面向openGauss數(shù)據(jù)庫的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)探索

摘要：在華為“智能基座”的大背景下，本文針對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程中使用openGauss數(shù)據(jù)庫面臨的技術(shù)文檔不足、學(xué)生接受度低及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基礎(chǔ)等問題，提出并實(shí)踐了構(gòu)建面向初學(xué)者的openGauss問題集、開展主流數(shù)據(jù)庫與openGauss對(duì)比教學(xué)以及逐步增加高級(jí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的三方面課程改革方案。三年實(shí)踐表明，該方案有效提升了學(xué)生對(duì)openGauss的接受度和使用能力，為國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫生態(tài)建設(shè)貢獻(xiàn)了教育力量。

關(guān)鍵詞：智能基座；openGauss數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)教學(xué)；問題集構(gòu)建；對(duì)比教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2025）14-0152-04

0引言

當(dāng)前數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程普遍采用SQLServer、MySQL、Oracle等國(guó)外數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，這不利于國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也存國(guó)外數(shù)據(jù)庫帶來的協(xié)議安全上的問題。openGauss是一款由華為推出的企業(yè)級(jí)開源關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)造了全國(guó)產(chǎn)的開源環(huán)境，極大程度上消除了安全方面的隱憂。自2020年6月正式開源以來，已規(guī)模應(yīng)用于金融、政府、電信、能源、制造、公路水運(yùn)、郵政、教育等關(guān)鍵行業(yè)核心場(chǎng)景，已有超過660家企業(yè)加入openGauss社區(qū)。為從教育層面順應(yīng)基礎(chǔ)軟件國(guó)產(chǎn)化的趨勢(shì)，教育部聯(lián)合華為于2020年底聯(lián)合發(fā)起“智能基座”產(chǎn)教融合協(xié)同育人基地，旨在深化信息技術(shù)領(lǐng)域人才培養(yǎng)模式改革和協(xié)同創(chuàng)新、著力構(gòu)建以信息技術(shù)領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)為基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)和人才生態(tài)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程于2021年成為了廣東工業(yè)大學(xué)智能基座的課程，在同年秋季的教學(xué)中，數(shù)據(jù)庫課程組首次將華為openGauss數(shù)據(jù)庫融入理論教學(xué)并在部分班級(jí)采用openGauss搭建數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫基本操作的訓(xùn)練。在這個(gè)訓(xùn)練過程中向?qū)W生傳授國(guó)產(chǎn)的，自主研發(fā)的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，為我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展構(gòu)筑高性能、安全可靠、自主可控的核心基礎(chǔ)設(shè)施的愛國(guó)思想。

1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)課程是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)的核心技術(shù)之一。關(guān)于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)的教學(xué)研究非常豐富，有基于多方位、遞進(jìn)式的數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)研究[1]；有基于CDIO教育理念的數(shù)據(jù)庫課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[2]；有基于多層次實(shí)驗(yàn)進(jìn)階的數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)[3]；有面向?qū)嵺`創(chuàng)新能力培養(yǎng)的數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[4]；有理論與實(shí)踐同堂融合的教學(xué)實(shí)踐[5]。智能基座項(xiàng)目啟動(dòng)后，國(guó)內(nèi)各大高校也積極地將國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫融入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的教學(xué)中[6-9]。這些研究成果和經(jīng)驗(yàn)為筆者及所在的課程組進(jìn)行基于常規(guī)內(nèi)容的數(shù)據(jù)庫教學(xué)探索以及openGauss的融入教學(xué)提供了多種策略、工具和案例，但應(yīng)對(duì)具體的教學(xué)實(shí)施過程中遇到的問題卻略顯不足。

第一，技術(shù)文檔的不足。2020年6月30日open?Gauss發(fā)布第一個(gè)版本，作為年輕的開源產(chǎn)品，官方的技術(shù)文檔較為簡(jiǎn)單。盡管存在開源社區(qū)，論壇和公眾號(hào)為開發(fā)者提供學(xué)習(xí)交流的平臺(tái)，但對(duì)于初學(xué)者，特別是數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)理論的初學(xué)者并不友好。另外，面向初學(xué)者的系統(tǒng)化的openGauss的教材欠缺，一旦在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)問題，解決起來相對(duì)困難。

第二，學(xué)生的接受程度不高。一部分學(xué)生通過參與工作室的項(xiàng)目或是實(shí)習(xí)，提前接觸了主流的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，這些數(shù)據(jù)庫在產(chǎn)品的成熟度，以及技術(shù)文檔，論壇，教材相對(duì)豐富，因此出現(xiàn)一部分學(xué)生在使用open?Gauss中遇到困難無法解決后，轉(zhuǎn)為使用主流產(chǎn)品進(jìn)行替代。

第三，數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練內(nèi)容過于基礎(chǔ)。因?yàn)槭状螌penGauss作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選取的是基本的數(shù)據(jù)庫操作訓(xùn)練，缺少高級(jí)特性的訓(xùn)練，如事務(wù)，封鎖級(jí)別等。

在這種背景下，如何糅合華為智能基座項(xiàng)目的特點(diǎn)和特色，彌補(bǔ)技術(shù)文檔的缺陷，提高學(xué)生對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的使用興趣，重新構(gòu)建實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加速在新工科大背景下信息技術(shù)領(lǐng)域人才的培養(yǎng)，成為目前亟待解決的問題。本文希望在華為“智能基座”大背景下，對(duì)數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行探索，推廣openGauss數(shù)據(jù)庫，從教育層面打造國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫生態(tài)圈，繼而打造國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟件生態(tài)圈。

2華為智能基座背景下數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)內(nèi)容

2.1建立面向初學(xué)者的問題集以及研究問題集的可持續(xù)性維護(hù)

鑒于openGauss官方文檔和技術(shù)論壇面向的是企業(yè)中的開發(fā)人員，對(duì)初學(xué)者不夠友好，本研究構(gòu)建了面向初學(xué)者的openGauss問題集，并探索可持續(xù)維護(hù)機(jī)制。問題集與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)不同，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)側(cè)重步驟的敘述以及需要訓(xùn)練的知識(shí)點(diǎn)，描述正常的操作流程，并期望展示正常流程下的正確實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但缺乏對(duì)各類異常情況的描述。問題集將涵蓋各種異常情況及其解決方案。此外，考慮到學(xué)生機(jī)器平臺(tái)帶來的個(gè)性化異常，以及版本更新引發(fā)的新異常，本研究利用共享文檔平臺(tái)來保證文檔的查詢便利性和可持續(xù)性維護(hù)。

2.2建立主流數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品與openGauss的對(duì)比教學(xué)

為了提升學(xué)生對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的學(xué)習(xí)興趣和應(yīng)用能力，本研究設(shè)計(jì)了主流數(shù)據(jù)庫與openGauss的對(duì)比教學(xué)方案，通過對(duì)比某些知識(shí)點(diǎn)具體的實(shí)施方式來體會(huì)產(chǎn)品的異同和優(yōu)劣，有助于將使用習(xí)慣遷移到openGauss上，建立對(duì)比學(xué)習(xí)的技巧，培養(yǎng)在實(shí)際工作中對(duì)各種應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行技術(shù)選型的能力，以適應(yīng)今后工作中由于新需求帶來的技術(shù)更新需求。

2.3在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中逐步增加數(shù)據(jù)庫高級(jí)內(nèi)容的訓(xùn)練

本研究逐步將數(shù)據(jù)庫高級(jí)特性（如事務(wù)、并發(fā)處理、性能優(yōu)化、權(quán)限管理）納入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并根據(jù)學(xué)生能力差異設(shè)計(jì)分級(jí)實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)更深入的理解。

數(shù)據(jù)庫的建表，增刪改查，完整性控制是數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)內(nèi)容，數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的編程包括觸發(fā)器，存儲(chǔ)過程和函數(shù)是進(jìn)階內(nèi)容。經(jīng)過多年的積累，基礎(chǔ)內(nèi)容的設(shè)計(jì)已經(jīng)比較完善，但因?yàn)樯婕皵?shù)據(jù)庫的內(nèi)部編程，特定數(shù)據(jù)庫有特定的語法結(jié)構(gòu)，進(jìn)階內(nèi)容的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單；對(duì)于高級(jí)內(nèi)容，如數(shù)據(jù)庫的事務(wù)，并發(fā)處理以及性能優(yōu)化，權(quán)限管理方面的訓(xùn)練有所欠缺，而高級(jí)內(nèi)容最能體現(xiàn)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的差異。因此有必要將高級(jí)內(nèi)容引入實(shí)驗(yàn)，在充分考慮學(xué)生能力差異上設(shè)計(jì)分級(jí)式的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓不同能力的學(xué)生都可以得到充分的訓(xùn)練。

高級(jí)特性的訓(xùn)練需要學(xué)生對(duì)理論知識(shí)理解透徹，構(gòu)建合適的訓(xùn)練內(nèi)容是一個(gè)關(guān)鍵。比如數(shù)據(jù)庫安全中權(quán)限的管理，首先需要充分理解基礎(chǔ)概念用戶、角色、架構(gòu)、表空間、數(shù)據(jù)庫、表之間的關(guān)系，才能在相互關(guān)系上進(jìn)行授權(quán)；其次，要確定一個(gè)訓(xùn)練場(chǎng)景，如需要權(quán)限控制的場(chǎng)景，通過場(chǎng)景的簡(jiǎn)化或復(fù)雜化來確定訓(xùn)練的難度；最后，在選定的場(chǎng)景下，進(jìn)行需求分析和方案實(shí)施。

3華為智能基座背景下數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施情況

3.1問題集的建設(shè)

問題集的建設(shè)包括兩個(gè)方面，問題集的構(gòu)建方式和問題集內(nèi)容的組織。

第一，問題集的構(gòu)建方式。考慮到版本更新，學(xué)生平臺(tái)的多樣性以及問題的個(gè)性化與瑣碎化，問題集必須易于搭建、查詢以及可持續(xù)性的共享維護(hù)。傳統(tǒng)的技術(shù)文檔和問題集的建設(shè)多采用網(wǎng)站的方式，不易于快速搭建，部署和可持續(xù)性維護(hù)。目前共享文檔是一個(gè)比較好的選擇，依托共享文檔豐富的模板和強(qiáng)大的共享協(xié)作，組織學(xué)生將遇到的問題和解決方法編寫入文檔。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)由于共享協(xié)作性太強(qiáng)，學(xué)生行為不容易控制。最后采用共享Excel表格為問題的收集工具，OneNote作為文檔的整理工具。具體實(shí)施如圖1所示，其中鎖定周期和整理周期可根據(jù)實(shí)際情況按日、周、月設(shè)置。實(shí)施方案中通過鎖定Excel的可編輯區(qū)域避免了學(xué)生對(duì)已存在內(nèi)容的誤操作，同時(shí)也不影響新內(nèi)容的增加；按主題和類別整理鎖定內(nèi)容到OneNote，可消除共享文檔的雜亂和無序。同時(shí)One?Note也提供了便利的筆記共享和發(fā)布功能。

第二，問題集內(nèi)容的組織。與之前預(yù)計(jì)的情況不同，初學(xué)者的問題主要集中在環(huán)境的配置，包括基于虛擬機(jī)的安裝，基于docker的安裝，數(shù)據(jù)庫客戶端的連接以及純命令行環(huán)境的使用。相比之下，數(shù)據(jù)庫基本概念的應(yīng)用帶來的問題并不多。因此問題集的組織如圖2所示。

3.2對(duì)比教學(xué)

表1、表2展示了基礎(chǔ)訓(xùn)練和進(jìn)階階段的教學(xué)內(nèi)容、任務(wù)和訓(xùn)練側(cè)重點(diǎn)。在基礎(chǔ)訓(xùn)練和進(jìn)階訓(xùn)練中加入多種數(shù)據(jù)庫的對(duì)比教學(xué)知識(shí)點(diǎn)。

人：由學(xué)生自行選擇2個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比訓(xùn)練；小組：一個(gè)小組2到3人分別選用不同的數(shù)據(jù)庫完成所有的訓(xùn)練，小組內(nèi)共享相同的數(shù)據(jù)集和業(yè)務(wù)邏輯，小組的實(shí)驗(yàn)報(bào)告需要分析數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品間的差異。訓(xùn)練點(diǎn)案例如表3所示。

3.3高級(jí)訓(xùn)練內(nèi)容的設(shè)計(jì)

表4設(shè)計(jì)了高級(jí)訓(xùn)練的學(xué)習(xí)任務(wù)，表5給出了高級(jí)訓(xùn)練中事務(wù)和隔離級(jí)別的參考案例。由學(xué)生選擇1個(gè)高級(jí)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行訓(xùn)練，但每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的選擇人數(shù)一個(gè)班不超過10人，由此避免學(xué)生扎堆選擇某個(gè)知識(shí)點(diǎn)，保證訓(xùn)練的均衡性。其中openGauss安全機(jī)制和事務(wù)機(jī)制基于場(chǎng)景化設(shè)計(jì)，實(shí)施自由度較大，學(xué)生可以根據(jù)自己對(duì)場(chǎng)景需求的理解設(shè)計(jì)出個(gè)性化的實(shí)施步驟。

4教學(xué)效果

從2021年秋季開始，在本人教學(xué)的班級(jí)中進(jìn)行試點(diǎn)已有3年時(shí)間，涉及網(wǎng)絡(luò)工程，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和軟件工程專業(yè)。2021年秋采用虛擬機(jī)的安裝方式，允許學(xué)生選擇體驗(yàn)openGauss的建表和查詢操作，并可使用其他數(shù)據(jù)庫進(jìn)行復(fù)雜場(chǎng)景下的多表創(chuàng)建、增刪改查以及進(jìn)階內(nèi)容的訓(xùn)練。2022年秋引入了基于華為云的安裝和使用，2023年秋引入了基于docker的安裝和使用。問題集集中了安裝和命令行使用時(shí)遇到的問題，同時(shí)隨著openGauss版本的更新和官方技術(shù)文檔的完善，2023年秋季產(chǎn)生的問題明顯減少。在突破了安裝的困難后，學(xué)生逐漸體會(huì)到openGauss的易用性，曾經(jīng)使用過其他數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的學(xué)生，通過對(duì)比訓(xùn)練也提高了對(duì)openGauss的接受程度。部分學(xué)生在后續(xù)的數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)中采用openGauss作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。

圖3展示了4年的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)課程的平均分以及優(yōu)秀率。其中2019—2020學(xué)年采用的是SQLServer作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；2020—2021學(xué)年沒有執(zhí)教計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)所以數(shù)據(jù)未參與統(tǒng)計(jì)，2021—2022學(xué)年之后采用openGauss作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。可以看出使用openGauss后平均分得到了提升，優(yōu)秀率的提升幅度較大。優(yōu)秀率提升的原因來自新實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的挑戰(zhàn)激發(fā)出部分學(xué)生的興趣和熱情，班級(jí)整體的學(xué)習(xí)狀態(tài)和投入程度比使用SQLServer時(shí)期要高。

5結(jié)論與展望

在華為“智能基座”的大背景下，將openGauss作為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過問題集提高了學(xué)生對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的接受程度；對(duì)比教學(xué)法的應(yīng)用，使學(xué)生能夠更直觀地理解不同數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的特點(diǎn)，有助于他們進(jìn)行技術(shù)選型；高級(jí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的引入，鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。本教學(xué)探索論證了將openGauss整合到數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)課程中的可行性和益處。教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，在有針對(duì)性的支持和資源配置下，高等教育中國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的采用率可以顯著提高，從而為國(guó)家軟件產(chǎn)業(yè)奠定更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在未來的教學(xué)研究中，將進(jìn)一步探索openGauss高級(jí)特性的實(shí)驗(yàn)案例，如AI特性。通過openGauss的AI4DB和DB4AI兩大AI特性的訓(xùn)練，不僅能體驗(yàn)國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫在智能化的數(shù)據(jù)庫運(yùn)維和原生AI計(jì)算能力方面的先進(jìn)性，也能促進(jìn)對(duì)傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與AI融合的創(chuàng)新性思考和研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]房敏，謝佳，汪花梅.基于多方位、遞進(jìn)式的數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2023（4）：140-145.

[2]逯燕玲，戴紅，侯爽.基于CDIO教育理念的數(shù)據(jù)庫課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30（1）：22-24.

[3]何小衛(wèi)，葉榮華.基于多層次實(shí)驗(yàn)進(jìn)階的數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)[J].計(jì)算機(jī)教育，2019（5）：54-56，60.

[4]崔曉暉，陳志泊，韓慧.面向?qū)嵺`創(chuàng)新能力培養(yǎng)的數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)教育，2015（21）：90-93.

[5]黃永慧，孫為軍，王春茹.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)理論與實(shí)踐同堂融合教學(xué)方法研究與實(shí)踐[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2023，19（27）：126-129.

[6]張國(guó)富，蘇兆品.面向openGauss的數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2023（6）：130-135.

[7]鄭吉平，董婕，梁一博，等.面向國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的實(shí)驗(yàn)課程思政教學(xué)探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2024（1）：82-87.

[8]葉文珺，畢忠勤，徐菲菲，等《.數(shù)據(jù)庫原理》課程思政建設(shè)思路及實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2023（3）：73-74.

[9]林美蓉.基于openEuler的openGauss實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)實(shí)踐探析[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2023，19（16）：78-80，85.

【通聯(lián)編輯：王力】