《NoSQL数据库》课程教学大纲.docx
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《NoSQL数据库》课程教学大纲
一、课程基本信息
课程编号：
12153
课程名称：
NoSQL数据库
英文名称：
NoSQLDatabase
课程类型：
专业课
课程要求：
必修
学时/学分：
40/2.5（讲课学时：
32实验学时：
8）
先修课程：
数据库系统原理、云计算与大数据、分布式计算框架基础
后续课程：
行业大数据案例分析、大数据项目综合实践
适用专业：
数据科学与大数据技术
二、课程描述
NoSQL数据库泛指非关系型数据库，是大数据场景下分布式数据存储和管理的核心技术。
本课程旨在引导学生掌握NoSQL数据库的基本概念和技术，典型的NoSQL数据库的使用和开发方法。
通过项目案例，深刻理解大数据环境下传统关系型数据库和NoSQL数据库的各自优势和不足，NoSQL数据库的设计理念，能够针对实际应用场景，分析、选择和使用合适的数据库。
学习HDFS及HBase、Cassandra、MongoDB数据库的使用方法，熟练地进行NoSQL数据库的部署和常规管理；掌握NoSQL数据库的开发接口，能够进行分布式数据管理项目的设计与开发。
通过课程学习，使学生掌握分布式数据管理的特点和常用技术，具有一定的分布式数据库分析、设计、管理能力，为未来从事大数据的管理和应用开发打下良好的基础。
三、课程教学目标
1.了解NoSQL数据库的应用背景，NoSQL与传统关系型数据库的差异，理解NoSQL数据库的基本概念和方法，掌握大数据领域数据管理、开发所需要的基础理论、工程基础知识和常规技术，具备解决大数据领域复杂工程问题的基本能力。
（支持毕业能力要求1）
2.了解HBase、Cassandra、MongoDB三种典型的NoSQL数据库的各自特点和应用场景，并能够熟练使用。
针对具体工程项目，能够恰当选择NoSQL数据库，进行部署、使用和管理，并运用其对大数据领域复杂工程问题进行模拟和实现。
（支持毕业能力要求5）
3.理解典型NoSQL数据库的设计原理，熟悉开发接口，能够分析、设计、实施分布式数据库，具备以分布式数据库为核心的大数据应用系统的开发能力，以及结合新思想、运用新技术解决实际问题的态度和意识。
（支持毕业要求3）
4.了解大数据领域数据存储与管理的前沿和发展动向。
（支持毕业能力要求5）
四、教学内容、安排及与教学目标的对应关系
序号
教学内容
教学要求
学时
教学
方式
对应课程教学目标
1
一、绪论
1.1关系数据库及其瓶颈
1.2NoSQL数据库的概念及特点
1.3NoSQL数据库分类和应用场景
1.4NewSQL的概念
（1）了解本课程研究的对象、内容，明确本课程的地位；
（2）理解RDBMS的局限性，RDBMS与NoSQL的内在差异，能够根据应用场合，合理分析和制定数据库解决方案；（3）了解主流的NoSQL数据库产品和应用场景；（4）能够阐明NewSQL的含义和范畴。
4
讲授
1、4
2
二、NoSQL数据库的基本原理
2.1关系型数据库原理简述
2.2分布式数据管理的特点
2.3分布式系统的特点和常见技术
2.4非关系型数据库的常见模式
（1）能够正确阐述传统关系型数据库的查询机制、索引机制、事务机制和分布式机制；
（2）理解分布式数据管理中元数据的含义和作用，掌握数据分片与复制两种水平扩展方式，并能根据应用要求对NoSQL数据库进行合理的水平扩展；（3）理解NoSQL的三大基石：
CAP、BASE、最终一致性的含义和作用，能够依据应用要求制定分布式数据库的设计原则；（4）理解并能够正确阐述分布式事务提交、基于消息传递的一致性算法、时间同步服务、异步消息机制等分布式式系统常见技术的实现原理；（5）了解非关系型数据库的不同模式的特点，并能根据应用场景合理选择与使用。
6
讲授
讨论
1
3
三、HDFS
3.1HDFS概述
3.2HDFS的基本概念
3.3HDFS原理
3.4使用和管理HDFS
（1）了解HDFS的重要概念、基本架构和存储原理，能够准确阐述HDFS的数据分块、多副本机制以及数据的读写过程；
（2）能够进行HDFS的部署和基本配置；（3）能够正确使用HDFS命令，能够进行Namenode的格式化、元数据的恢复、子节点的添加和删除，以及HDFS文件系统操作。
4
讲授
讨论
1
4
实验1：
HDFS部署、配置和使用
（1）能够部署和配置HDFS。
（2）能够使用HDFS常用的Shell命令进行文件操作。
（3）能够使用HDFS常用的JavaAPI编程读写文件。
2
实验
2、3
5
四、列族数据库
4.1HBase概述
4.2HBase的数据模型
4.3HBase的拓扑结构
4.4HBase的部署
4.5动态增删HRegionserver节点
4.6HBase的基本操作
4.7数据批量操作
4.8通过Java访问HBase
（1）能够对HBase和传统关系数据库进行对比分析；
（2）了解HBase的数据模型和拓扑结构，能够阐述Hbase的实现原理和运行机制；（3）能够正确的部署；（4）熟练进行HBase的基本操作，包括表、列族操作和数据更新、查询等操作；（5）能够使用JavaAPI进行基本的HBase文件操作。
6
讲授
讨论
2、3
6
实验2：
HBase部署、使用、运行监控和应用开发。
（1）能够部署HBase；
（2）能够使用HBaseShell命令操作数据库；（3）能够利用JavaAPI访问HBase，进行应用开发。
2
实验
2、3
7
五、键值数据库
5.1Cassandra概述
5.2.Cassandra的技术原理
5.3Cassandra的部署与配置
5.4CQL语言与CQLSH环境
5.5CQL数据操作
56Cassandra的维护与扩展应用
5.7通过Java访问Cassandra
（1）能够阐述Cassandra的技术原理；
（2）能够对Cassandra进行部署和配置；（3）熟悉CQLSH环境，能够进行键空间和数据表的管理；能够利用CQL进行数据的查询和更新；（4）了解Cassandra的编程接口，能够利用Java编程访问Cassandra；
6
讲授
讨论
2、3
8
实验3：
Cassandra的部署、配置、使用和应用开发
（1）正确部署和配置Cassandra；
（2）熟练使用CQL进行数据操作和数据库管理；（3）能够利用开发接口进行Cassandra的应用开发。
2
实验
2、3
9
六、文档数据库
6.1MongoDB概述
6.2MongoDB的技术原理
6.3MongoDB安装配置
6.4MongoDB基本命令行操作
6.5批量操作
6.6MongoDB集群化部署
6.7通过Java访问MongoDB
（1）理解MongoDB中的文档和集合概念，能够阐述MongoDB的分片机制和集群架构；
（2）正确安装和配置MongoDB，能够熟练进行MongoDB的集群部署、能够对数据进行合理分片和复制；（3）能够熟练使用命令进行数据的基本操作、索引操作和聚合操作等；（4）了解MongoDB的编程接口，能够利用Java编程访问MongoDB。
6
讲授
讨论
2、3
10
实验4：
MongoDB的安装部署、使用和应用开发
（1）能够进行MongoDB集群部署；
（2）能够使用命令进行数据的增、删、改、查和索引、聚合；（3）能够利用开发接口进行MongoDB的应用开发。
2
实验
2、3
五、其他教学环节（课外教学环节、要求、目标）
1.课外作业
（1）键值数据库的应用开发。
（2）文档数据库的应用开发。
（3）列族数据库的应用开发。
六、教学方法
（1）基于项目案例展开教学，预先设置学习目标，每部分知识学习和技能掌握随课程进程展开，所学内容直接用于解决实际问题。
（2）综合运用各种教学手段，包括电子教案、工程环境、实验平台、网络课堂等，构建立体化的教学环境，引进优质教学资源，促进学生的个性化学习和动手能力的提升。
（3）采用讲授、讨论、集中讲授和分组实验等教学组织形式，有效地调动学生学习的积极性，促进学生积极思考，激发学生的潜能。
（4）利用课外作业加深和拓展技能，提高针对复杂数据管理问题的实验设计、分析与解释、通过信息综合得到有效结论，和独立解决问题的能力。
七、学习评量
学习成绩由平时成绩（含作业成绩、案例评价、测验成绩）和期末考试成绩组成。
各部分所占比例和评价内容、方法如下：
1.平时成绩（40%）
（1）作业成绩：
20%。
主要考核对课堂学习的知识点的复习、理解和掌握程度；以答题数量和正确率为评价标准。
（2）案例评价成绩：
20%。
主要考核重要知识点的应用情况。
以方案设计的合理和正确性，代码的规范性和质量为评价标准。
案例评价2次，共10分，每次提交一个报告，每次5分。
2.期末考试成绩（60%）
主要考核综合运用基本概念和方法分析和解决问题的能力和程度。
书面考试形式，题型为问答题、分析题、综合设计题等，按正确性评分。
3.说明
作业、案例和测试中有雷同时，所有雷同回答均不得分。
八、教学资源
1．教材
[1]侯宾．NoSQL数据库原理．人民邮电出版社，2018．
2.参考数目
[1]皮雄军．NoSQL数据库技术实战．清华大学出版社，2014．
[2]佐佐木达也．罗勇，译．NoSQL数据库入门．人民邮电出版社，2012．
[3]陆嘉恒．大数据挑战与NoSQL数据库技术．电子工业出版社，2013．
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