孟凡榮，閆秋艷，袁 冠，徐 慧

一、前言

數(shù)據(jù)庫技術(shù)代表數(shù)據(jù)管理技術(shù)的最高發(fā)展水平，從20個世紀(jì)60年代開始，先后經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：一是初期的層次、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫在個別領(lǐng)域的應(yīng)用；二是關(guān)系數(shù)據(jù)庫對市場的壟斷，三是各種類型數(shù)據(jù)庫形式的百花齊放。數(shù)據(jù)庫技術(shù)一路。伴隨21世紀(jì)初數(shù)據(jù)獲取方式的歷史性變革，大數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展帶來了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[1-2]。同時，根據(jù)人才培養(yǎng)和專業(yè)發(fā)展的需要，中國礦業(yè)大學(xué)計算機(jī)學(xué)院于2017年展開計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證工作，并依據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案進(jìn)行了全面的改革，對課程建設(shè)目標(biāo)和教材建設(shè)內(nèi)容都提出了新的要求[3-4]。在上述背景下，如何從適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的具體問題出發(fā)，發(fā)現(xiàn)大數(shù)據(jù)時代數(shù)據(jù)庫課程存在的共性問題；同時從人才培養(yǎng)及專業(yè)發(fā)展的角度，滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證工作需求，撰寫具有推廣價值的數(shù)據(jù)庫教材，是新形式下教材建設(shè)亟待解決的重要問題。

面對技術(shù)的進(jìn)步和教育需求的變化，課程改革勢在必行。作為課程改革的必備要素，教材建設(shè)和教材改革歷來是課程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)和內(nèi)容。目前，市場上出現(xiàn)了一些體現(xiàn)大數(shù)據(jù)時代特色的數(shù)據(jù)庫教材。其中，比較有代表性的包括：（1）高等教育出版社的《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論》（第五版）。作者薩師煊和王珊教授都是中國數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的杰出學(xué)者，這是一部最早將數(shù)據(jù)庫理論引入國內(nèi)的經(jīng)典教材[5]，第一版于1983年出版，至今已修訂至第五版。該書從第五版開始，引入了大數(shù)據(jù)管理技術(shù)，給出了大數(shù)據(jù)技術(shù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)之間的相互關(guān)系。（2）《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概念》（第6版）。這是經(jīng)典的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)教科書《Database System Concepts》的中文版，它豐富了“分布式數(shù)據(jù)庫”、“并行數(shù)據(jù)庫”等大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)形式。另一方面，針對專業(yè)認(rèn)證要求，體現(xiàn)“面向教育產(chǎn)出的教育模式”（Outcomes-based Education，OBE）的數(shù)據(jù)庫教材還未多見。通過對市場上的數(shù)據(jù)庫相關(guān)教材進(jìn)行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，目前數(shù)據(jù)庫技術(shù)相關(guān)的教材建設(shè)存在下面一些問題：

1.缺乏以“數(shù)據(jù)管理”為主線，循序漸進(jìn)介紹大數(shù)據(jù)庫相關(guān)技術(shù)的本科教材

不同于職業(yè)教育，本科教育強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論向新領(lǐng)域的拓展能力，單純從學(xué)習(xí)理論、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或?qū)W習(xí)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序開發(fā)的角度進(jìn)行介紹，都無法全面理解數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)。而要理解大數(shù)據(jù)管理技術(shù)，必須從大數(shù)據(jù)技術(shù)的基礎(chǔ)理論出發(fā)，沿著數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)，再結(jié)合當(dāng)前的新形勢和新問題，才能達(dá)到“知其然，也知其所以然”的目的。因此，單一的學(xué)習(xí)框架和線索，都無法滿足學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)管理技術(shù)的需要。

2.缺乏與工程教育專業(yè)認(rèn)證理念緊密結(jié)合的數(shù)據(jù)庫本科教材

工程教育專業(yè)認(rèn)證是中國工程教育面臨的重大改革，對高校專業(yè)建設(shè)、培養(yǎng)具有國際等效認(rèn)證的工程技術(shù)人才，以及促進(jìn)相關(guān)專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。在各大院校積極開展工程認(rèn)證的過程中，缺少體現(xiàn)工程教育理念的教材成為困擾廣大教師的一個重要難題?！皵?shù)據(jù)庫原理”課程具有典型的理論與實踐相結(jié)合的屬性，承擔(dān)了專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中“工程知識、問題分析、設(shè)計/開發(fā)解決方案、研究”四個方面的畢業(yè)要求，具有重要的示范作用。既能梳理數(shù)據(jù)庫技術(shù)相關(guān)的知識點，又能建立知識點與畢業(yè)達(dá)成目標(biāo)之間的關(guān)系，并充分利用教材內(nèi)容體現(xiàn)“面向教育產(chǎn)出”的教育理念，是教材建設(shè)過程中需要思考的關(guān)鍵問題。

“數(shù)據(jù)庫原理”課程，自中國礦業(yè)大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院建院以來一直是學(xué)院的專業(yè)核心課程，課程團(tuán)隊同時為全院和學(xué)校的相關(guān)專業(yè)提供該課程的教學(xué)工作。“數(shù)據(jù)庫原理”又是中國礦業(yè)大學(xué)的校級精品課程，課程團(tuán)隊圍繞教學(xué)改革和專業(yè)發(fā)展實際，在教材建設(shè)方面做了大量卓有成效的工作，先后出版了《關(guān)系數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用》（中國礦業(yè)大學(xué)出版社1993年出版）、《數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用》（中國礦業(yè)大學(xué)出版社2004年出版）、《數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用》（清華大學(xué)出版社2010年出版）等系列教材。2018年，學(xué)院獲準(zhǔn)成立了數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)，并且對學(xué)院兩個傳統(tǒng)專業(yè)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和信息安全兩個專業(yè)開展了工程教育專業(yè)認(rèn)證。作為學(xué)院唯一的校級精品課程，“數(shù)據(jù)庫原理”教學(xué)團(tuán)隊圍繞“傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理向大數(shù)據(jù)管理的過渡與升級、工程專業(yè)認(rèn)證教材建設(shè)”兩大主題，開展了新一輪的教材規(guī)劃和編寫。新教材《數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用（MySQL版）》從編寫內(nèi)容、架構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)安排等方面體現(xiàn)了較好的創(chuàng)新思路，于2018年立項江蘇省重點規(guī)劃教材，2019年2月正式出版，2019年6月獲得省重點規(guī)劃教材的正式審定。本文對教材建設(shè)中的一些經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，希望起到拋磚引玉的作用。

二、教材改革的主要舉措

教材是課程教學(xué)內(nèi)容的載體，教材建設(shè)包含課程內(nèi)容、展現(xiàn)手段、教學(xué)隊伍、資金保障等方面，新教材在上述這些方面都針對性地給出了一些改革的舉措。首先，新編教材（《數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用（MySQL版）》）的編寫工作，圍繞以“數(shù)據(jù)管理”為中心的課程內(nèi)容體系和以“面向教育產(chǎn)出”為理念的實驗平臺及案例設(shè)計兩個核心內(nèi)容，對教材進(jìn)行了改革。

1.以“數(shù)據(jù)管理”為中心構(gòu)建課程體系

“數(shù)據(jù)管理”是指對數(shù)據(jù)的分類、組織編碼、存儲、查詢和維護(hù)等活動，是數(shù)據(jù)處理的中心環(huán)節(jié)。從早期的人工管理、到文件管理、再到數(shù)據(jù)庫管理、直至今天的大數(shù)據(jù)管理，都體現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的組織編碼、存儲、查詢和維護(hù)等功能，大數(shù)據(jù)技術(shù)并非是一蹴而就的，它是數(shù)據(jù)管理技術(shù)，在硬件發(fā)展和市場需求共同推動下，歷經(jīng)半個多世紀(jì)的演變，逐漸形成了今天的技術(shù)形態(tài)。在這個發(fā)展歷程當(dāng)中，關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)是體現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的最高發(fā)展水平，因此，以“關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論”為重點，理解數(shù)據(jù)管理技術(shù)的理論和方法，對大數(shù)據(jù)技術(shù)的學(xué)習(xí)能夠起到承上啟下、追本溯源的效果。

基于上述思考，新教材在體現(xiàn)大數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展方面，對教材內(nèi)容做了如下調(diào)整：

（1）保留經(jīng)典數(shù)據(jù)庫理論。老版教材在內(nèi)容架構(gòu)上包含五個部分：基礎(chǔ)篇，介紹數(shù)據(jù)庫基本概念、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、SQL語句、關(guān)系規(guī)范化理論；設(shè)計篇，介紹數(shù)據(jù)庫設(shè)計原理及方法；系統(tǒng)篇，介紹數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)庫保護(hù)功能；應(yīng)用篇，介紹數(shù)據(jù)庫設(shè)計實例及具體的DBMS平臺；新技術(shù)篇，介紹先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫類型及數(shù)據(jù)處理技術(shù)。在本次教材建設(shè)過程中，我們保留了基礎(chǔ)篇、設(shè)計篇和系統(tǒng)篇三部分經(jīng)典內(nèi)容，主要針對應(yīng)用篇和新技術(shù)篇進(jìn)行了調(diào)整。

（2）增加大數(shù)據(jù)技術(shù)概述知識。傳統(tǒng)面向結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)制約了海量數(shù)據(jù)的快速訪問能力，缺乏海量數(shù)據(jù)訪問的靈活性和高效性，同時對互聯(lián)網(wǎng)上的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理能力薄弱。在數(shù)據(jù)庫新技術(shù)篇中，增加了“大數(shù)據(jù)技術(shù)概述”，重點對大數(shù)據(jù)的概念、特點、傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫面臨的挑戰(zhàn)以及新型大數(shù)據(jù)庫類型（NoSQL數(shù)據(jù)庫）四個方面的內(nèi)容進(jìn)行介紹。其中，通過介紹大數(shù)據(jù)具有的“5V”特點：Volume（容量）、Velocity（速度）、Variety（多樣性）、Value（價值）和Veracity（真實性），可以使讀者認(rèn)識到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作及數(shù)據(jù)約束條件都會隨之發(fā)生改變。通過這些內(nèi)容的介紹，會使讀者站在經(jīng)典數(shù)據(jù)庫理論的基石上，看清大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生的原因；同時在關(guān)系數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，再看NoSQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)，就會產(chǎn)生很多遷移知識，理解也會更為透徹。

2.以“面向教育產(chǎn)出”為理念的實驗平臺及設(shè)計案例建設(shè)

在計算機(jī)科學(xué)于技術(shù)專業(yè)開展工程教育專業(yè)認(rèn)證的推動下，從教材建設(shè)的角度明確課程內(nèi)容與畢業(yè)要求的支撐關(guān)系，并通過實驗平臺和設(shè)計案例，強(qiáng)化學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，體現(xiàn)“面向教育產(chǎn)出”的工程教育理念。教材建設(shè)的具體內(nèi)容體現(xiàn)在以下方面：

（1）建立“數(shù)據(jù)庫原理”教學(xué)內(nèi)容對畢業(yè)要求的支撐指標(biāo)點，并在此基礎(chǔ)上重新組織和整理教材相應(yīng)的章節(jié)知識點，細(xì)化和梳理知識點與指標(biāo)點之間的對應(yīng)關(guān)系，具體內(nèi)容見表1和表2。

（2）MySQL實驗平臺的介紹。在之前的教材中，我們選擇大部分教材采用的SQLServer數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為實驗平臺進(jìn)行介紹。隨著開源數(shù)據(jù)庫技術(shù)的不斷發(fā)展和壯大，越來越多的企業(yè)更愿意選擇開源數(shù)據(jù)庫開發(fā)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用業(yè)務(wù)。通過畢業(yè)生反饋的信息顯示，MySQL在開源數(shù)據(jù)庫中所占市場份額與年遞增，它的體積小、系統(tǒng)功能完善，同時具有支持分布式數(shù)據(jù)存儲的功能，對大數(shù)據(jù)存儲具有良好的擴(kuò)展性，受到越來越多企業(yè)追捧。因此，在新版教材中，我們選擇了MySQL這個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行介紹，并且詳細(xì)介紹了軟件的安裝及配置過程；同時，將第三章SQL的標(biāo)準(zhǔn)語法遷移至MySQL平臺，讓讀者能夠在這個環(huán)境下正確執(zhí)行數(shù)據(jù)庫定義及查詢操作。上述兩方面能夠為學(xué)生自主實驗的順利開展提供良好的平臺支撐。

（3）數(shù)據(jù)庫設(shè)計案例的建設(shè)。在數(shù)據(jù)庫原理課程中，針對“解決復(fù)雜工程問題”能力的培養(yǎng)，重點體現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)環(huán)節(jié)。但是，大部分讀者都缺乏親自參與數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)驗，因此很難體會和理解數(shù)據(jù)庫設(shè)計部分所介紹的原理及方法，從而產(chǎn)生“理論無法聯(lián)系實際”的困惑。如何能夠通過教材，給讀者搭建一個虛擬的工程問題空間，這是新版教材需要解決的又一核心問題。在之前的教材中，也給出過數(shù)據(jù)庫設(shè)計案例，但是多以學(xué)生自擬的課程設(shè)計或者畢業(yè)設(shè)計題目為主，缺乏實際問題的復(fù)雜性，因此在新教材中，特意選擇了三個來自教學(xué)團(tuán)隊教師主持的實際工程項目：“樓盤銷售系統(tǒng)”、“數(shù)據(jù)庫精品課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)”以及“煤礦采掘銜接計劃管理系統(tǒng)”。

實際數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，涉及軟件工程的諸多環(huán)節(jié)和內(nèi)容，為了體現(xiàn)教材的主題和對畢業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的支撐，選擇以應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計為主要線索，按照數(shù)據(jù)庫開發(fā)流程，以“需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計”為重點，支撐“問題分析、設(shè)計/開發(fā)解決方案、研究”等三個方面的畢業(yè)指標(biāo)點。其中，需求分析部分側(cè)重“數(shù)據(jù)流圖”和“數(shù)據(jù)字典”等設(shè)計工具的理解和使用，概念結(jié)構(gòu)設(shè)計部分側(cè)重“E_R圖”的概念結(jié)構(gòu)建模，邏輯結(jié)構(gòu)部分側(cè)重“關(guān)系數(shù)據(jù)模型的設(shè)計、模式優(yōu)化和評價”，實現(xiàn)了對上述畢業(yè)指標(biāo)點的良好支撐作用。

通過以“數(shù)據(jù)管理”為中心的內(nèi)容體系和以“面向教育產(chǎn)出”為理念的實驗平臺及設(shè)計案例兩個方面的教材建設(shè)，新教材較好地滿足了技術(shù)發(fā)展和人才培養(yǎng)兩方面的需求，這是本次教材改革最突出的兩項內(nèi)容。除此之外，為了適應(yīng)教材建設(shè)帶來的新變化，教學(xué)團(tuán)隊也從人員儲備和資金投入兩個方面，保障教材建設(shè)的順利開展。

3.團(tuán)隊建設(shè)

為了保證教材內(nèi)容的先進(jìn)性，緊跟數(shù)據(jù)管理前沿技術(shù)的發(fā)展，“數(shù)據(jù)庫原理”教學(xué)團(tuán)隊一直以來都非常重視團(tuán)隊的師資儲備。在保證團(tuán)隊每位成員都具有博士學(xué)位的基礎(chǔ)上，特別注重學(xué)緣結(jié)構(gòu)的多樣性及合理性。目前團(tuán)隊中共有教師8人，包括教授2人、副教授5人，講師1人。博士畢業(yè)學(xué)校包括：中國礦業(yè)大學(xué)、北京大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)；博士專業(yè)包括：計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、信號與信息處理、電力電子與電力傳動、通信與信息系統(tǒng)等。團(tuán)隊成員不同的專業(yè)領(lǐng)域和研究方向，為教材內(nèi)容引入了豐富多樣的應(yīng)用問題空間，他們將自己主持的項目或課題進(jìn)行總結(jié)和歸納，作為教材中的設(shè)計案例，成為本次教材改革的又一特色。同時，將科研工作與教學(xué)工作緊密結(jié)合，可以很好地促進(jìn)教材建設(shè)。作者團(tuán)隊先后在面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫、并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)倉庫與聯(lián)機(jī)分析處理技術(shù)、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫等方面的科研工作取得了一些成績，這些內(nèi)容均作為“新技術(shù)篇”內(nèi)容體現(xiàn)在新教材中。

4.資金保障

在教材編寫過程中，教材改革思路的確立、編寫經(jīng)驗的分享以及改革效果的反饋等，這些內(nèi)容需要通過教師參加會議和以專業(yè)論文的形式進(jìn)行總結(jié)和討論，從而保證教材改革在科學(xué)、正確的方向上不斷前進(jìn)。上述活動的順利開展需要充足的資金保障。本次新教材編寫的資金主要有兩個來源：一方面，作為計算機(jī)學(xué)院的傳統(tǒng)專業(yè)基礎(chǔ)課程，“數(shù)據(jù)庫原理”的課程建設(shè)工作始終得到學(xué)院學(xué)科建設(shè)的大力支持。計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是省級品牌專業(yè)（培育）、江蘇省卓越工程師（軟件類）教育培養(yǎng)計劃試點專業(yè)，教材編寫過程中學(xué)科建設(shè)經(jīng)費(fèi)資助團(tuán)隊教師參加相關(guān)會議，向兄弟院校學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)交流教材建設(shè)經(jīng)驗，并把我們自身的經(jīng)驗與同行分享，通過交流不斷發(fā)現(xiàn)問題、不斷進(jìn)步。另一方面，教改項目的資助經(jīng)費(fèi)保障了教材建設(shè)的順利開展?！皵?shù)據(jù)庫原理”課程的教學(xué)團(tuán)隊成員經(jīng)過不斷努力探索，立項了一批教改項目，如：數(shù)據(jù)庫原理校精品資源共享課建設(shè)（GX13015）、“數(shù)據(jù)庫原理”微課資源協(xié)同共建創(chuàng)新機(jī)制的研究與實踐（2015YB24）、“新工科”背景下計算機(jī)專業(yè)學(xué)位研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目標(biāo)體系與培育機(jī)制研究（JGLX19_115）等。教改項目的資助經(jīng)費(fèi)也保障了教材建設(shè)過程中教師能夠及時總結(jié)和發(fā)表教學(xué)成果。

三、教材改革的應(yīng)用效果

新編教材《數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用（MySQL版）》于2019年2月印刷完成，并于2019年6月被審定為“江蘇省十三五重點規(guī)劃教材”。新版教材在我院2017級本科“數(shù)據(jù)庫原理”授課過程中開始使用，學(xué)生普遍反映新教材內(nèi)容豐富、詳略得當(dāng)，既包含了數(shù)據(jù)庫的經(jīng)典理論和方法，又體現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域發(fā)展的新技術(shù)和新趨勢；MySQL平臺的介紹，能夠幫助學(xué)生快速了解這個平臺的操作方法，在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫實驗時節(jié)省了查閱工具書的時間，提高了學(xué)習(xí)效率。同時，使用該教材的其他院校任課教師反映，新版教材體現(xiàn)了工程認(rèn)證的思想，書中章節(jié)對應(yīng)的知識點非常明確地體現(xiàn)了對畢業(yè)達(dá)成指標(biāo)的支撐作用，對于貫徹工程認(rèn)證思想開展該課程的教學(xué)具有重要作用。

四、總結(jié)

本文總結(jié)了新編教材《數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用（MySQL版）》的編寫經(jīng)驗，圍繞以“數(shù)據(jù)管理”為中心的課程內(nèi)容體系和以“面向教育產(chǎn)出”為理念的實驗平臺及案例設(shè)計兩個核心內(nèi)容，詳細(xì)介紹了課程內(nèi)容、展現(xiàn)手段、教學(xué)隊伍、資金保障等方面的教材改革舉措，最后說明了教材改革的效果。