О РАЗРАБОТКЕ КУРСА «БАЗЫ ДАННЫХ NOSQL» В ПРОГРАММЫ БАКАЛАВРИАТА ТЕХНИЧЕСКОГО НАПРАВЛЕНИЯ ПОДГОТОВКИ

ABOUT THE DEVELOPMENT OF THE COURSE "NOSQL DATABASES" IN THE BACHELOR'S DEGREE PROGRAM OF TECHNICAL TRAINING

Merekeev Mukhtar

Master's student of the educational program 7M01501-Computer Science, Sarsen Amanzholov East Kazakhstan University, Kazakhstan, Ust-Kamenogorsk

Аннотация. В статье приведены материалы по анализу проблемы разработки содержания курса «Базы данных NoSQL» для обучения студентов технического направления подготовки, который направлен на устранение недостатков образовательных программ и обеспечит формирование у студентов актуальных компетенций в области современных систем хранения данных:  навыками работы с NoSQL-системами, с инструментами обработки и хранения больших данных,  практическими навыками разработки информационных систем с использованием NoSQL.

Abstract. The article provides materials on the analysis of the problem of developing the content of the course "NoSQL databases" for students of technical training, which aims to eliminate the shortcomings of educational programs and ensure the formation of students' relevant competencies in the field of modern data storage systems: skills in working with NoSQL systems, with tools for processing and storing big data, practical skills development of information systems using NoSQL.

Ключевые слова: базы данных NoSQL, обучение студентов, информационные системы, большие данные, реляционные системы базы данных, нереляционные системы базы данных, NoSQL-платформы.

Keywords: NoSQL databases, student education, information systems, big data, relational database systems, non-relational database systems, NoSQL platforms.

Разработка и внедрение курса «Базы данных NoSQL» в программы бакалавриата технического направления подготовки направлена на улучшение качества подготовки ИТ-специалистов. Современная ситуация в ИТ-области требует выпускников ИТ-направленийс с навыками работы с SQL и реляционными СУБД, распределённых систем, с нереляционными базами данных.

Развитие облачных вычислений, интернет вещей (IoT), искусственного интеллекта и анализ больших данных связано с использованием NoSQL-систем. NoSQL-решения обеспечивают горизонтальную масштабируемость и высокую производительность при обработке больших потоков информации. Обучающие должны изучить типы NoSQL-систем: документно-ориентированные базы данных, ключ-значение хранилища, колоночные базы данных и графовые базы данных, которые имеют свою специфику применения.

В условиях цифровой трансформации экономики и общества информационные системы основаны на распределённой системе управления данными. Анализ образовательных программ бакалавриата по направлениям ИКТ показывает, что изучение NoSQL-технологий представлено фрагментарно в рамках отдельных дисциплин. Разработка нами курса «Базы данных NoSQL» позволяет обеспечить системное изучение современных подходов к организации хранения данных. В рамках курса студенты смогут изучить основные принципы работы NoSQL-систем, научиться выбирать тип базы данных в зависимости от задачи, освоить методы проектирования схем данных для нереляционных моделей, и получить практические навыки работы с популярными NoSQL-платформами (MongoDB, Redis, Cassandra).

Многие компании перешли к микросервисной архитектуре, где используются различные типы баз данных в рамках одного приложения. В таких условиях специалисты должны уметь интегрировать различные системы хранения данных, обеспечивать их взаимодействие и поддерживать высокую производительность приложений [1]. Облачных технологий активно используют распределённые системы хранения данных. Большинство современных облачных сервисов предоставляют NoSQL-базы данных как услугу (DBaaS), что делает знание таких систем необходимым для будущих специалистов. Умение работать с облачными базами данных становится ключевой компетенцией в области разработки современных информационных систем [2].

Изучение курса «Базы данных NoSQL» способствует формированию у студентов системного мышления, понимания процесса работы распределённых систем и навыков анализа архитектуры современных информационных решений. Обучающиеся повышают уровень готовности к решению реальных инженерных задач.

Таким образом, актуальность использования курса «Базы данных NoSQL» является одним из улучшений процесса подготовки конкурентоспособных специалистов, способных работать с современными системами хранения и обработки данных.

Анализ действующих образовательных программ показывает, что есть дисциплины, связанные с базами данных, например, «Базы данных», «Проектирование информационных систем», «SQL», которые формируют у студентов основные знания о моделях данных, принципах нормализации, языке SQL и основах проектирования реляционных систем. При этом не освещаются современные нереляционные технологии хранения данных. На производстве используются NoSQL-систем, а изучение представлено фрагментарно в рамках отдельных тем. Практика разработки современных информационных систем показывает, что реляционные базы данных не являются оптимальным решением. Для высоконагруженных веб-приложений, систем анализа больших данных, облачных сервисов и распределённых систем  применяются NoSQL-технологии, обеспечивающие гибкость структуры данных, масштабируемость и высокую производительность.

Работодатели требуют от выпускников навыков работы с NoSQL-системами, однако в учебных планах эти компетенции не всегда формируются в полном объёме. В программе обучения отсутствует системный подход к изучению NoSQL-технологий. Современные технологии требуют не только теоретических знаний, но и навыков работы с конкретными инструментами (MongoDB, Redis, Cassandra) [3].

Таким образом, разработка учебного курса, посвящённого NoSQL-базам данных позволит обеспечить формирование актуальных профессиональных компетенций у студентов ИТ-направления.

Проектирование учебной дисциплины «Базы данных NoSQL» акцент смещается с передачи знаний на формирование профессиональных компетенций, необходимых для практической деятельности выпускника.

После изучения курса студент должен знать уметь выбирать подходящий тип базы данных для конкретной задачи, проектировать структуру данных в NoSQL-системах, использовать основные инструменты работы с NoSQL (MongoDB, Redis).

Общая структура курса. Учебный курс целесообразно разделить на несколько тематических модулей: 1) введение в NoSQL-технологии – эволюция баз данных, – ограничения реляционной модели, причины появления NoSQL, CAP-теорема и её значение, 2) типы NoSQL-систем - key-value хранилища, документные базы данных, колоночные базы данных, графовые базы данных, 3) принципы работы распределённых систем - репликация данных, шардирование, согласованность и доступность, масштабируемость систем, 4) практическая работа с NoSQL-системами - MongoDB: структура документов и запросы, Redis: работа с ключ-значение, Cassandra: колоночная модель, основы графовых баз данных (Neo4j), 5) проектирование NoSQL-баз данных,  моделирование данных, выбор типа базы данных, оптимизация производительности, интеграция с приложениями.

В рамках лекций рассматриваются ключевые концепции NoSQL, принципы распределённых систем, архитектура современных баз данных, а также сравнительный анализ различных моделей хранения данных.

Особое внимание уделяется практическим примерам применения NoSQL в реальных проектах: социальных сетях, системах рекомендаций, интернет-магазинах и облачных платформах.

Практическая часть курса является ключевым элементом формирования профессиональных компетенций студентов. В рамках лабораторных работ студенты выполняют задания по: созданию коллекций и документов в MongoDB, выполнению CRUD-операций, работе с Redis как системой кеширования,  построению простых графовых моделей, создание простых проектов на основе NoSQL. Практические занятия направлены на закрепление теоретического материала и формирование навыков работы с современными инструментами разработки.

Самостоятельная работа включает изучение дополнительной литературы, работу с документацией NoSQL-систем и изучение реальных кейсов применения технологий.

Оценивание результатов обучения осуществляется на основе: текущего контроля (практические работы), тестирования по теоретическим вопросам, выполнения проектного задания, итогового экзамена или зачёта.

Предложенная структура курса сочетает теоретическую и практическую подготовку, что обеспечивает его соответствие требованиям современного рынка технологий и цифровой экономики.