Методические рекомендации по обучению старшеклассников базам данных

Создания баз данных учениками

1. Разъяснение понятие предметной области данных ученикам Каждая информационная система в зависимости от ее назначения имеет дело с частью реального мира, которую принято называть предметной областью (ПО) системы. ПО может относится к любому типу организации: банк, университет, завод, магазин и т. д.

Предметная область информационной системы — это совокупность реальных объектов (сущностей), которые представляют интерес для пользователей.

Объект (сущность) предмет, процесс или явление, о котором собирается информация, необходимая для решения задачи.

Объектом может быть человек, предмет, событие.

Каждый объект характеризуется рядом основных свойств атрибутов. Атрибутом называется поименованная характеристика объекта. Атрибут показывает, какая информация должна быть собрана об объекте. Например, объект клиент банка;

Атрибуты номер счета, адрес, сумма вклада.

2. Технология анализа учениками предметной области баз данных Первым этапом проектирования базы данных любого типа является анализ предметной области, который заканчивается построением информационной структуры (концептуальной схемы). На данном этапе анализируются вопросы пользователей, выбираются информационные объекты и их характеристики, которые предопределяют содержание проектируемой базы данных. На основе проведенного анализа структурируется предметная область. Анализ предметной области не зависит от программной и технической сред, в которых будет реализовываться база данных.

Анализ предметной области целесообразно разбить на три фазы:

• 1. Анализ концептуальных требований и информационных потребностей;
• 2. Выявление информационных объектов и связей между ними;
• 3. Построение концептуальной модели предметной области и проектирование концептуальной схемы базы данных.
• 3. Анализ концептуальных требований и информационных потребностей

Требования пользователей к разрабатываемой базе данных представляют собой список запросов с указанием их интенсивности и объемом данных. Эти сведения разработчики базы данных получают в диалоге с ее будущими пользователями. Здесь же выясняются требования к вводу, обновлению и корректировке информации. Требования пользователей уточняются и дополняются при анализе имеющихся и перспективных задач:

Пример 1. Предлагается разработать БД для учета учащихся школы.

Анализ предметной области:

• 1. Сколько учащихся учится в школе?
• 2. Сколько классов в школе?
• 3. Какие распределены учащиеся по тем или иным направлениям в классах?
• 4. Какие профилирующие дисциплины используются в том или ином классе?
• 5. Сколько в школе медалистов и какие?
• 6. Сколько победителей олимпиад и по каким предметам?
• 7. Участники тех или иных школьных, городских, областных, региональных или российских конкурсов? Победители, призеры?
• 8. Количество учащихся, поступивших в ВУЗ и в какие?
• 9. Как часто обновляется информация в БД?
• 10. Сколько кабинетов в школе? Компьютерных классов?
• 11. Сколько преподавателей в школе?
• 12. Как информация, представленная в п. п. 1−11, используется в настоящее время (расписание уроков, факультативов и т. д.) и как собираются ее использовать?
• 13. Сколько раз в день, сколько человек и кто используются БД?
• 4. Выявление информационных объектов и связей между ними.

Вторая фаза анализа предметной области состоит в выборе информационных объектов, задании необходимых свойств для каждого объекта, выявление связей между объектами, определении ограничений, накладываемых на информационные объекты, типы связей между ними, характеристики информационных объектов.

Проанализируем предметную область на примере БД учета учащихся в школе. При выборе информационных объектов постараемся ответить на ряд вопросов:

• · На какие классы можно разбить данные, подлежащие хранению в БД?
• · Какое имя можно присвоить каждому классу данных?
• · Какие наиболее интересные характеристики (с точки зрения пользователя) каждого класса данных можно выделить?
• · Какие имена можно присвоить выбранным наборам характеристик?

Пример:

Объект: Объект — УЧЕНИК Атрибуты: № учащегося, фамилия, имя, отчество, возраст, класс, фамилия, имя, отчество родителей, какой язык изучает, участие в олимпиадах, различных конкурсах, призовые места.

Объект: ПРЕПОДАВАТЕЛИ:

Атрибуты: № учителя, фамилия, имя, отчество педагога, возраст, какой предмет преподает, с какого года работает в школе, какое учебное заведение закончил, в каком году, категория, разряд, научное звание, год прохождения последней аттестации, год прохождения последних курсов повышения квалификации.

Объект: КЛАССНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ Атрибуты: № класса, фамилия, имя классного руководителя Объект: КАБИНЕТЫ Атрибуты: № кабинета, название Далее выясним связи между информационными объектами. В ходе этого процесса постараемся ответить на следующие вопросы:

• · Какие типы связей между информационными объектами?
• · Какое имя можно присвоить каждому типу связей?
• · Каковы возможные типы связей, которые могут быть использованы в последствии?
• · Имеют ли смысл какие-нибудь комбинации типов связей?
• · Попытаемся задать ограничения на объекты и их характеристики.

Под ограничением целостности обычно понимают логические ограничения, накладываемые на данные. Ограничения целостности — это такое свойство, которое мы задаем для некоторого информационного объекта или его характеристики и которое должно сохраняться для каждого их состояния.

Типы связей. Все информационные объекты предметной области связаны между собой.

Соответствия, отношения, возникающие между объектами предметной области, называются связями. Различаются связи нескольких типов, для которых введены следующие обозначения:

• а) один к одному (1:1);
• б) один ко многим (1:М);
• в) многие ко многим (М:М).

Связь один к одному (1:1) предполагает, что в каждые момент времени одному экземпляру информационного объекта, А соответствует не более одного экземпляра информационного объекта В и наоборот.

Примером связи 1:1 может служить связь между информационными объектами УЧИТЕЛЬ и КЛАССНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ При связи один ко многим (1:М) одному экземпляру информационного объекта, А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В, но каждый экземпляр объекта В связан не более чем с 1 экземпляром объекта А.

Примером связи 1: М служит связь между информационными объектами УЧЕНИК и УЧИТЕЛЬ Связь многие ко многим (М:М) предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта, А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В и наоборот. На рис. 6 графически представлено указанное соответствие.

Примером связи М: М служит связь между информационными объектами УЧИТЕЛЬ и КАБИНЕТ.

4. Построение концептуальной модели предметной области.

Заключительная фаза анализа предметной области состоит в проектировании ее информационной структуры или концептуальной модели.

Концептуальная модель включает описания объектов и их взаимосвязей, представляющих интерес в рассматриваемой предметной области с учетом информационных интересов пользователей системы. Она дает возможность систематизировать информационное содержание предметной области, позволяет как бы «подняться вверх» над программным обеспечением и увидеть ее отдельные элементы. При этом уровень детализации зависит от выбранной модели.

Концептуальная модель является представлением точки зрения пользователя на предметную область и не зависит ни от программного обеспечения СУБД, ни от технических решений.

Концептуальная модель должна быть стабильной. Могут меняться прикладные программы, обрабатывающие данные, может меняться организация их физического хранения, концептуальная модель остается неизменной или увеличивается с целью включения дополнительных данных.

Обычно для отображения межфайловых связей используют диаграмму Бахмана.

Схема базы данных:

На диаграмме Бахмана (рис.) можно увидеть из каких основных объектов состоит данная база данных и связи между этими объектами.

Данную диаграмму можно назвать концептуальной, так как здесь явно видно из каких основных сущностей (объектов) и связей состоит данная база данных.

Под сущность понимают основное содержание объекта, о котором собирают информацию. В качестве сущности могут выступать место, вещь, личность, явление. Из рис. 7 видно, что сущности — это Учащиеся, Педагог, Кабинет, Классный руководитель, Олимпиады, конкурсы.

Сущность принято определять атрибутами поименованными характеристиками. Например:

Сущность Учащиеся Атрибуты: №_учащегося, Фамилия, Имя, Класс, дата рождения, Адрес проживания, Участие в олимпиадах.

Логическое проектирование Логическое проектирование представляет собой необходимый этап при создании базы данных. Основной задачей логического проектирования является разработка логической схемы, ориентированной на выбранную систему управления базами данных (СУБД). Этап логического проектирования в отличие от концептуального проектирования полностью ориентировано на инструментальные средства компьютера.

Процесс логического проектирования состоит из следующих этапов:

• 1. Выбор конкретной СУБД.
• 2. Отображение концептуальной схемы на логическую схему.
• 3. Выбор ключей.
• 4. Описание языка запросов.