何小衛(wèi)，葉榮華

（浙江師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，浙江 金華 321004）

1 數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)存在的問題

數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)是大學(xué)本科甚至研究生階段計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，扎實(shí)掌握數(shù)據(jù)庫相關(guān)技術(shù)是計(jì)算機(jī)科學(xué)、軟件工程等專業(yè)畢業(yè)生的必備技能?，F(xiàn)行的數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用教材內(nèi)容比較偏重于對(duì)數(shù)據(jù)庫原理的理論性說明[1]，而對(duì)數(shù)據(jù)庫的實(shí)踐環(huán)節(jié)敘述大多數(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更多地學(xué)習(xí)理論知識(shí)本身，卻忽視了這些理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。事實(shí)上，本科的數(shù)據(jù)庫課程是后續(xù)web應(yīng)用開發(fā)、軟件工程等課程的先修課程[2]，是軟件工程方向的基礎(chǔ)課程，特別需要學(xué)生扎實(shí)掌握數(shù)據(jù)庫的實(shí)踐技能[3]。根據(jù)多年來這門課程的教學(xué)經(jīng)歷，我們認(rèn)為課程教學(xué)方法上存在以下一些問題。

（1）實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時(shí)安排偏少，內(nèi)容簡(jiǎn)單。大多數(shù)本科階段使用的數(shù)據(jù)庫教材在內(nèi)容的安排上，比較注重理論知識(shí)的完整性，一般都具有數(shù)據(jù)庫概述、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、SQL語言、事務(wù)、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)、關(guān)系數(shù)據(jù)理論、數(shù)據(jù)概念模型（ER、EER）、關(guān)系數(shù)據(jù)模型、關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法等相關(guān)章節(jié)，其中大部分內(nèi)容偏向理論敘述，實(shí)踐內(nèi)容的安排普遍偏少且簡(jiǎn)單，在要求學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基本操作基礎(chǔ)上，SQL語言的應(yīng)用要求比較低，即使學(xué)生完成了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，離實(shí)際應(yīng)用的要求還是相差甚遠(yuǎn)。

（2）教學(xué)實(shí)施過程中教學(xué)內(nèi)容的選擇完全以選定的教材內(nèi)容作為依據(jù)。在實(shí)施本科階段數(shù)據(jù)庫課程的教學(xué)中，通常會(huì)以選定一本教材作為組織教學(xué)的依據(jù)；而事實(shí)上，很少有教材能夠滿足理論與實(shí)踐合理搭配的需求，特別是不能滿足實(shí)踐上的教學(xué)需求，往往除了基本的SQL實(shí)驗(yàn)以外，很少安排存儲(chǔ)過程、觸發(fā)器、游標(biāo)等內(nèi)容的設(shè)計(jì)；更缺少嵌入高級(jí)語言中的使用、基于web的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、DBMS的高級(jí)應(yīng)用、DBMS高級(jí)主題等實(shí)驗(yàn)的安排。

（3）缺乏把理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)機(jī)制。數(shù)據(jù)庫課程的基本概念很多，實(shí)際上死記硬背這些基本概念是沒有用的，必須在實(shí)踐中讓學(xué)生體會(huì)到這些概念的作用才能徹底理解，需要設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)用以體現(xiàn)基本概念、原理的作用，比如主鍵、外鍵、check約束、View、Null、Unique、索引、ER model、存儲(chǔ)過程、觸發(fā)器、游標(biāo)、事務(wù)、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、主從復(fù)制等，這些基本概念如何在實(shí)驗(yàn)中得以體現(xiàn)，在教學(xué)過程中需要去設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在實(shí)踐過程中就能很好地理解它們。

（4）缺乏有效的、動(dòng)態(tài)的實(shí)驗(yàn)考核方法。當(dāng)前數(shù)據(jù)庫課程的實(shí)驗(yàn)除了內(nèi)容簡(jiǎn)單、離實(shí)用相差大以外，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的考核主要是查看學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。事實(shí)上，學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告基本上是針對(duì)老師安排內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果，而老師安排的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)固定，所以學(xué)生所做實(shí)驗(yàn)的過程與結(jié)果雷同，但是具體做的過程中，不同學(xué)生解決這些問題的速度、能力的考核很難從實(shí)驗(yàn)報(bào)告上精確地體現(xiàn)出來，所以非常需要有一種有效的動(dòng)態(tài)考核方法。

（5）缺少培養(yǎng)學(xué)生不斷深入學(xué)習(xí)的內(nèi)容引導(dǎo)。當(dāng)前本科階段數(shù)據(jù)庫課程的課時(shí)安排通常為每周4課時(shí)或3課時(shí)，而其中實(shí)驗(yàn)課時(shí)通常最多占三分之一，光靠本科階段的這些課時(shí)顯然不能滿足學(xué)生工作前的學(xué)習(xí)課時(shí)要求，而教學(xué)過程中往往僅介紹關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)。隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)的不斷發(fā)展，非關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)如MongoDB、HadoopDB等[4-6]以及BlockChain系統(tǒng)（如以太坊、Hyperledger Fabric），均為當(dāng)前新的數(shù)據(jù)管理技術(shù)框架，需要教師根據(jù)實(shí)際情況制訂數(shù)據(jù)庫課程系列的整體學(xué)習(xí)框架，至少能夠花少量的課時(shí)介紹這些最新的技術(shù)，能滿足學(xué)生學(xué)完本科階段課程以后2～3年后續(xù)學(xué)習(xí)內(nèi)容的推薦，或者研究生階段的課程內(nèi)容學(xué)習(xí)。

2 多層次實(shí)驗(yàn)進(jìn)階的數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)

數(shù)據(jù)管理技術(shù)當(dāng)前處于一個(gè)多種技術(shù)共存的時(shí)期，見圖1，關(guān)系數(shù)據(jù)庫仍然是主導(dǎo)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，Nosql數(shù)據(jù)庫和去中心化的數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展也非常迅猛，所以作為擔(dān)任數(shù)據(jù)庫相關(guān)課程的任課老師，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式上也需要與時(shí)俱進(jìn)，不斷調(diào)整數(shù)據(jù)庫課程的教學(xué)內(nèi)容特別是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生畢業(yè)以后能夠適合社會(huì)在這方面的技能需求。根據(jù)近年來筆者從事本科、研究生階段數(shù)據(jù)庫課程的教學(xué)實(shí)踐，課程分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、遞進(jìn)實(shí)驗(yàn)、高級(jí)主題實(shí)驗(yàn)3個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其中前兩個(gè)模塊為本科階段安排的內(nèi)容，而高級(jí)主題實(shí)驗(yàn)為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的內(nèi)容。通過前兩個(gè)模塊的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，學(xué)生能夠深刻理解數(shù)據(jù)庫課程中的基本概念與原理，從而牢固掌握它們；數(shù)據(jù)庫技術(shù)高級(jí)主題包括SQL語句防注入技術(shù)、查詢優(yōu)化技術(shù)、高性能索引技術(shù)、讀寫分離技術(shù)、分區(qū)分表技術(shù)、主從復(fù)制技術(shù)等，學(xué)生在工作之前掌握這些內(nèi)容，無疑會(huì)給就業(yè)的崗位層次帶來顯著的提升。

圖1 數(shù)據(jù)管理技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

當(dāng)前關(guān)系數(shù)據(jù)庫仍然是主流的，涉及的知識(shí)點(diǎn)有數(shù)據(jù)庫安全性、數(shù)據(jù)庫基本概念（數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫DB、DBMS、DBS、模式結(jié)構(gòu)）、關(guān)系結(jié)構(gòu)（關(guān)系、元組、屬性、超鍵、鍵、數(shù)據(jù)類型）、鍵（候選鍵、主鍵、外鍵）、數(shù)據(jù)完整性約束（實(shí)體完整性、參照完整性、用戶定義完整性，包括數(shù)據(jù)類型定義、null、Check約束、Unique約束等）、基 礎(chǔ) SQL 語 言（Select、 Insert、Update、Delete、Create Table、Alter Table、Drop Table）、數(shù)據(jù)庫安全性管理（用戶管理、授權(quán)管理、角色管理）、數(shù)據(jù)庫特殊機(jī)制（存儲(chǔ)過程、觸發(fā)器、游標(biāo)）、事務(wù)、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)庫恢復(fù)、關(guān)系數(shù)據(jù)理論（函數(shù)依賴、范式理論、關(guān)系分解）、ER設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)等[5]。圖2是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的主要知識(shí)點(diǎn)及相互關(guān)系圖，除了關(guān)系數(shù)據(jù)理論、ER模型設(shè)計(jì)以外，其他概念與內(nèi)容均可以直接安排進(jìn)實(shí)驗(yàn)。比如，對(duì)于關(guān)系結(jié)構(gòu)（關(guān)系、元組、屬性、超鍵、鍵、數(shù)據(jù)類型）、鍵（候選鍵、主鍵、外鍵）、數(shù)據(jù)完整性約束（實(shí)體完整性、參照完整性、用戶定義完整性（包括數(shù)據(jù)類型定義、null、Check約束、Unique約束等）這部分內(nèi)容可以通過設(shè)計(jì)2～3個(gè)帶各種約束的Table創(chuàng)建來覆蓋所有涉及的知識(shí)點(diǎn)，并設(shè)計(jì)其他的操作來驗(yàn)證約束的有效性；對(duì)于SQL語言的查詢語句需要設(shè)計(jì)各個(gè)類型的問題，涉及select語句的各種條件的使用和group by、order by子句的使用； 對(duì)于事務(wù)、并發(fā)控制等內(nèi)容可以設(shè)計(jì)模擬多用戶情形，結(jié)合封鎖機(jī)制來實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制的效果；而對(duì)于數(shù)據(jù)庫安全性，可以設(shè)計(jì)一具體的應(yīng)用場(chǎng)景，讓學(xué)生根據(jù)不同用戶使用某一數(shù)據(jù)庫的場(chǎng)景，要求學(xué)生使用用戶管理、授權(quán)、角色等相關(guān)操作設(shè)計(jì)安全性的解決方案。綜上所述，設(shè)計(jì)若干基礎(chǔ)性和綜合性實(shí)驗(yàn)來覆蓋關(guān)系數(shù)據(jù)庫中所涉及的重要概念，通過完成這些實(shí)驗(yàn)，不但讓學(xué)生能夠熟練掌握實(shí)驗(yàn)技能，而且使學(xué)生對(duì)于重要概念有深刻的理解，與去背誦這些概念所達(dá)到的學(xué)習(xí)效果是完全不同的；對(duì)于實(shí)驗(yàn)考核，考慮安排新的題庫隨機(jī)考核學(xué)生的掌握情況。

2.2 遞進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

完成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)之后，在基于高級(jí)語言的純代碼數(shù)據(jù)庫訪問、基于Web的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，需要設(shè)計(jì)相關(guān)的綜合性實(shí)驗(yàn)?？紤]到本科階段后續(xù)會(huì)開設(shè)Web應(yīng)用相關(guān)的課程，必然會(huì)學(xué)習(xí)如何在Web頁面訪問關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，所以這部分內(nèi)容在課時(shí)緊張的情況下可以讓學(xué)生在Web應(yīng)用課程的時(shí)候再去學(xué)習(xí)，當(dāng)然可以鼓勵(lì)學(xué)生課后去嘗試如何在Web應(yīng)用中使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，要求學(xué)生根據(jù)某個(gè)具體應(yīng)用場(chǎng)景，完成基于某個(gè)角色的一組功能，比如在成績(jī)管理系統(tǒng)中的教師成績(jī)錄入、修改、查詢統(tǒng)計(jì)頁面功能，包括動(dòng)態(tài)頁面設(shè)計(jì)、JS代碼、數(shù)據(jù)庫訪問等，但不限于用什么開發(fā)平臺(tái)、語言和使用的框架。

基于高級(jí)語言的純代碼（比如Java）的綜合實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生能夠完成基于高級(jí)語言的純代碼方式連接、訪問關(guān)系數(shù)據(jù)庫，如果完全由學(xué)生去完成所有的代碼可能有一定的困難，所以在設(shè)計(jì)這個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)的時(shí)候可以嘗試給出簡(jiǎn)單的代碼框架和簡(jiǎn)單demo，可以使學(xué)生根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需求快速模仿數(shù)據(jù)庫訪問的相關(guān)代碼。

2.3 高級(jí)主題實(shí)驗(yàn)

在本科階段能夠完成以上兩個(gè)部分實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該會(huì)得到不錯(cuò)的教學(xué)效果，但是僅僅如此對(duì)于即將走向社會(huì)從事計(jì)算機(jī)軟件研發(fā)相關(guān)工作的學(xué)生來說還是不夠的，還缺乏對(duì)數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域一些高級(jí)主題的應(yīng)用，比如SQL語句防注入技術(shù)、查詢優(yōu)化技術(shù)、讀寫分離技術(shù)、分區(qū)分表技術(shù)、主從復(fù)制技術(shù)等，而這些內(nèi)容對(duì)于未來從事數(shù)據(jù)庫管理員和研發(fā)的學(xué)生尤為重要，事實(shí)上也成為市場(chǎng)上數(shù)據(jù)庫方面高端人才層次中最重要的要求，能夠熟練掌握這些數(shù)據(jù)庫高級(jí)技術(shù)的人才也成為市場(chǎng)上的香餑餑，薪資水平會(huì)在普通數(shù)據(jù)庫人才的基礎(chǔ)上有一個(gè)非常明顯的提升，甚至幾倍的水平。

雖然在本科階段的數(shù)據(jù)庫課程中一般不會(huì)要求學(xué)生進(jìn)行這些高級(jí)主題的技能訓(xùn)練，但由于這部分內(nèi)容在高層次數(shù)據(jù)庫人才角色中的重要性，所以對(duì)于本科階段的優(yōu)秀學(xué)生或者研究生階段的學(xué)生需要引導(dǎo)他們?nèi)ナ煜み@些高級(jí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，針對(duì)不同的主題設(shè)計(jì)合適的綜合性實(shí)驗(yàn)或者課程設(shè)計(jì)，通過這些實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，學(xué)生能夠深刻理解這些主題相關(guān)技術(shù)的目的、措施、效果，把這部分優(yōu)秀的學(xué)生訓(xùn)練為具有高級(jí)數(shù)據(jù)庫技能的潛在專家。

3 數(shù)據(jù)管理技術(shù)最新發(fā)展

雖然當(dāng)前最流行的數(shù)據(jù)管理技術(shù)還是關(guān)系數(shù)據(jù)庫，但是Oracle、Sql server、Mysql這些商用產(chǎn)品無一例外都是中心化的數(shù)據(jù)管理模式，數(shù)據(jù)類型比較傳統(tǒng)，比如數(shù)值、字符串、日期時(shí)間等；隨著互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下數(shù)據(jù)類型的多樣性和數(shù)據(jù)分析任務(wù)的需要增長(zhǎng)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵特性包括完善的事務(wù)機(jī)制和高效的查詢機(jī)制這兩個(gè)引以為傲的關(guān)鍵特性，到了Web2.0時(shí)代卻成了雞肋，因?yàn)閃eb2.0網(wǎng)站系統(tǒng)通常不要求嚴(yán)格的數(shù)據(jù)庫事務(wù)、不要求嚴(yán)格的讀寫實(shí)時(shí)性、不包含大量復(fù)雜的SQL查詢，可以考慮選用NoSQL數(shù)據(jù)庫，比如Redis、HadoopDB、MongoDB等。關(guān)系數(shù)據(jù)庫和NoSQL數(shù)據(jù)庫各有優(yōu)缺點(diǎn)，彼此無法完全取代。電信、銀行等領(lǐng)域的關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)，需要保證強(qiáng)事務(wù)一致性，仍然需要使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫；而互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、傳統(tǒng)企業(yè)的非關(guān)鍵業(yè)務(wù)（比如數(shù)據(jù)分析）可以使用NoSQL數(shù)據(jù)庫。最新的NoSQL數(shù)據(jù)庫，也是大數(shù)據(jù)方向的工具，引導(dǎo)學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)或者開設(shè)相關(guān)的課程，對(duì)于學(xué)生以后走向工作崗位也是非常有好處的。去中心化的數(shù)據(jù)管理技術(shù)（如區(qū)塊鏈技術(shù)）也是近兩年發(fā)展非常迅速的方向，涌現(xiàn)出了以太坊、Hyperleder Fabric等著名系統(tǒng)，值得我們及時(shí)關(guān)注和研究，有可能的話也可用其設(shè)計(jì)入門級(jí)的實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié) 語

目前主流的關(guān)系數(shù)據(jù)庫分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、遞進(jìn)實(shí)驗(yàn)、高級(jí)數(shù)據(jù)庫主題實(shí)驗(yàn)，其中本科階段學(xué)生必須完成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)并至少選做遞進(jìn)實(shí)驗(yàn)中的一部分；還可以設(shè)計(jì)相關(guān)的高級(jí)主題實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)或者在研究生階段的學(xué)習(xí)，包括在NoSQL數(shù)據(jù)庫上和區(qū)塊鏈上的實(shí)驗(yàn)安排。