數據庫課程設計理論及實踐

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數據庫課程是計算機科學及信息技術相關專業(yè)方向的核心課程，主要研究數據庫系統(tǒng)的基本概念、原理、方法及其應用，包括數據庫系統(tǒng)、數據模型、數據庫查詢語言、關系數據庫設計、事務處理等核心內容．通過數據庫系統(tǒng)課程的學習，使學生能夠正確理解數據庫的基本原理，熟練掌握數據庫設計方法和應用技術，掌握科學研究的方法和軟件開發(fā)的基礎規(guī)律，增強學生實際動手能力和創(chuàng)新能力．

1數據庫理論是數據庫課程設計的前提

目前，數據庫產品市場95％以上都是關系數據庫產品．關系數據庫理論是數據庫設計的基礎，掌握關系數據庫課程理論是數據庫課程設計的前提．數據庫課程是研究數據處理技術的一門綜合性學科，它是與離散數學、操作系統(tǒng)、數據結構、軟件工程、計算機原理等學科及其他應用領域的知識和方法相結合的學科．數據庫理論研究的核心內容是數據建模、數據規(guī)范化理論、數據庫系統(tǒng)、數據庫的安全性、完整性、數據恢復技術、模式分解理論和方法．只有掌握了數據庫理論才能做好數據庫設計［1］22－49．全國大部分院校都將數據庫理論和應用作為兩門課程開設，一門是數據庫系統(tǒng)概論（主講數據原理），另一門是數據庫應用（主講程序設計）．對于絕大多數學習者來講，學習數據庫的最終目的是掌握數據庫應用方法和技術，在現有DBMS的基礎上二次開發(fā)數據庫產品，而不是開發(fā)新的DBMS，所以大多數高校往往在數據理論之前先開設數據應用課程，如VisualFoxpro6．0、Delphi、Oracle、SQLServer、Access等程序設計課程是關系數據庫的產品，它們屬于原理的具體應用部分．學習數據庫應用課程后，便于掌握和應用數據庫理論；反之，也只有學習了數據庫理論才能更好地掌握和應用數據庫技術．

2數據庫設計理論是數據庫理論的應用和延伸

2．1數據庫理論在數據庫設計中的指導應用

按照規(guī)范設計的方法，將數據庫設計分為6個階段：需求分析、概念結構設計、邏輯結構設計、物理結構設計、數據庫的實施、數據庫運行和維護．在數據庫設計的每一個階段，都不同程度地用到了數據庫理論與方法，同時對數據庫理論進行了豐富的擴充．在概念結構設計中，核心內容是數據建模，即根據實體類型設計E－R（實體－聯系）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，在設計職工檔案管理數據庫時，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，學歷，職稱，職務，工資．如果只考慮現在的工資，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．在邏輯結構設計時，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數據庫設計理論是對數據庫理論的延伸

數據庫設計理論對數據庫理論在很多方面進行了延伸和擴展，使得數據庫理論更加簡捷、方便和直觀．在邏輯結構設計中，將概念模型的產品基本E－R圖轉換為邏輯結構的關系模型，是模式分解理論的直接應用，是在數據庫理論基礎上的抽象和延伸，實體內和實體間的轉換，實體間的每一個實體轉換為一個關系，實體內的屬性是關系的屬性，實體內屬性的碼就是關系的碼．按照關系理論的函數依賴，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雜性，所以設計理論與數據理論完全吻合；數據庫實體之間的聯系分為一對一、一對多、多對多和多實體之間的聯系4種情況，這些轉換在邏輯結構設計中都給出了轉換規(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計理論的結合．

3注重數據庫設計理論與實踐的結合

3．1處理好數據庫設計經驗和數據庫設計理論的關系

數據庫設計理論盡管比較完善，按照規(guī)范化理論，在函數依賴領域，如果關系滿足BCNF，不會存在數據冗余、插入異常、刪除異常和更新異常，實際上關系規(guī)范化不一定要達到BCNF；如果達到BCNF，不會出現冗余和各種異常，但會出現查詢效率降低．這就要根據實際情況綜合權衡．下面以規(guī)范化后的學生成績管理系統(tǒng)為例說明．學生成績管理系統(tǒng)包含下列3個關系：學生（學號，姓名，性別，出生年月）；課程（課號，課名，學時，學分）；成績（學號，課號，成績）．我們經常查詢“某同學學習某課程的成績”，這就需要3個關系的連接，如果學生人數較多（數據庫較大），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，可能連接的次數較少，也會減少耗費．在實際應用中，我們可能不需要把關系劃分到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，要結合實際問題和具體設計經驗［2］3－39．

3．2課程實驗是數據庫課程設計的基礎

數據庫課程是理論與應用結合較為緊密的一門課程．學習數據庫課程的主要目的是為了應用．因此，為了深入淺出地講授數據庫理論，在每一章都設計一些課程實驗，以便通過實踐驗證理論，同時掌握其應用方法，為后續(xù)的課程設計打下基礎．在大部分教科書中，都是以SQLServer為例，講授SQL語言、數據的安全性、完整性．在講授SQL語言時，可以讓學生先建立數據庫，結合所學內容對數據庫進行查詢、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語言的應用環(huán)境．在講授數據庫安全性和完整性時，利用數據庫系統(tǒng)的實際應用讓學生對系統(tǒng)做數據控制．提高學生對數據庫課程的認識，激發(fā)學生的學習興趣和欲望．

3．3課程設計是提升學生綜合應用能力的關鍵

課程設計是課程內容的展示，是對所學知識的延伸，是學生掌握學習內容、方法和技巧的綜合體現．數據庫設計理論主要是為了指導數據庫的應用和實踐，通過系統(tǒng)的理論學習和部分單元（如創(chuàng)建用戶、創(chuàng)建視圖、用戶管理、權限管理等）的應用實踐訓練，充分認識到DBA在數據庫系統(tǒng)中的作用．通過課程設計讓學生在掌握數據庫設計理論的同時掌握數據庫課程設計的全過程，可以采取將學生分組的方式，為每組同學擬定相關題目，如學生檔案管理系統(tǒng)、財務管理系統(tǒng)、售票管理系統(tǒng)等，設計可以采取集中設計和分散設計相結合的方式，如果條件允許可以集中7～10天時間做課程設計，否則，可以利用周末時間集中設計，學生自己找業(yè)余時間，教師加強指導，題目在期中布置，期末老師驗收．讓每一位同學獨立完成或者協(xié)助完成數據庫設計的過程，同時，使每一組同學進行上機運行并調試，完成所有功能進行程序實現，最后組織設計答辯．教課評價方面，可將學生平時的課程設計和期末考試相結合，作為學期期末成績．通過課程設計和設計答辯，學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實踐應用，也對今后其他課程設計以及畢業(yè)設計打下堅實的基礎，取得較好的效果．

3．4數據庫課程設計的具體內容

數據庫設計是在指定的應用環(huán)境下，構建最優(yōu)的數據庫邏輯模式和物理結構，建立數據庫及其應用系統(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據．數據庫設計要按照需求分析、概念結構設計、邏輯結構設計、物理結構設計、數據庫實施、數據庫的運行和維護各個階段突出特點嚴格進行結構設計是與行為設計的有機結合．每一個階段都有具體的技術要求，教師提出要求讓學生深入圖書館、學生管理部門或者企業(yè)進行系統(tǒng)調查，通過需求分析設計出數據流圖，編寫數據字典．概念結構設計是從數據流圖和數據字典中提煉出E－R圖，對E－R圖優(yōu)化后獲得基本E－R圖．按照轉換規(guī)則和DBMS的轉換功能將概念結構的產品基本E－R圖轉換為邏輯結構設計的關系模型．物理結構設計主要根據DBMS的詳細特征設計存儲結構和存取技術，最后經過優(yōu)化、評價滿足用戶的效率要求．數據庫實施和運行維護主要考慮代碼的編寫、調試、試運行和維護，涉及數據轉儲、安全性、完整性、數據組等問題．整個設計都是在數據庫理論的指導下進行［3］181－250．

4結語

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

作者：梁詠梅 潘梁靜 單位：商丘職業(yè)技術學院