数据库系统原理与GaussDB实现 教学大纲

《数据库系统原理与GaussDB实现》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称：数据库系统原理课程英文名称：NetworkandDistributedSystems总学时：64理论学时：48实验学时：16上机学时：0实践学时：0课外辅导学时：0学分：4开课单位：计算机学院授课对象：人工智能/计算机专业本科生开课学期：2春先修课程：计算机系统、计算机网络、程序设计、数据结构与算法二、课程目标 课程旨在系统讲授数据库系统的基本原理、关键技术与应用实践，使学生掌握从单机数据库到分布式数据库、云数据库的整体知识体系。通过本课程的学习，学生能够理解数据库系统的体系结构与运行机制，具备设计、实现及优化数据库系统与应用的综合能力。 课程目标1：掌握数据库系统的核心概念与基础理论，包括数据模型、关系代数、SQL语言、事务管理、并发控制与恢复机制等内容，理解数据库管理系统（DBMS）的组成与功能。 课程目标2：能够设计和实现结构合理、性能高效的数据库应用，掌握数据库设计方法（E-R建模、规范化理论）及查询优化、索引设计与存储管理等关键技术。 课程目标3：理解并掌握分布式数据库与云数据库的基本原理与实现机制，能够分析并解决数据分片、复制、一致性与容错等分布式系统问题。 课程目标4：具备运用GaussDB等国产数据库系统进行开发、部署与性能调优的能力，能够结合实际案例完成数据库系统的设计与实现。 课程目标5：具备独立分析、建模与解决数据库系统中复杂问题的初步科研能力，能够以规范的技术报告或论文形式呈现研究与实践成果。三、课程目标与毕业要求对应关系毕业要求毕业要求具体描述课程目标1.工程知识能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。课程目标12.问题分析能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。课程目标1,33.设计/开发解决方案能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。课程目标24.研究能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。课程目标35.使用现代工具能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。课程目标2,310.沟通能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。课程目标412.终身学习具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。注：毕业要求参照附件（工程教育认证通用标准之毕业要求），从中选取课程目标支撑的毕业要求条目。四、课程目标与课程内容对应关系序号教学内容教学要求学时教学方式对应课程目标1数据库系统概述理解课程目标与数据库系统在信息社会和AI系统中的基础作用；掌握数据库系统的定义、组成、功能与应用场景；了解主流数据库类型与发展趋势。2课堂讲授目标12关系数据库基础掌握关系模型的基本概念与形式化定义；理解关系代数与SQL语言的核心语法；能够编写基本的查询语句并进行结果分析。6课堂讲授＋上机实验目标1,23数据库存储引擎理解数据库存储体系结构与数据页管理机制；掌握索引结构（B+树、哈希）及缓冲区管理策略；能够分析不同存储引擎的性能差异。4课堂讲授＋上机实验目标1,34事务管理理解事务的ACID特性与隔离级别；掌握并发控制（锁机制、MVCC）与故障恢复机制；能够设计事务安全的数据操作流程。4课堂讲授＋案例分析目标1,25查询处理掌握SQL查询的解析、优化与执行流程；理解连接、聚合、排序等算子的实现原理；能够分析查询代价与执行计划。6课堂讲授＋上机实验目标2,36查询优化理解查询优化的基本思想与代价模型；掌握逻辑优化与物理优化策略；了解基于AI的查询优化方法。6课堂讲授＋实验探究目标2,37查询执行理解执行引擎的体系结构与向量化执行模型；掌握推送式与拉取式执行方式；能够分析不同执行策略的性能影响。4课堂讲授＋实验演示目标2,38分布式数据库掌握分布式数据库的基本原理、数据分片与复制机制；理解一致性协议与分布式事务；能够运用GaussDB等国产系统进行实验验证。4课堂讲授＋上机实验目标2,3,4五、课程教学方法 本课程采用以课堂讲授为主，上机实验、案例分析与专题研讨为辅的混合式教学方法，注重理论与实践相结合，强化学生的系统理解与工程应用能力。 课堂讲授：系统讲解数据库系统的基本概念、体系结构、核心算法与实现原理。重点阐述关系模型、SQL查询、事务管理、查询优化、分布式数据库等内容，帮助学生建立完整的知识体系与逻辑框架。 上机实验：通过基于GaussDB、MySQL等数据库平台的实践操作，让学生掌握数据库设计、查询实现、索引优化与分布式部署等关键技能，提升动手能力与系统调试能力。 案例分析：选取典型数据库系统（如PostgreSQL、TiDB、GaussDB）的架构设计与优化案例，帮助学生理解数据库系统在大规模数据处理、分布式事务和云服务中的实际应用，培养工程分析思维。 专题研讨：围绕数据库智能优化、查询调度与分布式一致性等前沿问题，组织学生开展分组讨论与报告展示，激发科研兴趣，培养学术交流与创新能力。六、课程考核方法考核环节所占分值考核与评价细则对应课程目标开放式大作业与报告50%要求学生完成一项大数据任务，提交包含需求分析、方案设计、实验验证与分析的技术报告，重点评估其解决复杂工程问题的能力、研究能力及书面沟通能力。目标2,3,4期末考试50%闭卷考试，覆盖所有教学内容，重点考察对核心概念、原理和算法的理解、分析与综合应用能力。目标1,2,3七、主要教材与参考书主要教材：

自编讲义.2024.主要参考书：AbrahamSilberschatz,HenryF.Korth,S.Sudarshan.DatabaseSystemConcepts(7thEdition).McGraw-Hill,2020.（《数据库系统概念（第7版）》）RaghuRamakrishnan,JohannesGehrke.DatabaseManagementSystems(3rdEdition).McGraw-Hill,2003.（《数据库管理系统（第3版）》）王珊，萨师煊.《数据库系统概论（第6版）》，高等教育出版社，2021。黄庆明，吴志勇.《数据库系统原理与应用》，机械工业出版社，2020。JeffreyD.Ullman,JenniferWidom.AFirstCourseinDatabaseSystems(3rdEdition).Pearson,2008.JimGray,AndreasReuter.TransactionProcessing:ConceptsandTechniques.MorganKaufmann,1993.刘洋等.《分布式数据库系统原理与应用》，清华大学出版社，2022。HuaweiGaussDBTeam.GaussDBDatabaseTechnicalWhitePaper.华为技术有限公司，2023。撰写人：王宏志审核人：王宏志日期：2025年10月29

附件：毕业要求（摘自工程教育认证通用标准）专业必须有明确、公开的毕业要求，毕业要求应能支撑培养目标的达成。专业应通过评价证明毕业要求的达成。专业制定的毕业要求应完全覆盖以下内容：1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。3.设计/开发解决方案：能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。5.使用现代工具：能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。6.工程与社会：能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。7.环境和可持续发展：能够理解和评价针对复杂工程问题的专业工程实践对环境、社会可持续发展的影响。8.职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。

9.个人和团队