數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計理論及實踐

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數(shù)據(jù)庫課程是計算機科學(xué)及信息技術(shù)相關(guān)專業(yè)方向的核心課程，主要研究數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念、原理、方法及其應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫查詢語言、關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計、事務(wù)處理等核心內(nèi)容．通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠正確理解數(shù)據(jù)庫的基本原理，熟練掌握數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法和應(yīng)用技術(shù)，掌握科學(xué)研究的方法和軟件開發(fā)的基礎(chǔ)規(guī)律，增強學(xué)生實際動手能力和創(chuàng)新能力．

1數(shù)據(jù)庫理論是數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計的前提

目前，數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品市場95％以上都是關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品．關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基礎(chǔ)，掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫課程理論是數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計的前提．數(shù)據(jù)庫課程是研究數(shù)據(jù)處理技術(shù)的一門綜合性學(xué)科，它是與離散數(shù)學(xué)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件工程、計算機原理等學(xué)科及其他應(yīng)用領(lǐng)域的知識和方法相結(jié)合的學(xué)科．數(shù)據(jù)庫理論研究的核心內(nèi)容是數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)規(guī)范化理論、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性、數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)、模式分解理論和方法．只有掌握了數(shù)據(jù)庫理論才能做好數(shù)據(jù)庫設(shè)計［1］22－49．全國大部分院校都將數(shù)據(jù)庫理論和應(yīng)用作為兩門課程開設(shè)，一門是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論（主講數(shù)據(jù)原理），另一門是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用（主講程序設(shè)計）．對于絕大多數(shù)學(xué)習(xí)者來講，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫的最終目的是掌握數(shù)據(jù)庫應(yīng)用方法和技術(shù)，在現(xiàn)有DBMS的基礎(chǔ)上二次開發(fā)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，而不是開發(fā)新的DBMS，所以大多數(shù)高校往往在數(shù)據(jù)理論之前先開設(shè)數(shù)據(jù)應(yīng)用課程，如VisualFoxpro6．0、Delphi、Oracle、SQLServer、Access等程序設(shè)計課程是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)品，它們屬于原理的具體應(yīng)用部分．學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用課程后，便于掌握和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫理論；反之，也只有學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)庫理論才能更好地掌握和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)．

2數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論是數(shù)據(jù)庫理論的應(yīng)用和延伸

2．1數(shù)據(jù)庫理論在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中的指導(dǎo)應(yīng)用

按照規(guī)范設(shè)計的方法，將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為6個階段：需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫的實施、數(shù)據(jù)庫運行和維護．在數(shù)據(jù)庫設(shè)計的每一個階段，都不同程度地用到了數(shù)據(jù)庫理論與方法，同時對數(shù)據(jù)庫理論進行了豐富的擴充．在概念結(jié)構(gòu)設(shè)計中，核心內(nèi)容是數(shù)據(jù)建模，即根據(jù)實體類型設(shè)計E－R（實體－聯(lián)系）圖．在E－R圖中要搞清楚哪些是實體，哪些是屬性．從理論的角度來說，實體是客觀存在的，并可以相互區(qū)別的事物，屬性是對實體特征的描述，但是它們之間既有必然區(qū)別，也有一定聯(lián)系．實體和屬性不是絕對的，如果需要對屬性進一步描述，則屬性就作為實體，反之，如果不需要對實體進一步描述，則實體也可以作為另一實體的屬性．例如，在設(shè)計職工檔案管理數(shù)據(jù)庫時，實體類型“職工”的屬性：檔案號，姓名，性別，出生日期，參加工作時間，學(xué)歷，職稱，職務(wù)，工資．如果只考慮現(xiàn)在的工資，則工資就是職工實體的屬性，但是如果考慮職工的工資歷史，則工資就是一個實體．在邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計時，用到規(guī)范化理論、求極小集和碼的方法、模式分解理論和方法．

2．2數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論是對數(shù)據(jù)庫理論的延伸

數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論對數(shù)據(jù)庫理論在很多方面進行了延伸和擴展，使得數(shù)據(jù)庫理論更加簡捷、方便和直觀．在邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計中，將概念模型的產(chǎn)品基本E－R圖轉(zhuǎn)換為邏輯結(jié)構(gòu)的關(guān)系模型，是模式分解理論的直接應(yīng)用，是在數(shù)據(jù)庫理論基礎(chǔ)上的抽象和延伸，實體內(nèi)和實體間的轉(zhuǎn)換，實體間的每一個實體轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系，實體內(nèi)的屬性是關(guān)系的屬性，實體內(nèi)屬性的碼就是關(guān)系的碼．按照關(guān)系理論的函數(shù)依賴，每一個實體中，碼決定每一個屬性，而模式分解中，碼相同的合并，左右兩端的屬性合并作為一個分解，從操作方面減少了復(fù)雜性，所以設(shè)計理論與數(shù)據(jù)理論完全吻合；數(shù)據(jù)庫實體之間的聯(lián)系分為一對一、一對多、多對多和多實體之間的聯(lián)系4種情況，這些轉(zhuǎn)換在邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計中都給出了轉(zhuǎn)換規(guī)則，也完全滿足模式分解理論，在模型優(yōu)化時，用到極小集方法與設(shè)計理論的結(jié)合．

3注重數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論與實踐的結(jié)合

3．1處理好數(shù)據(jù)庫設(shè)計經(jīng)驗和數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論的關(guān)系

數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論盡管比較完善，按照規(guī)范化理論，在函數(shù)依賴領(lǐng)域，如果關(guān)系滿足BCNF，不會存在數(shù)據(jù)冗余、插入異常、刪除異常和更新異常，實際上關(guān)系規(guī)范化不一定要達到BCNF；如果達到BCNF，不會出現(xiàn)冗余和各種異常，但會出現(xiàn)查詢效率降低．這就要根據(jù)實際情況綜合權(quán)衡．下面以規(guī)范化后的學(xué)生成績管理系統(tǒng)為例說明．學(xué)生成績管理系統(tǒng)包含下列3個關(guān)系：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生年月）；課程（課號，課名，學(xué)時，學(xué)分）；成績（學(xué)號，課號，成績）．我們經(jīng)常查詢“某同學(xué)學(xué)習(xí)某課程的成績”，這就需要3個關(guān)系的連接，如果學(xué)生人數(shù)較多（數(shù)據(jù)庫較大），可能需要較長時間，但如果是第1范式，則不需要連接，如果是第2范式，可能連接的次數(shù)較少，也會減少耗費．在實際應(yīng)用中，我們可能不需要把關(guān)系劃分到BCNF，也許只需要達到2NF，甚至1NF，也就是逆規(guī)范化，到底規(guī)范化到什么程度，要結(jié)合實際問題和具體設(shè)計經(jīng)驗［2］3－39．

3．2課程實驗是數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計的基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)庫課程是理論與應(yīng)用結(jié)合較為緊密的一門課程．學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫課程的主要目的是為了應(yīng)用．因此，為了深入淺出地講授數(shù)據(jù)庫理論，在每一章都設(shè)計一些課程實驗，以便通過實踐驗證理論，同時掌握其應(yīng)用方法，為后續(xù)的課程設(shè)計打下基礎(chǔ)．在大部分教科書中，都是以SQLServer為例，講授SQL語言、數(shù)據(jù)的安全性、完整性．在講授SQL語言時，可以讓學(xué)生先建立數(shù)據(jù)庫，結(jié)合所學(xué)內(nèi)容對數(shù)據(jù)庫進行查詢、插入、刪除、修改等實踐操作，在實踐的過程中真正理解并掌握SQL語言的應(yīng)用環(huán)境．在講授數(shù)據(jù)庫安全性和完整性時，利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實際應(yīng)用讓學(xué)生對系統(tǒng)做數(shù)據(jù)控制．提高學(xué)生對數(shù)據(jù)庫課程的認識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和欲望．

3．3課程設(shè)計是提升學(xué)生綜合應(yīng)用能力的關(guān)鍵

課程設(shè)計是課程內(nèi)容的展示，是對所學(xué)知識的延伸，是學(xué)生掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容、方法和技巧的綜合體現(xiàn)．數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論主要是為了指導(dǎo)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用和實踐，通過系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)和部分單元（如創(chuàng)建用戶、創(chuàng)建視圖、用戶管理、權(quán)限管理等）的應(yīng)用實踐訓(xùn)練，充分認識到DBA在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的作用．通過課程設(shè)計讓學(xué)生在掌握數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論的同時掌握數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計的全過程，可以采取將學(xué)生分組的方式，為每組同學(xué)擬定相關(guān)題目，如學(xué)生檔案管理系統(tǒng)、財務(wù)管理系統(tǒng)、售票管理系統(tǒng)等，設(shè)計可以采取集中設(shè)計和分散設(shè)計相結(jié)合的方式，如果條件允許可以集中7～10天時間做課程設(shè)計，否則，可以利用周末時間集中設(shè)計，學(xué)生自己找業(yè)余時間，教師加強指導(dǎo)，題目在期中布置，期末老師驗收．讓每一位同學(xué)獨立完成或者協(xié)助完成數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程，同時，使每一組同學(xué)進行上機運行并調(diào)試，完成所有功能進行程序?qū)崿F(xiàn)，最后組織設(shè)計答辯．教課評價方面，可將學(xué)生平時的課程設(shè)計和期末考試相結(jié)合，作為學(xué)期期末成績．通過課程設(shè)計和設(shè)計答辯，學(xué)生不僅鞏固了理論知識，豐富了課程實踐，掌握了如何運用理論指導(dǎo)實踐應(yīng)用，也對今后其他課程設(shè)計以及畢業(yè)設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)，取得較好的效果．

3．4數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計的具體內(nèi)容

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是在指定的應(yīng)用環(huán)境下，構(gòu)建最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫邏輯模式和物理結(jié)構(gòu)，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，滿足各種用戶的各種需求（信息、管理和操作需求），并能夠有效地存儲和管理數(shù)據(jù)．數(shù)據(jù)庫設(shè)計要按照需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫實施、數(shù)據(jù)庫的運行和維護各個階段突出特點嚴格進行結(jié)構(gòu)設(shè)計是與行為設(shè)計的有機結(jié)合．每一個階段都有具體的技術(shù)要求，教師提出要求讓學(xué)生深入圖書館、學(xué)生管理部門或者企業(yè)進行系統(tǒng)調(diào)查，通過需求分析設(shè)計出數(shù)據(jù)流圖，編寫數(shù)據(jù)字典．概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是從數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典中提煉出E－R圖，對E－R圖優(yōu)化后獲得基本E－R圖．按照轉(zhuǎn)換規(guī)則和DBMS的轉(zhuǎn)換功能將概念結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品基本E－R圖轉(zhuǎn)換為邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)系模型．物理結(jié)構(gòu)設(shè)計主要根據(jù)DBMS的詳細特征設(shè)計存儲結(jié)構(gòu)和存取技術(shù)，最后經(jīng)過優(yōu)化、評價滿足用戶的效率要求．數(shù)據(jù)庫實施和運行維護主要考慮代碼的編寫、調(diào)試、試運行和維護，涉及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲、安全性、完整性、數(shù)據(jù)組等問題．整個設(shè)計都是在數(shù)據(jù)庫理論的指導(dǎo)下進行［3］181－250．

4結(jié)語

數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計是理論和實踐的有機結(jié)合，隨著計算機應(yīng)用的深入，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用在社會生活中越來越重要，應(yīng)用范圍也越來越廣，如何使數(shù)據(jù)庫理論和設(shè)計更好的結(jié)合是值得高校教師深入探討的問題．只有不斷的探索數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計理論，才能在實際應(yīng)用中得到創(chuàng)新．

作者：梁詠梅 潘梁靜 單位：商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院