《数据库技术及应用》课程教学大纲

《数据库技术及应用》课程教学大纲1/8《数据库技术及应用》课程教学大纲课程名称数据库技术及应用课程类别专业必修课课时64先修课程高级语言程序设计，数据结构一、课程简介本课程是计算机类专业必修的专业课程。关系数据库是当今数据库技术的主流，本课程以关系数据库为核心，全面概述了数据库系统的基本概念、基本原理和基本技术。内容覆盖了数据管理技术的进展和特点、数据库系统的组成、数据库的三级模式结构、数据模型的组成和分类、关系模型、SQL语言（含数据库完整性的实现）、索引和视图、数据库安全性、事务的并发控制和恢复、规范化设计理论、ER模型和数据库设计等。面对21世纪互联网应用所产生的海量数据和巨大点击量，关系型数据库技术显得有些力不从心，这助推了更注重大数据存储和高并发交互响应的NoSQL数据库技术的诞生。本课程概要介绍NoSQL数据库技术的概念与特点、存储模式、基本操作和应用场景。数据库技术是信息处理技术中的核心和关键技术，也是一切信息系统的基础。本课程采用基本理论与实际应用相结合的原则，在注重理论性、系统性和科学性的同时，结合目前最流行的数据库管理系统（SQLServer2014和MongoDB）对照讲述数据库的基本技术与应用。通过Python数据处理技术的学习，训练运用数据库技术解决实际应用问题的知识、素质和能力，为后继课程的学习和今后的工作奠定重要基础。二、课程目标1、掌握数据库技术的基本概念、原理、方法和技术；2、掌握SQL语言查询和编程的基本技术，具备SQL语言编程能力；3、掌握一个典型的RDBMS（如SQLServer）数据库安全性管理、事务并发控制以及数据库备份和恢复的基本技能；4、掌握关系数据库规范化设计理论和ER模型基本方法，具备独立思考设计数据库的能力；5、初步掌握使用Python语言连接SQLServer数据库的方法，培养学生应用数据库技术解决实际问题的思维方法与基本能力；6、初步掌握自主学习方法，能够阅读并理解数据库相关文献，不断拓展知识面，更新知识结构，从而了解数据库技术的最新发展。三、学时安排章目教学内容理论实验第1章概述3_第2章关系数据库6_第3章结构化查询语言SQL82第4章索引与视图42第5章数据库安全技术32第6章函数、游标、存储过程和触发器6课外第7章事务管理84第8章关系数据库设计理论6_第9章数据库设计4_第10章Python数据库应用系统开发技术3课外第11章NoSQL数据库技术3课外四、教学内容、重点难点第1章概述【讲授内容】1.1数据库技术的产生与发展1.2数据库系统的组成1.3数据库的体系结构【重点难点】数据与信息、数据处理与数据管理、数据库技术的特点、DBMS的主要功能、DBA的职责、数据库三级模式结构、程序与数据两级独立性。第2章关系数据库【讲授内容】2.1数据模型2.2概念模型概述2.3逻辑数据模型概述2.4关系模型2.5关系代数【重点难点】数据模型的3个要求、3个层次、3个要素，E-R模型及作用，逻辑数据模型的分类和特点，关系的形式化定义，关系的6个性质，关系模式，3种完整性约束，关系操作的特点和分类，关系代数（特别是除法运算、外连接运算、聚集运算、关系代数在查询中的应用）。第3章结构化查询语言SQL【讲授内容】3.1SQL语言概述3.2数据定义3.3完整性约束的实现3.4数据查询3.5数据更新【重点难点】SQLServer中数据库的结构和数据类型、数据库和表的创建修改删除、三种完整性约束的实现（包括添加、删除）、Like模糊查询、分组查询的输出、Where与Having的区别、连接的必要性、自连接、外连接、相关子查询、Some子查询、Exists子查询、From子查询。第4章索引与视图【讲授内容】4.1索引4.2视图【重点难点】索引的作用和种类、创建索引的基本原则、创建各种索引的方法、掌握观察索引在SQLServer中的作用的方法、视图的查询、WithGrantOption的作用、对视图更新的限制、视图作用、物化视图和索引视图。第5章数据库安全技术【讲授内容】5.1安全性控制技术概述5.2用户管理和角色管理5.3权限管理5.4SQLServer的安全机制【重点难点】数据库安全性控制的常用方法和技术、用SQL语言进行用户管理、角色管理、权限管理、SQLServer安全性机制（身份验证模式、登录名与用户、固定角色和拒绝权限）。第6章函数、游标、存储过程和触发器【讲授内容】6.1脚本、批和注释符6.2常量、变量和运算符6.3流程控制语句6.4函数6.5游标6.6存储过程6.7触发器【重点难点】SQLServer中常量的表示以及变量的定义和使用、流程控制语句的使用、各种类型函数的定义及调用、游标的定义及使用步骤、存储过程的创建及调用（特别注意出口参数）、使用存储过程实现封装业务逻辑、触发器的作用与分类、inserted表和deleted表、触发器的创建和管理、使用触发器实现强制业务规则、熟悉常用的系统函数和系统存储过程。第7章事务管理【讲授内容】7.1事务7.2并发控制7.3数据库恢复技术【重点难点】事务的概念、状态、ACID性质、并发控制必要性、封锁的种类、如何通过三级封锁协议解决数据不一致性、死锁活锁、什么是可串行性和两段锁协议、两者之间的关系、多粒度封锁的必要性及实现技术、事务的隔离级别、SQLServer中的并发控制机制（含锁模式、锁粒度、锁定提示）、各种数据备份方法及优缺点、日志文件的作用和登记原则、故障种类和对DB造成的影响以及恢复策略、UNDO和REDO的必要性、检查点技术、SQLServer中的备份类型、恢复模式、尾日志备份和恢复计划、SQLServer中的BACKUP和RESTORE语句的使用方法。第8章关系数据库设计理论【讲授内容】8.1关系模式规范化设计的必要性8.2函数依赖与码8.3关系模式的规范化8.4关系模式的分解【重点难点】规范化的必要性，函数依赖及分类，求属性集闭包和候选码的方法，1NF、2NF、3NF、BCNF的定义及相互关系，规范化的目的、基本思想、方法，一事一地原则，无损连接性和保持函数依赖的概念和意义、模式分解的算法。第9章数据库设计【讲授内容】9.1数据库设计概述9.2基于E-R图的概念结构设计9.3逻辑结构设计9.4E-R模型设计问题9.5物理结构设计【重点难点】需求分析、概念结构设计的方法与步骤、局部E-R图的设计、局部E-R图合并为全局E-R图时冲突的消除方法、E-R图向关系模型的转换、模式的规范化设计及优化。第10章Python数据库应用系统开发技术【讲授内容】10.1Python语言及开发环境10.2Python第三方库及其安装10.3Python数据库访问模块pymssql10.4Python图形用户界面编程【重点难点】Python语言特点、开发环境的搭建、第三方库的安装和导入、Python访问数据库的主要步骤、connect函数、Connection对象、Cursor对象、布局管理、PyQt5中的事件驱动机制、PyQt5中的常用控件。第11章NoSQL数据库技术【讲授内容】11.1NoSQL产生的根源和必要性11.2NoSQL数据库技术概述11.3NoSQL数据库的存储模式11.4MongoDB实践环境的创建11.5MongoDB基本操作实践11.6两种数据库技术的选择【重点难点】关系数据库的特点以及大数据下存在的问题、NoSQL数据库的特点、BASE特性以及存储模式、MongoDB数据库的管理、文档的插入修改删除和查询、索引管理、聚合实现分组统计。五、修读要求学生每次课前应进行预习；课堂上积极思考、踊跃发言、做必要的笔记；课后认真独立做作业，有一定的时间复习，同学之间应进行学习交流。仅靠课内上机是远远不够的，课外应加强上机操作，提高实际操作能力。所有上机任务都应认真完成，另外还应自觉学习阅读材料。讲授的数据库知识都应正确理解，凡有疑问或上机问题都应通过课外答疑及时解决。六、学习评价方案1．过程评价方案学习贵在平时：①正常出勤是学习的基本保证，凡无故迟到旷课的都会记录在案；②除了完成教材中的选择题和填空题（可以自己对照答案检查理解）外，至少有8次以上的书面作业，每次作业都会记录其完成情况；③上机实验对于掌握数据库的概念、原理和技术很重要，至少有5次以上的课内上机实验（由于课时原因，其余实验内容在课外完成），凡不能完成实验要求的，或者上机时玩游戏、浏览无关网页的都会记录在案。2．期中考试第8~9周随堂闭卷笔试。3．期末考试闭卷笔试。4．最终考评成绩结构学生课程学习的最终成绩以百分制计算，由过程学习成绩和期末考试成绩构成。成绩结构为：平时30%（其中书面作业10%、课堂表现（含上机）10%、期中考试10%），期末考试70%。七、实验要求课内实验1数据库和表的创建与管理（含完整性的实现）、简单查询（2学时）要求：掌握T-SQL语言中数据库和表的创建、修改和删除方法；掌握通过使用PRIMARYKEY和FOREIGNKEY来实现实体完整性和参照完整性；掌握通过使用NOTNULL、UNIQUE、CHECK和DEFAULT等来实现用户定义完整性；掌握单表查询和分组查询的各种方法。课内实验2复杂查询、视图的定义与使用（2学时）要求：掌握使用不同的连接类型连接表；掌握使用嵌套子查询和相关子查询；掌握视图的创建，以及通过视图查看数据的方法；正确理解通过视图更新数据的限制和WithGrantOption的作用；掌握SQLServer中的系统表和系统视图的使用。课内实验3数据库安全技术（2学时）要求：掌握创建用户和角色的方法；掌握给用户和角色分配与撤销权限的方法；掌握使用视图和角色来简化权限管理。课内实验4并发控制（2学时）要求：掌握定义事务和观察活动事务数目的方法；掌握用sp_lock和SSMS查看锁信息的方法；掌握设置隔离级别、锁定提示、等待锁释放最大时间的方法。课内实验5数据库恢复技术（2学时）要求：掌握各种备份和恢复的方法。课外实验1索引与查询优化要求：掌握创建各种类型索引（唯一特征、复合特征、簇索引、辅助索引）的方法，并通过执行SETSTATISTICSIO和SETSHOWPLAN_ALL语句确定索引是否用于检索数据；初步了解执行计划和查询优化。课外实验2存储过程与触发器要求：掌握T-SQL语言的基本语法；掌握使用游标的方法和步骤；掌握各种函数和存储过程的定义和调用（特别注意各种类型参数的使用）；掌握各种类型触发器的创建；掌握使用存储过程与触发器来实现业务规则。课外实验3Python与