大数据时代信息安全专业数据库课程教学探索

卫琳 赵伟 石磊 高宇飞

关键词：混合式教学;大数据;数据库课程;信息安全专业

一、概述

大数据在各行各业都有极其广泛的应用，与各应用领域也有比较高的重叠度，因此，如何培养符合大数据技术发展要求、面向应用、能够提供大数据解决方案的人才，既是现实需求，也是高校教学改革的一个重要使命。

“大数据”概念的诞生、内涵、外延和传统数据库有着密不可分的关系，同时大数据理论与应用关系密切，这就要求我们在数据库原理课程的教学过程中要从实际应用出发，以解决问题为导向。

我国信息安全专业近幾年得到了蓬勃发展，但是，相对于发达国家，我国信息安全专业教学仍处于建设阶段，在大数据时代背景下，信息安全专业对数据库技术的应用和分析能力在逐步提高，要求从多方面获取信息、存储信息和保护信息的安全。信息安全专业尤其是在安全方面对大数据做出了不同角度的理解。在数据库原理的教学中，可以应用一些大数据技术从收集数据、分析数据等多方面的实践来提高学生对数据库技术的应用技能，同时借助这些实践教学，让学生对大数据有较全面的认识，同时让他们知道大数据的信息安全存在着漏洞，以问题人手，让他们在数据库安全方面形成自己的思索和创新，提升应用型人才在信息安全专业的探索能力。鉴于大数据发展过程中的人才需求和创新契机，如何从大数据人才需求战略角度出发，优化信息安全专业课程建设，是信息安全专业教学改革的主要着力点。

本文针对大数据发展需求，面向信息安全专业的数据库课程体系提出了改革设想，提出将大数据新技术和新平台融人数据库课程的教学实践中，培养学生的大数据思维能力和创新能力。郑州大学软件学院信息安全专业聚焦应用型人才培养，针对数据库教学进行了一系列的改革措施。本文就从数据库课程教学改革这一具体的着眼点，阐述信息安全专业在大数据人才培养上的尝试和努力。

二、现状与问题

“数据库原理及应用”是信息安全专业的必修专业课，总学时56，是“云计算与大数据安全”与“网络攻防技术”的前导课。

在“数据库原理及应用”课程的教学过程中，一般高校都采用课堂理论讲授和上机操作相结合的模式。本课程的考核一般采用上机操作与期末考试笔试相结合的方式，基础理论占32个学时，上机操作占24个学时。理论课堂中，老师会边讲理论边上机操作，给学生们进行演示，受时间限制，课堂上能传授的知识并不多，学生真正能掌握和消化的知识和技能就更少了。由于课程所包含的专业知识多而且抽象，需要学生花费大量的精力去体会和理解，如果老师在课堂上不能讲深讲透，学生课下就很难消化。

目前，该课程的理论教学环节存在的主要问题有：（1）课时少，学习内容多，学起来难度大;（2）教学方法单一，在课堂教学中无法有效提高学生的学习兴趣;（3）偏理论轻实践。实践教学环节存在的主要问题有：（1）实验内容呈现离散性，缺乏系统和连续性，没有呈现课程间的实践互动;（2）实验内容过于传统化，缺乏新颖性，对新知识的反应不够充分;（3）以实验室训练为主，缺乏创新实验环境和课外训练的配合，没有发挥网络实验平台的作用。概括起来，有以下原因。

（一）偏理论轻实践

本课程涉及较多的理论知识，但由于是应用类课程，不能仅停留在理论，还有诸多实践内容，例如，数据表的创建，数据库的创建，索引、视图、触发器、存储过程等一系列数据库对象的创建，还包括数据库的备份与恢复、数据库的审计与加密。所有这些内容都需要经过上机操作才能掌握，所以没有大量的上机实践做保证，掌握这些内容就如“纸上谈兵”。而很多高校本课程教学的理论与实践之比是7：3，偏理论轻实践，造成实践课时严重不足，形成高分低能现象。

（二）人才培养方案定位不清

有些高校不能立足专业培养方案，过高的理论要求和专业培养定位相互矛盾。例如，很多数据库教师并不清楚信息安全专业人才培养定位，没有让学生在学习中获得相应能力，或者在课程教学中对学生应用开发能力的培养关注度不够，同时在考核中过度侧重理论知识的考查，忽视了对学生实践能力的评估，对学生的实践技能是一种忽视，偏离了应用型人才培养的轨道。

（三）课程体系不完善

数据库课程的内容主要以教师的课堂教学为主，教师的“教”与学生的“学”缺乏互动。传统的教学模式多数采用教师理论授课加实验教师讲解上机操作技能。学生在实验课上通过模仿进行上机实习，实验课上大部分时间都是教师演示，学生自主发挥的时间很少，违背了以学生为主体的授课思想。学生上机操作的实践内容也基本上是教师上课时举的例子，或者是课本上的案例内容，没有深度广泛地挖掘学生感触更深、功能更丰富的案例，做不到举一反三，更谈不上发挥学生主动性了，实验的难度不大，多是验证性的实验，设计性或创新性实验很少，导致学生不能够很好地将实践和理论知识相结合，最终没有完全掌握相应的技能。

（四）教材选取不科学

“数据库原理及应用”课程包含内容非常广，包含着如数据管理、数据编程、安全管理、备份恢复等方面的技术，是一门实践性较强的技术性课程，这些技术与实际应用关系密切。因此，数据库教材必须从需求分析到逻辑结构设计、从数据定义到物理设计、从数据库实施与维护到安全管理等各个环节形成严谨清晰的体系，不仅各个部分要有机结合，而且也要和实际应用紧密结合。但很多高校所选教材都存在章节内容联系松散，与实际联系较少，没有或较少体现工学结合和任务驱动等问题，用这样的教材授课，教师在讲授过程中有难度，学生学习也具有盲目性。

（五）实验教学与专业应用脱节

很多计算机相关专业都会学“数据库原理及应用”这门课，但侧重点不同，而信息安全专业对数据库原理课程的培养要求有特殊性，如果脱离专业应用，使信息安全专业和其他专业讲授得完全一样，将会导致很多问题的产生和积累，进一步会影响信息安全专业的培养目标。对于“数据库原理及应用”这门课程，信息安全专业应增加数据安全实践能力的培养，但目前安全性实验很少，具备实战性的数据安全实验更是少之又少。学生很难通过实验课对数据库安全的相关技能形成整体认识，缺乏系统性，不足以训练学生安全性技能的掌握。

三、教学体系构建与改革

针对数据库教学中存在的上述问题，本文从四个角度进行探索，如图1所示。

（一）多种形式并存的教学模式

多种教学模式并存，意味着采用多种不同的教学方法和手段，目的只有一个，就是为了提高学生的学习兴趣。郑州大学目前使用的在线教学平台有雨课堂、后山学堂等，实际上这些平台也可以成为线下教学的辅助工具。就拿雨课堂为例，这个平台的功能十分丰富，可以用它来课前预习、课中答疑、课后复习，这就要求教师在授课前提前将教学资料上传到雨课堂的资源库里，比如视频、课件以及测试试卷等。还可以将各个章节的知识点以单选题的形式展现在多媒体课件中，在讲完某个知识点之后，以选择题的形式进行测试，了解学生掌握的程度。学生则可以得心应手地使用这些工具和平台，例如，查看老师发布的任务和课件进行自主学习，遇到不懂的问题，首先选择反复回看教学视频。其次可通过平台中的留言功能给老师留言，还可以通过雨课堂以弹幕的方式或信息的方式向老师提问，如果当场没有解决，还可以将问题记录下来，到课堂上当面请教老师或群里发问。师生之间的互动，在任何教学过程中都是必不可少的，少了这个环节将直接影响到课程的教学质量。

通过将传统的教学手段和现代化的教学平台相融合，有机结合、优势互补，就能够满足不同“口味”学生的兴趣点，将多种教学形式很好地融合在一起。主要目的在于让学生多维度、多角度地掌握知识点和应用技能，而不是单一、片面地理解，这才是真正以学生为本，帮助其对所学知识进行体系化、结构化构建。当然，也不是完全依赖在线平台或数字化教育，是以多种教学形式相融合为手段，来实现对传统教学模式的有益补充，最终提升教学效果和学生的学习积极性。

（二）以问题为导向的实践课程设计

针对实践内容的离散性和单一性，采取以问题为导向的实验内容设计策略，更好地满足大数据人才培养需求。

提出问题一：“给定一个具体应用场景（如借书管理）和需要扮演的一个角色（如借书者），你最想通过数据库帮你解决的问题是什么？”类似这样的问题诱发学生在以下三个层面开展综合思考：

①你需要解决的问题通过什么样的查询可以实现？②如何设计数据库才能更好地满足你的查询需求？③是否存在查询优化的空间，优化后的查询效率可以提高多少？

相对于传统的实验内容，改进后的实验内容能更好地启发学生的综合思考，提高他们的知识应用能力，学生们看到的不再是知识点和实验内容的单一堆砌，而是一个相互关联的现实问题摆在面前，解决了这些实际问题，数据库原理中的问题也迎刃而解，更有利于学生将所学知识在应用中升华。

提出问题二：“数据库规模增大时，或出现大量迸发，所设计方案需要考虑哪些改变或改善”，引发学生开展更深层次的思考。让学生对同一个实验呈现出多个不同的方案，保证了实验内容的丰富性，通过举一反三，得到更好的训练，还可以通过多个解决方案的比较分析，深化对知识的理解和对技能的掌握。

提出问题三：“当前数据库可能存在哪些薄弱环节，容易让敌方攻破，造成数据泄露或丢失，应当采取怎样的防护技术防止非法用户的入侵，在数据库安全方面还可以做哪些完善”，引发学生开展信息安全方面的思考。

（三）多渠道、层次化的实践体系搭建

信息安全专业的“数据库原理及应用”课程实践教学涉及多个不同层面，需要采用多层次实践教学体系和教学管理平台来实现。实践教学平台共由三个渠道构成。

1.第一渠道为实验方式，该渠道分为三个层次

第一层次为验证性实验，主要功能是对数据库基本理论的验证。该层次实验应当与基础理论紧密结合，利用功能性实验对所学理论知识进行验证，以此来增强学生对数据库的感性认识。

第二层次为综合性实验，主要是通过综合型、设计型实验来开拓学生思维，以及提高创新能力，这部分实验往往具有综合性、可扩展性或二次开发等特点，在验证基本理论的基础上，需要分析、整理、设计、构思方能完成。

第三层次为开放型实验。教学环节又分两个方面，一方面是综合型、设计型和应用型开放式大作业，还能够与后续的专业课（比如“云计算与大数据安全”）结合在一起，开展综合系统设计训练;另一方面是与大数据应用相结合，使学生所学知识与当前前沿课题相关联，让他们提前感受与专业相关的最新信息。

2.第二渠道为自主实践方式，主要面向有自主意愿的学生，以课外方式开展，分为两个层次

第一层次为SRT训练实验，采用学生自主申报，教师加以指导的方式，其目的是锻炼学生将所学的基本理论做一些基础性的应用。

第二层次为大学生创新性实验，同样是采用学生申报，教师指导的形式。其目的是挖掘学生的发明创造能力，推广以学生为主体的“渔”式主动实践，杜绝填鸭式引领，培养学生个性化研究能力，造就创新教育的良好氛围。

3.第三渠道是综合设计实践方式，主要面向优秀生，以课外方式开展，分為两个层次

第一层次是课程设计，第二层次是毕业设计，围绕指定的或自选的课题，将所学数据库知识应用于实践，提高学生整体架构和综合思维能力。

同时，建立多渠道多层次的教学互动关系，如图2所示，采用“教师一组长一学生”的三层指导模式来实现教学互动。

三层指导模式的构建是由三类实体形成，第一类实体是老师，第二类实体是成绩较好、动手能力强的学生，把他们设为组长，第三类实体是普通学生，具体实现过程是：第一步，将全班分为多个小组，实践教学前，先由教师指导组长进行教学准备，并完成实践;第二步，组长带领各组同学进行实践。当遇到组长不能解决的问题，先在组内、组间讨论，解决不了的问题，再请教老师。

四、研究与实践融合，促进教学创新

上述关于“数据库原理及应用”课程的改革，让学生在数据库课程学习中很好地践行了学习技术、应用技术、创新思维的理念。同时，为了进一步加强研究创新方面的训练。随着高校科研项目的增多和实验环境的完善，很多学生开始在指导老师的带领下走入研究所和实验室参与科学研究及其基础工作。围绕大数据带来的研究契机，以大数据在异构数据管理、存储与查询优化、分布式处理以及安全防控等方面带来的挑战为主题，让学生基于数据库、大数据技术基础深入探索实践。实践和研究是相辅相成的两个环节，将两者融合，能够更好地补充数据库教学实践体系。

结语

数据库课程作为信息安全专业与大数据人才培养的一个重要衔接点，不管是理论还是实践教学，都是重要环节。本文在综合分析大数据人才需求和数据库课程教学现状的基础上，提出了数据库课程体系改革策略，在本院的实践过程中已经展现了对大数据库人才培养的良好效果。

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