MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用（微課版）教案 6 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

第3章面向?qū)ο螅ㄉ希﹤湔n紙（章）課題：項(xiàng)目模塊6數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)篇課時(shí)教學(xué)目的要求：掌握數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通過(guò)需求分析的實(shí)現(xiàn)“應(yīng)用需求”和“數(shù)據(jù)需求”掌握概念數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)方式（E-R圖）掌握邏輯模型轉(zhuǎn)換的原則與方法掌握物理數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)的原則與方法掌握關(guān)系模式的規(guī)范化掌握數(shù)據(jù)庫(kù)建模工具的使用教學(xué)重點(diǎn)：掌握概念數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)方式（E-R圖）掌握邏輯模型轉(zhuǎn)換以及物理數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)的原則與方法掌握關(guān)系模式的規(guī)范化掌握數(shù)據(jù)庫(kù)建模工具的使用教學(xué)難點(diǎn)：合理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需求分析的“應(yīng)用需求”和“數(shù)據(jù)需求”兩大任務(wù)正確運(yùn)用概念數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)方式（E-R圖）正確運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)建模工具建立概念模型、轉(zhuǎn)化物理模型、正向工程導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫(kù)腳本以及逆向工程等操作。思政素養(yǎng)要點(diǎn)：養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和系統(tǒng)思維的能力；認(rèn)識(shí)到事物之間的有機(jī)統(tǒng)一和聯(lián)系，強(qiáng)化約束意識(shí)；形成溝通交流、科學(xué)思辯、創(chuàng)新與協(xié)作的能力；項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)項(xiàng)目：高校教學(xué)質(zhì)量分析管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)db_teaching實(shí)踐項(xiàng)目：怡貝銀行業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)db_ebank教學(xué)方法：講解、演示、微課、課中課后實(shí)訓(xùn)實(shí)踐教具：理實(shí)一體化機(jī)房、MySQL8.0、Workbench課時(shí)安排節(jié)次內(nèi)容總課時(shí)其中講授實(shí)訓(xùn)課堂作業(yè)1任務(wù)1設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)與建模6243備課紙（節(jié)）課題：任務(wù)1設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)課時(shí)教學(xué)目的要求：掌握概念數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)方式（E-R圖）掌握邏輯模型轉(zhuǎn)換的原則與方法掌握物理數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)的原則與方法掌握關(guān)系模式的規(guī)范化掌握數(shù)據(jù)庫(kù)建模工具的使用教學(xué)重點(diǎn)：掌握概念數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)方式（E-R圖）掌握邏輯模型轉(zhuǎn)換以及物理數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)的原則與方法掌握關(guān)系模式的規(guī)范化掌握數(shù)據(jù)庫(kù)建模工具的使用教學(xué)難點(diǎn)：合理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需求分析的“應(yīng)用需求”和“數(shù)據(jù)需求”兩大任務(wù)正確運(yùn)用概念數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)方式（E-R圖）正確運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)建模工具建立概念模型、轉(zhuǎn)化物理模型、正向工程導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫(kù)腳本以及逆向工程等操作。教具：理實(shí)一體化機(jī)房、MySQL8.0、MySQLWorkbench課后小結(jié)教學(xué)過(guò)程：引【學(xué)生線上微課學(xué)習(xí)，引出討論題】數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)需要明確哪些任務(wù)，經(jīng)歷哪些階段？數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中的概念模型、邏輯模型和物理模型的關(guān)系如何？概念數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)的方式是什么？目前主流的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)建模工具是什么？導(dǎo)【教師導(dǎo)入任務(wù)情境】EDU格諾博教育公司開(kāi)發(fā)“高校教學(xué)質(zhì)量分析管理系統(tǒng)”，對(duì)于該系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的流程，首先要針對(duì)評(píng)價(jià)、評(píng)分、評(píng)學(xué)、評(píng)教等教學(xué)質(zhì)量相關(guān)管理的數(shù)據(jù)進(jìn)行需求分析，分析出涉及教師、學(xué)生、督導(dǎo)專家、課程、專業(yè)、成績(jī)、評(píng)價(jià)評(píng)分等教學(xué)實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系，在設(shè)計(jì)建立對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的E-R概念結(jié)構(gòu)模型、邏輯結(jié)構(gòu)模型、物理結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上，最終物理實(shí)現(xiàn)得的“高校教學(xué)質(zhì)量分析管理系統(tǒng)”后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)db_teaching。析【教師帶動(dòng)學(xué)生】分析任務(wù)解決實(shí)施的技術(shù)要點(diǎn)，精講任務(wù)解決的要點(diǎn)系統(tǒng)需求分析；實(shí)體關(guān)系概念數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)；物理數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)；關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)范化；PowerDesigner與MySQLWorkbench建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模型一、需求分析用戶的需求具體體現(xiàn)在系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能要求基礎(chǔ)上的各種信息的提供、保存、更新和查詢。也就是通過(guò)調(diào)查現(xiàn)實(shí)世界要處理的對(duì)象、充分了解系統(tǒng)所要進(jìn)行的工作概況，從而確定系統(tǒng)的功能。對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)所要做的需求分析包括“應(yīng)用需求”和“數(shù)據(jù)需求”兩大任務(wù)，即明確系統(tǒng)將有哪些業(yè)務(wù)功能處理的應(yīng)用需求，以及處理的安全性與完整性要求，安全性要求描述系統(tǒng)中的不同用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的使用和操作情況，完整性要求描述數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系以及數(shù)據(jù)的取值范圍要求。并了解用戶需要通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)所存儲(chǔ)和獲得信息的內(nèi)容與性質(zhì)，由這些信息要求可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)需求。二、概念數(shù)據(jù)模型概念數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)的任務(wù)是要?jiǎng)澏ㄏ到y(tǒng)中的各種實(shí)體、實(shí)體的屬性、實(shí)體間的聯(lián)系，用一種圖形化的方式直觀地描述出來(lái)。1.概念模型主要對(duì)象實(shí)體（Entity）屬性（Attribute）關(guān)系（Relation）：一對(duì)一關(guān)系、一對(duì)多關(guān)系和多對(duì)多關(guān)系2.概念模型設(shè)計(jì)步驟抽象數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)局部實(shí)體關(guān)系視圖消除局部視圖沖突，合成初步E-R圖消除冗余，集成全局概念數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯模型設(shè)計(jì)階段就是要將概念模型全局的基本E-R圖轉(zhuǎn)換為與選用的DBMS產(chǎn)品所支持的的數(shù)據(jù)模型相符的邏輯結(jié)構(gòu)。目前的DBMS通常采用支持關(guān)系模型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，在此只介紹關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯模型轉(zhuǎn)換原則與方法。將概念模型E-R圖向關(guān)系型邏輯模型轉(zhuǎn)換要解決的問(wèn)題是實(shí)體、屬性、關(guān)系如何轉(zhuǎn)換及遵循的原則。實(shí)體轉(zhuǎn)換原則：E-R圖中的一個(gè)實(shí)體轉(zhuǎn)換成一個(gè)關(guān)系（二維表），實(shí)體的屬性轉(zhuǎn)換為關(guān)系的字段，實(shí)體的標(biāo)識(shí)符碼轉(zhuǎn)換為關(guān)系的主關(guān)鍵字。關(guān)系轉(zhuǎn)換原則：一對(duì)一（1:1）關(guān)系：可與任意一段對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并，且在其中一個(gè)關(guān)系模式的屬性中加入另一個(gè)關(guān)系模式中的主關(guān)鍵字作為聯(lián)系的屬性，即外關(guān)鍵字。一對(duì)多（1:n）關(guān)系：可與聯(lián)系n端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并，且在n端的關(guān)系模式中加入1端關(guān)系模式的主關(guān)鍵字作為聯(lián)系的屬性，即外關(guān)鍵字。多對(duì)多（m:n）關(guān)系：要將實(shí)體間的聯(lián)系也轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，且與該聯(lián)系相連的各個(gè)關(guān)系模式的主關(guān)鍵字，均加入該聯(lián)系轉(zhuǎn)換的關(guān)系模式中作為聯(lián)系的屬性，即聯(lián)系的關(guān)系模式的外關(guān)鍵字為各相連關(guān)系模式主關(guān)鍵字的組合。物理數(shù)據(jù)模型邏輯模型的關(guān)系模式和字段對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)為物理模型中的二維數(shù)據(jù)表、字段，包括主關(guān)鍵字、外關(guān)鍵字等。本書使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)MySQL8，因此應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)為MySQL的物理模型。五、關(guān)系模式的規(guī)范化關(guān)系模式按其規(guī)范化程度從低到高規(guī)定了幾種范式:第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、BoyeeCodd范式（BCNF）、第四范式（4NF）、第五范式（5NF）、第六范式（6NF）。其級(jí)別越高，條件越嚴(yán)格，高級(jí)的范式包含低級(jí)的范式，比如一個(gè)關(guān)系模式若滿足第二范式，則一定滿足第一范式。在進(jìn)行關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，最低要求要滿足第一范式（1NF），在第一范式的基礎(chǔ)上進(jìn)一步滿足一些要求的為第二范式（2NF）,其余依此類推。通常數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范到滿足第三范式就可以了。將三個(gè)范式應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中，能夠減少數(shù)據(jù)冗余、消除插入更新和刪除的異常?！窘處熍e例實(shí)操演示】對(duì)高校教學(xué)質(zhì)量分析管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)db_teaching——例1：通過(guò)系統(tǒng)需求分析給出功能模塊設(shè)計(jì)分析教學(xué)質(zhì)量分析管理系統(tǒng)面向的用戶群體、系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能，給出“高校教學(xué)質(zhì)量分析管理系統(tǒng)”功能模塊設(shè)計(jì)。例2：“高校教學(xué)質(zhì)量分析管理系統(tǒng)”概念數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)（E-R模型設(shè)計(jì)）（1）確定實(shí)體通過(guò)需求分析確定該系統(tǒng)的實(shí)體包括有學(xué)生、班級(jí)、專業(yè)、輔導(dǎo)員、課程、院系、教師、教研室、督導(dǎo)專家信息表、管理員。（2）確定實(shí)體間關(guān)系1對(duì)多關(guān)系：班級(jí)和學(xué)生、教研室和教師、院系和課程、院系和專業(yè)、院系和輔導(dǎo)員；多對(duì)多關(guān)系：學(xué)生和教師、學(xué)生和課程、課程和班級(jí)、教師和班級(jí)；（3）確定實(shí)體屬性與主關(guān)鍵屬性，建立E-R圖例3：“高校教學(xué)質(zhì)量管理分析系統(tǒng)”邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)通過(guò)概念數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)系統(tǒng)邏輯模型，包含13個(gè)關(guān)系模型，分別為學(xué)生、課程、教師、教研室、督導(dǎo)專家、班級(jí)、專業(yè)、院系、班級(jí)開(kāi)課信息、評(píng)學(xué)評(píng)教成績(jī)、教師教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)、輔導(dǎo)員和管理員。例：課程（課程編號(hào)，課程名稱，所屬院系編號(hào)，課程學(xué)時(shí)數(shù)，課程學(xué)分，課程類型，課程考試類型）例4：“高校教學(xué)質(zhì)量管理分析系統(tǒng)”物理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)通過(guò)邏輯結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)物理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)，以課程關(guān)系為例：課程表結(jié)構(gòu)：fieldtypenullkeydefaultextraCourse_Nochar(6)NoPRINULLCoursevarchar(50)NoNULLDep_Nochar(4)NoMULNULLClass_Hourdecimal(5,1)NoNULLCreditdecimal(3,1)YesNULLCategoryEnum(“公共基礎(chǔ)課”，“專業(yè)課”，“選修課”)NoNULLTest_TypeEnum(“考試”，“考查”)NoNULL【學(xué)生課堂實(shí)踐練習(xí)】六、使用PowerDesigner為數(shù)據(jù)庫(kù)建模使用PowerDesigner可以分別從概念數(shù)據(jù)模型(ConceptualDataModel，CDM)和物理數(shù)據(jù)模型(PhysicalDataModel，PDM)兩個(gè)層次對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.建立概念數(shù)據(jù)模型新建概念模型添加概念模型的實(shí)體對(duì)象并設(shè)置屬性創(chuàng)建實(shí)體間關(guān)系完成系統(tǒng)概念模型設(shè)計(jì)2.轉(zhuǎn)換物理數(shù)據(jù)模型打開(kāi)生成PDM的模型窗口PowerDesigner將“高校教學(xué)質(zhì)量分析管理系統(tǒng)”CDM模型轉(zhuǎn)換成物理數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型正向工程導(dǎo)出MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)腳本數(shù)據(jù)庫(kù)腳本逆向工程生成物理數(shù)據(jù)模型【教師舉例實(shí)操演示】對(duì)高校教學(xué)質(zhì)量分析管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)db_teaching——例5：使用PowerDesigner為高校教學(xué)質(zhì)量分析管理系統(tǒng)建模。【學(xué)生課堂實(shí)踐練習(xí)】使用MySQLWorkbench為數(shù)據(jù)庫(kù)建模MySQLWorkbench也帶有數(shù)據(jù)建模工具，并可把數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為實(shí)際的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象。1.MySQLWorkbench正向工程2.MySQLWorkbench反向工程【教師舉例實(shí)操演示】對(duì)高校教學(xué)質(zhì)量分析管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)db_teaching——例6：使用MySQLWorkbench為高校教學(xué)質(zhì)量分析管理系統(tǒng)建模?！緦W(xué)生課堂實(shí)踐練習(xí)】探【教師指導(dǎo)，學(xué)生小組討論本節(jié)任務(wù)解決方案】通過(guò)需求分析如何實(shí)現(xiàn)“應(yīng)用需求”和“數(shù)據(jù)需求”任務(wù)？如何利用模型建設(shè)技術(shù)與模型工具？解【教師指導(dǎo)，學(xué)生操作實(shí)施解決任務(wù)】依據(jù)“高校教學(xué)質(zhì)量分析管理系統(tǒng)”需求分析的基礎(chǔ)及功能模塊，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行概念數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)E-R模型設(shè)計(jì)，建立概念模型，轉(zhuǎn)換邏輯模型。使用PowerDesigner可以分別從概念數(shù)據(jù)模型(ConceptualDa