《數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應用》課程教學大綱

《數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應用》課程教學大綱1/8《數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應用》課程教學大綱課程名稱數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應用課程類別專業(yè)必修課課時64先修課程高級語言程序設計，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、課程簡介本課程是計算機類專業(yè)必修的專業(yè)課程。關(guān)系數(shù)據(jù)庫是當今數(shù)據(jù)庫技術(shù)的主流，本課程以關(guān)系數(shù)據(jù)庫為核心，全面概述了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念、基本原理和基本技術(shù)。內(nèi)容覆蓋了數(shù)據(jù)管理技術(shù)的進展和特點、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成、數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型的組成和分類、關(guān)系模型、SQL語言（含數(shù)據(jù)庫完整性的實現(xiàn)）、索引和視圖、數(shù)據(jù)庫安全性、事務的并發(fā)控制和恢復、規(guī)范化設計理論、ER模型和數(shù)據(jù)庫設計等。面對21世紀互聯(lián)網(wǎng)應用所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)和巨大點擊量，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)顯得有些力不從心，這助推了更注重大數(shù)據(jù)存儲和高并發(fā)交互響應的NoSQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)的誕生。本課程概要介紹NoSQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)的概念與特點、存儲模式、基本操作和應用場景。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是信息處理技術(shù)中的核心和關(guān)鍵技術(shù)，也是一切信息系統(tǒng)的基礎。本課程采用基本理論與實際應用相結(jié)合的原則，在注重理論性、系統(tǒng)性和科學性的同時，結(jié)合目前最流行的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（SQLServer2014和MongoDB）對照講述數(shù)據(jù)庫的基本技術(shù)與應用。通過Python數(shù)據(jù)處理技術(shù)的學習，訓練運用數(shù)據(jù)庫技術(shù)解決實際應用問題的知識、素質(zhì)和能力，為后繼課程的學習和今后的工作奠定重要基礎。二、課程目標1、掌握數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基本概念、原理、方法和技術(shù)；2、掌握SQL語言查詢和編程的基本技術(shù)，具備SQL語言編程能力；3、掌握一個典型的RDBMS（如SQLServer）數(shù)據(jù)庫安全性管理、事務并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)庫備份和恢復的基本技能；4、掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化設計理論和ER模型基本方法，具備獨立思考設計數(shù)據(jù)庫的能力；5、初步掌握使用Python語言連接SQLServer數(shù)據(jù)庫的方法，培養(yǎng)學生應用數(shù)據(jù)庫技術(shù)解決實際問題的思維方法與基本能力；6、初步掌握自主學習方法，能夠閱讀并理解數(shù)據(jù)庫相關(guān)文獻，不斷拓展知識面，更新知識結(jié)構(gòu)，從而了解數(shù)據(jù)庫技術(shù)的最新發(fā)展。三、學時安排章目教學內(nèi)容理論實驗第1章概述3_第2章關(guān)系數(shù)據(jù)庫6_第3章結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL82第4章索引與視圖42第5章數(shù)據(jù)庫安全技術(shù)32第6章函數(shù)、游標、存儲過程和觸發(fā)器6課外第7章事務管理84第8章關(guān)系數(shù)據(jù)庫設計理論6_第9章數(shù)據(jù)庫設計4_第10章Python數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)3課外第11章NoSQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)3課外四、教學內(nèi)容、重點難點第1章概述【講授內(nèi)容】1.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1.3數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)【重點難點】數(shù)據(jù)與信息、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的特點、DBMS的主要功能、DBA的職責、數(shù)據(jù)庫三級模式結(jié)構(gòu)、程序與數(shù)據(jù)兩級獨立性。第2章關(guān)系數(shù)據(jù)庫【講授內(nèi)容】2.1數(shù)據(jù)模型2.2概念模型概述2.3邏輯數(shù)據(jù)模型概述2.4關(guān)系模型2.5關(guān)系代數(shù)【重點難點】數(shù)據(jù)模型的3個要求、3個層次、3個要素，E-R模型及作用，邏輯數(shù)據(jù)模型的分類和特點，關(guān)系的形式化定義，關(guān)系的6個性質(zhì)，關(guān)系模式，3種完整性約束，關(guān)系操作的特點和分類，關(guān)系代數(shù)（特別是除法運算、外連接運算、聚集運算、關(guān)系代數(shù)在查詢中的應用）。第3章結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL【講授內(nèi)容】3.1SQL語言概述3.2數(shù)據(jù)定義3.3完整性約束的實現(xiàn)3.4數(shù)據(jù)查詢3.5數(shù)據(jù)更新【重點難點】SQLServer中數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)庫和表的創(chuàng)建修改刪除、三種完整性約束的實現(xiàn)（包括添加、刪除）、Like模糊查詢、分組查詢的輸出、Where與Having的區(qū)別、連接的必要性、自連接、外連接、相關(guān)子查詢、Some子查詢、Exists子查詢、From子查詢。第4章索引與視圖【講授內(nèi)容】4.1索引4.2視圖【重點難點】索引的作用和種類、創(chuàng)建索引的基本原則、創(chuàng)建各種索引的方法、掌握觀察索引在SQLServer中的作用的方法、視圖的查詢、WithGrantOption的作用、對視圖更新的限制、視圖作用、物化視圖和索引視圖。第5章數(shù)據(jù)庫安全技術(shù)【講授內(nèi)容】5.1安全性控制技術(shù)概述5.2用戶管理和角色管理5.3權(quán)限管理5.4SQLServer的安全機制【重點難點】數(shù)據(jù)庫安全性控制的常用方法和技術(shù)、用SQL語言進行用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、SQLServer安全性機制（身份驗證模式、登錄名與用戶、固定角色和拒絕權(quán)限）。第6章函數(shù)、游標、存儲過程和觸發(fā)器【講授內(nèi)容】6.1腳本、批和注釋符6.2常量、變量和運算符6.3流程控制語句6.4函數(shù)6.5游標6.6存儲過程6.7觸發(fā)器【重點難點】SQLServer中常量的表示以及變量的定義和使用、流程控制語句的使用、各種類型函數(shù)的定義及調(diào)用、游標的定義及使用步驟、存儲過程的創(chuàng)建及調(diào)用（特別注意出口參數(shù)）、使用存儲過程實現(xiàn)封裝業(yè)務邏輯、觸發(fā)器的作用與分類、inserted表和deleted表、觸發(fā)器的創(chuàng)建和管理、使用觸發(fā)器實現(xiàn)強制業(yè)務規(guī)則、熟悉常用的系統(tǒng)函數(shù)和系統(tǒng)存儲過程。第7章事務管理【講授內(nèi)容】7.1事務7.2并發(fā)控制7.3數(shù)據(jù)庫恢復技術(shù)【重點難點】事務的概念、狀態(tài)、ACID性質(zhì)、并發(fā)控制必要性、封鎖的種類、如何通過三級封鎖協(xié)議解決數(shù)據(jù)不一致性、死鎖活鎖、什么是可串行性和兩段鎖協(xié)議、兩者之間的關(guān)系、多粒度封鎖的必要性及實現(xiàn)技術(shù)、事務的隔離級別、SQLServer中的并發(fā)控制機制（含鎖模式、鎖粒度、鎖定提示）、各種數(shù)據(jù)備份方法及優(yōu)缺點、日志文件的作用和登記原則、故障種類和對DB造成的影響以及恢復策略、UNDO和REDO的必要性、檢查點技術(shù)、SQLServer中的備份類型、恢復模式、尾日志備份和恢復計劃、SQLServer中的BACKUP和RESTORE語句的使用方法。第8章關(guān)系數(shù)據(jù)庫設計理論【講授內(nèi)容】8.1關(guān)系模式規(guī)范化設計的必要性8.2函數(shù)依賴與碼8.3關(guān)系模式的規(guī)范化8.4關(guān)系模式的分解【重點難點】規(guī)范化的必要性，函數(shù)依賴及分類，求屬性集閉包和候選碼的方法，1NF、2NF、3NF、BCNF的定義及相互關(guān)系，規(guī)范化的目的、基本思想、方法，一事一地原則，無損連接性和保持函數(shù)依賴的概念和意義、模式分解的算法。第9章數(shù)據(jù)庫設計【講授內(nèi)容】9.1數(shù)據(jù)庫設計概述9.2基于E-R圖的概念結(jié)構(gòu)設計9.3邏輯結(jié)構(gòu)設計9.4E-R模型設計問題9.5物理結(jié)構(gòu)設計【重點難點】需求分析、概念結(jié)構(gòu)設計的方法與步驟、局部E-R圖的設計、局部E-R圖合并為全局E-R圖時沖突的消除方法、E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換、模式的規(guī)范化設計及優(yōu)化。第10章Python數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)【講授內(nèi)容】10.1Python語言及開發(fā)環(huán)境10.2Python第三方庫及其安裝10.3Python數(shù)據(jù)庫訪問模塊pymssql10.4Python圖形用戶界面編程【重點難點】Python語言特點、開發(fā)環(huán)境的搭建、第三方庫的安裝和導入、Python訪問數(shù)據(jù)庫的主要步驟、connect函數(shù)、Connection對象、Cursor對象、布局管理、PyQt5中的事件驅(qū)動機制、PyQt5中的常用控件。第11章NoSQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)【講授內(nèi)容】11.1NoSQL產(chǎn)生的根源和必要性11.2NoSQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述11.3NoSQL數(shù)據(jù)庫的存儲模式11.4MongoDB實踐環(huán)境的創(chuàng)建11.5MongoDB基本操作實踐11.6兩種數(shù)據(jù)庫技術(shù)的選擇【重點難點】關(guān)系數(shù)據(jù)庫的特點以及大數(shù)據(jù)下存在的問題、NoSQL數(shù)據(jù)庫的特點、BASE特性以及存儲模式、MongoDB數(shù)據(jù)庫的管理、文檔的插入修改刪除和查詢、索引管理、聚合實現(xiàn)分組統(tǒng)計。五、修讀要求學生每次課前應進行預習；課堂上積極思考、踴躍發(fā)言、做必要的筆記；課后認真獨立做作業(yè)，有一定的時間復習，同學之間應進行學習交流。僅靠課內(nèi)上機是遠遠不夠的，課外應加強上機操作，提高實際操作能力。所有上機任務都應認真完成，另外還應自覺學習閱讀材料。講授的數(shù)據(jù)庫知識都應正確理解，凡有疑問或上機問題都應通過課外答疑及時解決。六、學習評價方案1．過程評價方案學習貴在平時：①正常出勤是學習的基本保證，凡無故遲到曠課的都會記錄在案；②除了完成教材中的選擇題和填空題（可以自己對照答案檢查理解）外，至少有8次以上的書面作業(yè)，每次作業(yè)都會記錄其完成情況；③上機實驗對于掌握數(shù)據(jù)庫的概念、原理和技術(shù)很重要，至少有5次以上的課內(nèi)上機實驗（由于課時原因，其余實驗內(nèi)容在課外完成），凡不能完成實驗要求的，或者上機時玩游戲、瀏覽無關(guān)網(wǎng)頁的都會記錄在案。2．期中考試第8~9周隨堂閉卷筆試。3．期末考試閉卷筆試。4．最終考評成績結(jié)構(gòu)學生課程學習的最終成績以百分制計算，由過程學習成績和期末考試成績構(gòu)成。成績結(jié)構(gòu)為：平時30%（其中書面作業(yè)10%、課堂表現(xiàn)（含上機）10%、期中考試10%），期末考試70%。七、實驗要求課內(nèi)實驗1數(shù)據(jù)庫和表的創(chuàng)建與管理（含完整性的實現(xiàn)）、簡單查詢（2學時）要求：掌握T-SQL語言中數(shù)據(jù)庫和表的創(chuàng)建、修改和刪除方法；掌握通過使用PRIMARYKEY和FOREIGNKEY來實現(xiàn)實體完整性和參照完整性；掌握通過使用NOTNULL、UNIQUE、CHECK和DEFAULT等來實現(xiàn)用戶定義完整性；掌握單表查詢和分組查詢的各種方法。課內(nèi)實驗2復雜查詢、視圖的定義與使用（2學時）要求：掌握使用不同的連接類型連接表；掌握使用嵌套子查詢和相關(guān)子查詢；掌握視圖的創(chuàng)建，以及通過視圖查看數(shù)據(jù)的方法；正確理解通過視圖更新數(shù)據(jù)的限制和WithGrantOption的作用；掌握SQLServer中的系統(tǒng)表和系統(tǒng)視圖的使用。課內(nèi)實驗3數(shù)據(jù)庫安全技術(shù)（2學時）要求：掌握創(chuàng)建用戶和角色的方法；掌握給用戶和角色分配與撤銷權(quán)限的方法；掌握使用視圖和角色來簡化權(quán)限管理。課內(nèi)實驗4并發(fā)控制（2學時）要求：掌握定義事務和觀察活動事務數(shù)目的方法；掌握用sp_lock和SSMS查看鎖信息的方法；掌握設置隔離級別、鎖定提示、等待鎖釋放最大時間的方法。課內(nèi)實驗5數(shù)據(jù)庫恢復技術(shù)（2學時）要求：掌握各種備份和恢復的方法。課外實驗1索引與查詢優(yōu)化要求：掌握創(chuàng)建各種類型索引（唯一特征、復合特征、簇索引、輔助索引）的方法，并通過執(zhí)行SETSTATISTICSIO和SETSHOWPLAN_ALL語句確定索引是否用于檢索數(shù)據(jù)；初步了解執(zhí)行計劃和查詢優(yōu)化。課外實驗2存儲過程與觸發(fā)器要求：掌握T-SQL語言的基本語法；掌握使用游標的方法和步驟；掌握各種函數(shù)和存儲過程的定義和調(diào)用（特別注意各種類型參數(shù)的使用）；掌握各種類型觸發(fā)器的創(chuàng)建；掌握使用存儲過程與觸發(fā)器來實現(xiàn)業(yè)務規(guī)則。課外實驗3Python與