《NoSQL原理與應用》課程教學大綱一、課程簡介課程中文名NoSQL原理與應用課程英文名PrincipleandApplicationofNoSQL雙語授課□是否課程代碼10112165課程學分4總學時數(shù)64（含實踐32）課程類別□通識教育課程□公共基礎課程?專業(yè)教育課程□綜合實踐課程□教師教育課程課程性質□必修選修□其他課程形態(tài)□線上線下□線上線下混合式□社會實踐□虛擬仿真實驗教學考核方式□閉卷□開卷□課程論文課程作品□匯報展示□報告課堂表現(xiàn)階段性測試平時作業(yè)開課學院大數(shù)據(jù)與智能工程學院開課系(教研室)數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術面向專業(yè)數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術開課學期第6學期先修課程數(shù)據(jù)庫基礎與應用、Hadoop大數(shù)據(jù)技術、Python程序設計、Linux系統(tǒng)應用后續(xù)課程無選用教材黑馬程序員.NoSQL數(shù)據(jù)庫技術與應用[M].北京.清華大學出版社,2020.參考書目1.王愛國、許桂秋.NoSQL數(shù)據(jù)庫原理與應用[M].北京.人民郵電出版社,2019.2.侯賓.NoSQL數(shù)據(jù)庫原理[M].人民郵電出版社,2018.課程資源校內大數(shù)據(jù)課程平臺，分布式數(shù)據(jù)庫：13:8089/課程簡介本課程是數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術學生專業(yè)選修課程，主要內容包括大數(shù)據(jù)時代對數(shù)據(jù)存儲的挑戰(zhàn)、NoSQL基礎理論、NoSQL分類等知識，以及鍵值對數(shù)據(jù)庫、文檔數(shù)據(jù)庫、列式數(shù)據(jù)庫以及圖形數(shù)據(jù)庫的技術原理、架構特點和使用方法等知識。學完本課程學生能掌握NoSQL的常見類型，能夠根據(jù)不同場景選取NoSQL數(shù)據(jù)庫進行部署和使用；了解分布式大數(shù)據(jù)系統(tǒng)可能遇到的技術難題和解決方法，理解分布式數(shù)據(jù)庫中分片以及多副本等技術的基本原理。通過本門課程的學習，能靈活使用MongoDB、Redis等NoSQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對相關數(shù)據(jù)庫進行管理，更深入地理解大數(shù)據(jù)領域的中開源工具和技術原理，從而能夠很好地適應大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫部署和開發(fā)的需要。二、課程目標表1課程目標序號具體課程目標課程目標1了解大數(shù)據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀，大數(shù)據(jù)時代對數(shù)據(jù)存儲的挑戰(zhàn)，分布式數(shù)據(jù)庫的原理；對比關系模型，能夠闡明NoSQL的特點；掌握其中分片以及多副本等技術，明晰CAP理論和BASE理論，理解他們和關系數(shù)據(jù)庫中ACID理論的區(qū)別；掌握NoSQL的常見類型，能夠根據(jù)不同場景選取NoSQL數(shù)據(jù)庫進行部署和使用，能夠設計針對非結構化數(shù)據(jù)存儲問題的解決方案，設計滿足特定需求的存儲方式。課程目標2能夠熟練使用MongoDB、Redis以及HBase等軟件中對數(shù)據(jù)的增刪改以及查詢等相關操作；能夠結合數(shù)據(jù)科學、大數(shù)據(jù)技術、軟件工程解決NoSQL數(shù)據(jù)庫完成海量數(shù)據(jù)的分布式存儲所面臨的復雜工程問題，提出解決解決方法，最終獲得支撐非結構化數(shù)據(jù)存儲、工程知識庫等有效的技術途徑。課程目標3能夠針對非結構化數(shù)據(jù)存儲過程中涉及的復雜工程問題設計和開發(fā)，并在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)團隊合作精神和創(chuàng)新意識；通過文獻研究、實驗試驗、工程推理、實踐操作等方法加深對MongoDB、Redis以及HBase等分布式數(shù)據(jù)庫的認識。表2-1課程目標與畢業(yè)要求對應關系（數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)）畢業(yè)要求指標點課程目標畢業(yè)要求3：能夠針對大數(shù)據(jù)應用領域的復雜工程問題，綜合應用數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術基本原理和方法，設計、開發(fā)滿足特定應用需求的系統(tǒng)方案，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等多維度協(xié)同發(fā)展因素。【L】3.3能夠綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境因素，并能夠進行系統(tǒng)測試、維護或優(yōu)化升級。課程目標1畢業(yè)要求5：能夠針對大數(shù)據(jù)應用領域的復雜工程問題，選擇和使用恰當?shù)募夹g、資源和現(xiàn)代工程工具，進行信息表達、建模、設計、模擬、驗證，并能夠在實踐中了解這些工具使用的局限性?！綡】5.3能夠應用現(xiàn)代化工具對大數(shù)據(jù)應用領域相關工程問題進行分析、設計、模擬和預測，并對結果進行合理評價。課程目標2畢業(yè)要求8：樹立和踐行社會主義核心價值觀，具有人文社會科學素養(yǎng)和社會責任感，能夠在大數(shù)據(jù)應用實踐中理解倫理道德、遵守職業(yè)規(guī)范、履行社會責任?！綧】8.2理解誠實公正、誠信守則的工程道德和職業(yè)規(guī)范，理解工程師社會價值和社會責任，在大數(shù)據(jù)相關工程實踐中自覺遵守規(guī)范和履行責任。課程目標3 三、課程學習內容與方法（一）理論學習內容及要求表3-1課程目標、學習內容和教學方法對應關系序號課程模塊學習內容學習任務課程目標學習重點難點教學方法學時1初識NoSQL1.數(shù)據(jù)庫原理1.課堂學習：數(shù)據(jù)庫的發(fā)展歷史、NoSQL數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)背景、分布式數(shù)據(jù)庫中的分片以及多副本等技術基本原理、CAP理論和BASE原則等相關理論；鍵值對數(shù)據(jù)庫、文檔數(shù)據(jù)庫、列式數(shù)據(jù)庫以及圖形數(shù)據(jù)庫的技術原理、架構特點和使用方法等知識2.拓展閱讀：大數(shù)據(jù)現(xiàn)狀以及對數(shù)據(jù)存儲的挑戰(zhàn)，大數(shù)據(jù)存儲瓶頸解決的技術方案。3.課后學習：查找相關文獻，總結數(shù)據(jù)庫技術近50年的發(fā)展狀況。4.個人作業(yè)：結合CAP理論證明的相關文獻培養(yǎng)科研能力，提高創(chuàng)新意識課程目標1重點：理解關系型數(shù)據(jù)庫的基本原理；掌握基本的NoSQL數(shù)據(jù)庫分類，對比關系模型，能夠闡明NoSQL的特點。難點：了解分布式原理，理解CAP理論和BASE原則；能夠根據(jù)不同場景選取NoSQL數(shù)據(jù)庫進行部署和使用。課堂講授：引導學生了解和掌握NoSQL的基本模型和基本技術。案例教學：深入理解分布式數(shù)據(jù)庫前沿新技術。小組討論：大數(shù)據(jù)時代對數(shù)據(jù)存儲的挑戰(zhàn)，實施分布式數(shù)據(jù)庫。102.大數(shù)據(jù)現(xiàn)狀以及對數(shù)據(jù)存儲的挑戰(zhàn)課程目標13.分布式數(shù)據(jù)庫基本原理課程目標1、34.CAP理論和BASE原則課程目標1、35.NoSQL分類課程目標1、36.典型案例分析：關系數(shù)據(jù)庫中MySQL部署分布式原理和技術缺點分析。課程目標1、32文檔存儲數(shù)據(jù)庫MongoDB及數(shù)據(jù)庫操作1.MongoDB簡介1.課堂學習：MongoDB的發(fā)展歷程、數(shù)據(jù)類型、架構模式以及使用規(guī)范；MongoDB在windows和Linux下的安裝和配置；MongoDB中創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫和集合，文檔的增刪改以及查詢等操作；MongoDB中使用聚合管道操作和Map-Reduce操作；在MongoDB中使用索引；在Python中編程訪問MongoDB，并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的各種操作；2.拓展學習：找出大數(shù)據(jù)環(huán)境中適合MongoDB進行部署的應用場景。課程目標1重點：MongoDB中創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫和集合，文檔的增刪改以及查詢等操作；難點：MongoDB中使用聚合管道操作和Map-Reduce操作。課堂講授：引導學生熟悉MongoDB中各個數(shù)據(jù)操作命令的使用成案例教學：創(chuàng)設大數(shù)據(jù)使用環(huán)境部署MongoDB數(shù)據(jù)庫。小組討論：MongoDB中編程工程化、規(guī)范化。102.MongoDB部署課程目標2、33.MongoDB相關數(shù)據(jù)操作課程目標2、34.聚合操作和索引課程目標2、35.Python操作MongoDB數(shù)據(jù)庫課程目標2、36.典型應用：在校內大數(shù)據(jù)學習平臺進行學習。課程目標33MongoDB副本集及分片1.副本集機制1.課堂學習：副本集的基本原理和部署；副本集中同步副本文檔以及故障轉移等操作；范圍分片和哈希分片策略；分片集群架構和操作2.拓展學習：最新的分布式技術3.個人作業(yè)：完成實驗報告2個。課程目標1重點：理解副本集和分片技術原理。難點：大數(shù)據(jù)存儲中多副本和分片的實施課堂講授：引導學生理解理解副本集和分片技術原理。案例教學：結合校內大數(shù)據(jù)平臺講解多副本和分片的實施。42.MongoDB副本集部署及操作課程目標2、33.MongoDB的分片策略課程目標14.MongoDB分片集群架構和操作課程目標2、35.典型應用：在校內大數(shù)據(jù)學習平臺進行學習。課程目標34鍵值對存儲數(shù)據(jù)庫Redis1.Redis的概述1.課堂學習：Redis的簡介、數(shù)據(jù)類型、特點和應用場景；基于Windows和Linux平臺部署Redis；2.掌握在Redis中的各種數(shù)據(jù)結構，其中重點掌握字符串（String）和集合（Set）；3.拓展學習：總結Redis應用場景。課程目標1重點：Redis中的數(shù)據(jù)類型，使用redis-cli操作Redis。難點：選取合適的應用場景部署Redis。課堂講授：引導學生全面了解Redis的特點和應用場景，掌握各種操作數(shù)據(jù)的命令。案例教學：通過淘寶電子商務網(wǎng)站案例分析其中的數(shù)據(jù)庫部署。小組討論：使用Redis實現(xiàn)高并發(fā)秒殺系統(tǒng)的案例析。42.Redis的部署課程目標2、33.使用redis-cli操作Redis課程目標2、34.典型案例分析：在校內大數(shù)據(jù)學習平臺進行學習。課程目標2、35列式存儲數(shù)據(jù)庫HBase及圖形存儲數(shù)據(jù)庫Neo4j1.HBase簡介1.課堂學習：HBase的發(fā)展過程、特性；HDFS的基本架構、工作原理；HBase的基本組件及常用功能；HBase的應用場景2.拓展學習：其它優(yōu)秀的NoSQL軟件。課程目標1重點：掌握HBase的數(shù)據(jù)模型及相關概念。難點：大數(shù)據(jù)分析工具、人工智能大模型。課堂講授：引導學生針對不同應用場景使用不同的NoSQL軟件。42.HDFS原理課程目標13.HBase的部署和基本操作課程目標2、34.Neo4j數(shù)據(jù)模型課程目標1、25.課堂討論：大數(shù)據(jù)生態(tài)圈存儲的架構和部署課程目標1、2合計32實驗學習內容及要求表3-2課程目標、學習內容和教學方法對應關系序號項目名稱項目來源教學目標（觀測點、重難點）學時數(shù)項目類型要求每組人數(shù)教學方法課程目標1MongoDB安裝和配置教材1.學生能夠在Windows和Linux下安裝MongoDB（重點）2設計性必做11.講練結合2.實驗指導課程目標22.學生能夠配置MongoDB（難點）3.會啟動MongoDB2MongoDB數(shù)據(jù)庫與集合的基本操作教材1.學生能夠在MongoDB下創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫和集合（重點）2.學生能夠在MongoDB下修改和刪除數(shù)據(jù)庫和集合（難點）2設計性必做11.講練結合2.實驗指導課程目標2、33MongoDB文檔基本操作-增刪改教材1.學生能夠根據(jù)需求使用命令對文檔中的數(shù)據(jù)進行插入、修改和刪除操作。（重點）2.學生能夠靈活創(chuàng)建文檔，掌握BSON存儲格式的語法，熟練使用常用的數(shù)據(jù)類型，并在文檔創(chuàng)建過程中熟練使用BSON格式（難點）2設計性必做11.講練結合2.實驗指導課程目標2、34MongoDB文檔基本操作-查詢教材1.學生能夠靈活使用find()函數(shù)進行文檔基本查詢（重點）2.學生需要掌握查詢函數(shù)的語法及常用的查詢操作符，例如與操作符$and、或操作符$or，以及各種比較運算符如，$gt、$lt、$gte等。3.學生能熟練使用正則表達式進行模糊查詢，并且能對嵌套文檔中的數(shù)據(jù)進行查詢（難點）。4.掌握BSON存儲格式的語法，學生能夠分析和解決在查詢語句運行中可能出現(xiàn)的問題（觀測點）6設計性必做11.實驗指導課程目標2、35MongoDB聚合操作教材1.學生能理解聚合管道的操作2.熟練使用$group、$limit等操作符，熟練進行排序（$sort操作符）等操作。3.常見管道表達式：$sum、$avg、$min、$first等操作符，學生能夠根據(jù)需求對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計（重點、難點）。4.理解Map-Reduce操作流程和優(yōu)點，能使用mapReduce輸出相關的結果（觀測點）4設計性必做11.講練結合2.實驗指導課程目標2、36Python操作MongoDB數(shù)據(jù)工程實踐1.在Python中導入包，并連接數(shù)據(jù)庫2.在Python中實現(xiàn)對MongoDB中數(shù)據(jù)的各種操作（重點、難點）2設計性必做11.講練結合2.實驗指導課程目標2、37MongoDB部署多副本工程實踐1.在Python中導入包，并連接數(shù)據(jù)庫2.在Python中實現(xiàn)對MongoDB中數(shù)據(jù)的各種操作（重點、難點）4設計性必做11.講練結合2.實驗指導課程目標2、38Redis數(shù)據(jù)庫操作實驗教材1.學生能掌握字符串（String）數(shù)據(jù)結構，能對鍵和值進行設置和修改，能對字符串進行各種操作（重點）2.學生能掌握集合（Set）數(shù)據(jù)結果，能對集合中的元素進行各種操作（重點）6設計性必做11.講練結合2.實驗指導課程目標1、29HBase的安裝與部署工程實踐1.學生能進行HBase的部署2.學生能使用HBase命令完成Hbase創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫及刪除數(shù)據(jù)庫；能對數(shù)據(jù)庫表數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等基本的命令（重點）4設計性必做11.講練結合2.實驗指導課程目標2合計=SUM(ABOVE)32四、課程考核（一）考核內容與考核方式表4-1課程目標、考核內容與考核方式對應關系課程目標考核內容所屬學習模塊/項目考核占比考核方式課程目標1MongoDB、Redis以及HBase數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的理論與方法模塊1-220%課堂活動、課堂討論、期末項目考試NoSQL數(shù)據(jù)庫完成海量數(shù)據(jù)的分布式存儲模塊2-4大數(shù)據(jù)處理基本框架，設計滿足特定需求的軟件功能模塊；模塊2-3軟件工程的需求開發(fā)與管理，系統(tǒng)開發(fā)所需成本、時間；模塊1-10課程目標2文獻研究、實驗試驗、工程推理模塊1-1060%課堂活動、課堂討論、期末項目考試數(shù)學、計算機科學和軟件工程、MongoDB、Redis以及HBase數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本原理模塊3-6實踐操作來加深對MongoDB、Redis以及HBase數(shù)據(jù)庫的認識問題及其解決方法、識別和判斷數(shù)據(jù)存儲問題的關鍵環(huán)節(jié)，已獲得非結構化數(shù)據(jù)存儲、工程知識庫等有效結論模塊4-8課程目標3掌握數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)最新技術資料的獲取方法，能夠圖書、文獻、中英文資料數(shù)據(jù)庫、開放網(wǎng)站等途徑查詢和檢索本專業(yè)相關的資料；模塊1-1020%課堂活動、課堂討論、期末項目考試能夠了解當前的工程和信息技術在解決復雜大數(shù)據(jù)建模與工程問題時所存在的局限性和優(yōu)勢；模塊1-4合計100%表4-2課程目標與考核方式矩陣關系課程目標考核方式考核占比課堂表現(xiàn)12%實驗報告16%階段性測驗12%期末考試成績比例60%課程目標160%0%18%18%20%=12%*60%+16%*0%+12%*18%+60%*18%課程目標20%85%60%65%60%=12%*0%+16%*85%+12%*60%+60%*65%課程目標340%15%22%17%20%=12%*40%+16%*15%+12%*22%+60%*17%（二）成績評定1.平時成績評定（1）課堂表現(xiàn)（30分）：理論學習課堂利用雨課堂或學習通平臺參與答題、選人、隨堂練習、課程小組討論等課程活動的參與情況給分。實驗學習課堂，實驗課是否遵守機房管理規(guī)范、實驗室項目是否按時提交等情況進行評分。（2）實驗報告（40分）：實驗課程的實驗項目完成情況，主要評價學生的實際操作能力、信息素養(yǎng)、職業(yè)道德和愛國主義精神。（3）階段性測驗（30分）：各個重要章節(jié)學完后，對學生進行相關知識點的測試，檢測課程知識的掌握情況。2.期末成績評定期末考試主要考察學生對非結構化數(shù)據(jù)存儲知識體系應用的能力。學生通過該課程學習，能對大數(shù)據(jù)復雜環(huán)境下的應用場景對NoSQL進行選型和部署，掌握MongoDB、Redis和HBase的基本原理和實現(xiàn)技術，并通過實踐操作來加深對這些分布式數(shù)據(jù)庫的認識；掌握專業(yè)相關復雜工程問題與社會可持續(xù)發(fā)展的客觀評價能力和反思能力。方式為項目考試。3.總成績評定總成績由平時成績和期末項目考試成績構成。總成績（100%）=平時成績（40%）+期末項目考試成績（60%）4.課程目標考核方式評分標準考核項目評分標準90-100分80-90分70-80分60-70分0-60分課堂表現(xiàn)理論課上嚴格遵守課堂紀律，按要求完成課堂練習且正確率高。積極主動參與課堂討論，討論表述的論點正確有新意，有自己的見解，能體現(xiàn)良好的職業(yè)道德、職業(yè)使命感和社會責任感。實驗課不遲到早退，遵守機房管理規(guī)范、愛護實驗設備，課上積極與老師互動，實驗室項目按時提交。理論課上遵守課堂紀律，按要求完成課堂練習且正確率比較高。經(jīng)常參與課堂討論，表述的論點正確，有一定新意，討論能體現(xiàn)良好的職業(yè)道德、職業(yè)使命感和社會責任感。實驗課不遲到早退，遵守機房管理規(guī)范、愛護實驗設備，課上老師互動一般，實驗室項目按時提交。理論課上比較遵守課堂紀律，按要求完成課堂練習且有一定正確率。較少參與課堂討論，表述的論點基本正確，討論基本能體現(xiàn)職業(yè)道德、職業(yè)使命感和社會責任感。實驗課不遲到早退，遵守機房管理規(guī)范、愛護實驗設備，課上不積極與老師互動，實驗室項目未按時提交。理論課上比較遵守課堂紀律，按要求基本完成課堂練習且有基本正確。偶爾參與課堂討論，表述思路一般，邏輯性不強，說服力一般。實驗課有遲到早退現(xiàn)象，實驗室上不認真聽講，課上不積極與老師互動，實驗室項目未按時提交。理論課上不太遵守課堂紀律，不參與課堂討論，未按要求完成課堂練習或正確率低。實驗課缺課，實驗室項目未提交實驗報告實現(xiàn)項目中所采用的方法和實驗步驟能夠解決問題，操作正確，實驗報告內容完整規(guī)范，項目完成結果與標準結果一致。實現(xiàn)項目中所采用的方法和實驗步驟能夠解決問題，操作較正確，實驗報告內容較為完整規(guī)范，項目完成結果與標準結果較一致。實現(xiàn)項目中所采用的方法和實驗步驟基本能夠解決問題，操作基本正確，實驗報告內容基本完整規(guī)范，項目完成結果與標準結果基本一致。實現(xiàn)項目中所采用的方法和實驗步驟有一定錯誤，操作正確，實驗項目內容不太完整，項目完成果與標準結果有一定的差距。實現(xiàn)項目中所采用的方法和實驗步驟錯誤，操作不正確，實驗項目內容不完整，工作量不足，項目完成果與標準結果差距太大。階段性測驗掌握NoSQL的基本知識、能熟練使用主