)庫人才的需求。故需設(shè)置專門的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)來提升學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

第二，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)數(shù)據(jù)增長迅猛。數(shù)據(jù)的海量化、多類型化、多維化使得數(shù)據(jù)庫技術(shù)從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫向非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、單機(jī)處理向分布式處理的方向發(fā)展[10]。數(shù)據(jù)形式由傳統(tǒng)的數(shù)值類型變?yōu)閳D像、文本、音頻、視頻等非關(guān)系型數(shù)據(jù)。為適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的需求，數(shù)據(jù)工程專業(yè)方向應(yīng)將非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)（NoSQL）納入教學(xué)計(jì)劃中。

最后，許多優(yōu)秀的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都是免費(fèi)、跨平臺(tái)的[11]。它們不僅可用于Windows平臺(tái)，在Linux平臺(tái)下的性能更為優(yōu)越。因此，有必要讓學(xué)生盡早熟悉Linux操作系統(tǒng)，并學(xué)會(huì)在該平臺(tái)下熟練運(yùn)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

3 數(shù)據(jù)工程類應(yīng)用技術(shù)型本科高校的“數(shù)據(jù)庫”課程群設(shè)計(jì)

3.1 課程群設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析，課題組以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為主導(dǎo)，設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)工程類應(yīng)用技術(shù)型本科高校的“數(shù)據(jù)庫”課程群。如圖3所示。

對圖3做如下的分析。

1） 數(shù)據(jù)庫原理及技術(shù)，由原先的64學(xué)時(shí)縮減為48學(xué)時(shí)。在精簡理論課程的同時(shí)，對上機(jī)學(xué)時(shí)略有削減。上機(jī)環(huán)節(jié)將在后續(xù)課程中得以專門加強(qiáng)。另外，將在本課程中講授非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫NoSQL的基本概念。

2） 增設(shè)Linux操作實(shí)踐。該課程是“操作系統(tǒng)原理”的延伸和擴(kuò)展，也為后續(xù)若干門課程打下基礎(chǔ)。

3） 增設(shè)基于Linux的數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)。該課程是對前述兩門課的綜合和提高，是數(shù)據(jù)庫技術(shù)的主要實(shí)踐環(huán)節(jié)，旨在培養(yǎng)學(xué)生對于數(shù)據(jù)庫的綜合開發(fā)和應(yīng)用能力。可以看到，該課程之后又延伸出兩條支線，分別是偏運(yùn)維方向的Hadoop平臺(tái)技術(shù)和偏數(shù)據(jù)分析方向的數(shù)據(jù)挖掘及人工智能。值得注意的是，這兩條支線所涉及的課程內(nèi)容無法截然分開，平臺(tái)運(yùn)維和數(shù)據(jù)分析的知識(shí)往往是融為一體的。

4） 增設(shè)分布式數(shù)據(jù)庫，課程內(nèi)容包含分布式及非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，是數(shù)據(jù)庫原理及技術(shù)和Hadoop平臺(tái)技術(shù)的重要后續(xù)課程。

5） 如1.2小節(jié)所述，數(shù)據(jù)工程方向的學(xué)生雖以學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)工程流程鏈上的技術(shù)為主，但也不可忽視培養(yǎng)其軟件開發(fā)能力。因此，在程序開發(fā)語言和數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)之后，開設(shè)了軟件課程設(shè)計(jì)。軟件開發(fā)能力對于后續(xù)的人工智能及其行業(yè)應(yīng)用等課程也不可或缺，是這些課程的重要基礎(chǔ)。

可以看出，本課程群不僅涵蓋了數(shù)據(jù)工程流程鏈上的“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)管理”環(huán)節(jié)，還對流程鏈上諸多環(huán)節(jié)（如數(shù)據(jù)建模和數(shù)據(jù)挖掘、人工智能及其行業(yè)應(yīng)用）加以貫穿融合，使得該流程鏈各環(huán)節(jié)不再是孤立的個(gè)體，成為一個(gè)有機(jī)的整體。

3.2 方案實(shí)施

上海杉達(dá)學(xué)院是應(yīng)用技術(shù)型本科高校，信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院于2017年成功申請到上海市屬高校應(yīng)用型本科試點(diǎn)專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目。故我校培養(yǎng)的學(xué)生不但應(yīng)具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更應(yīng)深度契合人才市場的業(yè)務(wù)需求。因此，數(shù)據(jù)庫技術(shù)課程群的設(shè)計(jì)和落實(shí)，不僅調(diào)動(dòng)了課題組內(nèi)專業(yè)教師全力參與，還與甲骨文、中科曙光、華為等業(yè)內(nèi)知名企業(yè)的富有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員通力合作，共同制定課程改革計(jì)劃并加以落實(shí)。

由于該課程群所涉及的課程內(nèi)容相對較新，且具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，因此除了讓專業(yè)教師加強(qiáng)自學(xué)和參加培訓(xùn)以外，在授課模式上也采取“校企1+1”的模式。即，專業(yè)教師和企業(yè)工程師各帶一個(gè)班，工程師授課時(shí)，專業(yè)教師須隨堂跟課[12]。同時(shí)，針對企業(yè)工程師講解理論不夠深入的問題，專業(yè)教師也應(yīng)及時(shí)提出并協(xié)助解決。

3.3 方案驗(yàn)證

1） 針對2016—2018屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科生進(jìn)行小樣本測試

項(xiàng)目組采用隨機(jī)抽樣的方式，在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生中進(jìn)行了小樣本測試。具體形式為：

（1） 隨機(jī)抽取大四畢業(yè)生，以“自主學(xué)習(xí)+教師指導(dǎo)”的方式開展數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題研究。畢業(yè)設(shè)計(jì)選題匯總表，如表2所示。

（2） 在學(xué)生中成立興趣小組，利用寒暑假期間開展數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的應(yīng)用課題研究。

（3） 指導(dǎo)學(xué)生開展數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的“雙創(chuàng)”活動(dòng)。表3為2016—2017年市級“雙創(chuàng)”項(xiàng)目表。

結(jié)果顯示，參加試驗(yàn)的學(xué)生遵循“以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為主導(dǎo)”的課程主線，自主學(xué)習(xí)了其中的部分環(huán)節(jié)，取得了較好的試驗(yàn)效果。他們或是畢業(yè)設(shè)計(jì)成績?yōu)閮?yōu)秀，或是在“雙創(chuàng)”活動(dòng)中表現(xiàn)突出。

2） 針對2017級數(shù)據(jù)工程專業(yè)方向的本科生進(jìn)行單環(huán)節(jié)測試

2017級數(shù)據(jù)工程方向的本科生嚴(yán)格按照上述思路來執(zhí)行教學(xué)計(jì)劃。雖尚未學(xué)完全部課程，但學(xué)生已能厘清數(shù)據(jù)工程流程鏈及數(shù)據(jù)庫課程群的設(shè)置思路，對課程間的關(guān)聯(lián)十分明了，學(xué)習(xí)目標(biāo)也十分清晰。據(jù)2018年10月的一次調(diào)查顯示，2017屆數(shù)據(jù)工程共有學(xué)生56人，近一半學(xué)生將數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘或人工智能作為未來考研的方向。項(xiàng)目組將繼續(xù)追蹤這批學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

4 總結(jié)

論文以上海杉達(dá)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的相關(guān)專業(yè)為例，探索了在大數(shù)據(jù)背景下，應(yīng)用技術(shù)型本科高校應(yīng)如何深化改革數(shù)據(jù)庫類課程的教學(xué)。項(xiàng)目組依托教育部及若干市級項(xiàng)目，與業(yè)內(nèi)知名企業(yè)展開合作，探討并制定了以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為主導(dǎo)的課程群改革方案。小樣本、單環(huán)節(jié)的測試表明，本文所提出的教改方案能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，完善學(xué)生的知識(shí)體系，對同類高校類似專業(yè)的相關(guān)課程改革也具有一定的借鑒意義。

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（收稿日期： 2019.03.04）