MySQL数据库技术与应用（微课版）教案 6 数据库设计

第3章面向对象（上）备课纸（章）课题：项目模块6数据库设计篇课时教学目的要求：掌握数据库系统通过需求分析的实现“应用需求”和“数据需求”掌握概念数据模型设计方式（E-R图）掌握逻辑模型转换的原则与方法掌握物理数据模型实现的原则与方法掌握关系模式的规范化掌握数据库建模工具的使用教学重点：掌握概念数据模型设计方式（E-R图）掌握逻辑模型转换以及物理数据模型实现的原则与方法掌握关系模式的规范化掌握数据库建模工具的使用教学难点：合理实现系统需求分析的“应用需求”和“数据需求”两大任务正确运用概念数据模型设计方式（E-R图）正确运用数据库建模工具建立概念模型、转化物理模型、正向工程导出数据库脚本以及逆向工程等操作。思政素养要点：养成科学严谨的工作态度和系统思维的能力；认识到事物之间的有机统一和联系，强化约束意识；形成沟通交流、科学思辩、创新与协作的能力；项目数据库教学项目：高校教学质量分析管理系统数据库db_teaching实践项目：怡贝银行业务管理系统数据库db_ebank教学方法：讲解、演示、微课、课中课后实训实践教具：理实一体化机房、MySQL8.0、Workbench课时安排节次内容总课时其中讲授实训课堂作业1任务1设计系统数据库与建模6243备课纸（节）课题：任务1设计系统数据库课时教学目的要求：掌握概念数据模型设计方式（E-R图）掌握逻辑模型转换的原则与方法掌握物理数据模型实现的原则与方法掌握关系模式的规范化掌握数据库建模工具的使用教学重点：掌握概念数据模型设计方式（E-R图）掌握逻辑模型转换以及物理数据模型实现的原则与方法掌握关系模式的规范化掌握数据库建模工具的使用教学难点：合理实现系统需求分析的“应用需求”和“数据需求”两大任务正确运用概念数据模型设计方式（E-R图）正确运用数据库建模工具建立概念模型、转化物理模型、正向工程导出数据库脚本以及逆向工程等操作。教具：理实一体化机房、MySQL8.0、MySQLWorkbench课后小结教学过程：引【学生线上微课学习，引出讨论题】数据库设计需要明确哪些任务，经历哪些阶段？数据库设计中的概念模型、逻辑模型和物理模型的关系如何？概念数据模型实现的方式是什么？目前主流的数据库设计建模工具是什么？导【教师导入任务情境】EDU格诺博教育公司开发“高校教学质量分析管理系统”，对于该系统的后台数据库进行设计与实现的流程，首先要针对评价、评分、评学、评教等教学质量相关管理的数据进行需求分析，分析出涉及教师、学生、督导专家、课程、专业、成绩、评价评分等教学实体以及实体间的联系，在设计建立对数据库的E-R概念结构模型、逻辑结构模型、物理结构模型基础上，最终物理实现得的“高校教学质量分析管理系统”后台数据库db_teaching。析【教师带动学生】分析任务解决实施的技术要点，精讲任务解决的要点系统需求分析；实体关系概念数据模型设计；物理数据模型设计；关系数据库的规范化；PowerDesigner与MySQLWorkbench建立系统数据库模型一、需求分析用户的需求具体体现在系统业务功能要求基础上的各种信息的提供、保存、更新和查询。也就是通过调查现实世界要处理的对象、充分了解系统所要进行的工作概况，从而确定系统的功能。对系统的数据库设计所要做的需求分析包括“应用需求”和“数据需求”两大任务，即明确系统将有哪些业务功能处理的应用需求，以及处理的安全性与完整性要求，安全性要求描述系统中的不同用户对数据库的使用和操作情况，完整性要求描述数据之间的关联关系以及数据的取值范围要求。并了解用户需要通过数据库所存储和获得信息的内容与性质，由这些信息要求可以导出数据需求。二、概念数据模型概念数据模型设计的任务是要划定系统中的各种实体、实体的属性、实体间的联系，用一种图形化的方式直观地描述出来。1.概念模型主要对象实体（Entity）属性（Attribute）关系（Relation）：一对一关系、一对多关系和多对多关系2.概念模型设计步骤抽象数据、设计局部实体关系视图消除局部视图冲突，合成初步E-R图消除冗余，集成全局概念数据结构模型逻辑数据模型逻辑模型设计阶段就是要将概念模型全局的基本E-R图转换为与选用的DBMS产品所支持的的数据模型相符的逻辑结构。目前的DBMS通常采用支持关系模型的关系数据库管理系统，在此只介绍关系数据库的逻辑模型转换原则与方法。将概念模型E-R图向关系型逻辑模型转换要解决的问题是实体、属性、关系如何转换及遵循的原则。实体转换原则：E-R图中的一个实体转换成一个关系（二维表），实体的属性转换为关系的字段，实体的标识符码转换为关系的主关键字。关系转换原则：一对一（1:1）关系：可与任意一段对应的关系模式合并，且在其中一个关系模式的属性中加入另一个关系模式中的主关键字作为联系的属性，即外关键字。一对多（1:n）关系：可与联系n端对应的关系模式合并，且在n端的关系模式中加入1端关系模式的主关键字作为联系的属性，即外关键字。多对多（m:n）关系：要将实体间的联系也转换为关系模式，且与该联系相连的各个关系模式的主关键字，均加入该联系转换的关系模式中作为联系的属性，即联系的关系模式的外关键字为各相连关系模式主关键字的组合。物理数据模型逻辑模型的关系模式和字段对应实现为物理模型中的二维数据表、字段，包括主关键字、外关键字等。本书使用关系型数据库管理系统MySQL8，因此应用的数据库的物理结构为MySQL的物理模型。五、关系模式的规范化关系模式按其规范化程度从低到高规定了几种范式: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）。其级别越高，条件越严格，高级的范式包含低级的范式，比如一个关系模式若满足第二范式，则一定满足第一范式。在进行关系数据库设计时，最低要求要满足第一范式（1NF），在第一范式的基础上进一步满足一些要求的为第二范式（2NF）,其余依此类推。通常数据库规范到满足第三范式就可以了。将三个范式应用到数据库设计中，能够减少数据冗余、消除插入更新和删除的异常。【教师举例实操演示】对高校教学质量分析管理系统数据库db_teaching——例1：通过系统需求分析给出功能模块设计分析教学质量分析管理系统面向的用户群体、系统业务功能，给出“高校教学质量分析管理系统”功能模块设计。例2：“高校教学质量分析管理系统”概念数据结构模型设计（E-R模型设计）（1）确定实体通过需求分析确定该系统的实体包括有学生、班级、专业、辅导员、课程、院系、教师、教研室、督导专家信息表、管理员。（2）确定实体间关系1对多关系：班级和学生、教研室和教师、院系和课程、院系和专业、院系和辅导员；多对多关系：学生和教师、学生和课程、课程和班级、教师和班级；（3）确定实体属性与主关键属性，建立E-R图例3：“高校教学质量管理分析系统”逻辑数据结构模型设计通过概念数据模型设计系统逻辑模型，包含13个关系模型，分别为学生、课程、教师、教研室、督导专家、班级、专业、院系、班级开课信息、评学评教成绩、教师教学质量评价、辅导员和管理员。例：课程（课程编号，课程名称，所属院系编号，课程学时数，课程学分，课程类型，课程考试类型）例4：“高校教学质量管理分析系统”物理数据结构模型设计通过逻辑结构实现物理数据结构模型设计，以课程关系为例：课程表结构：fieldtypenullkeydefaultextraCourse_Nochar(6)NoPRINULLCoursevarchar(50)NoNULLDep_Nochar(4)NoMULNULLClass_Hourdecimal(5,1)NoNULLCreditdecimal(3,1)YesNULLCategoryEnum(“公共基础课”，“专业课”，“选修课”)NoNULLTest_TypeEnum(“考试”，“考查”)NoNULL【学生课堂实践练习】六、使用PowerDesigner为数据库建模使用PowerDesigner可以分别从概念数据模型(ConceptualDataModel，CDM)和物理数据模型(PhysicalDataModel，PDM)两个层次对数据库进行设计。1.建立概念数据模型新建概念模型添加概念模型的实体对象并设置属性创建实体间关系完成系统概念模型设计2.转换物理数据模型打开生成PDM的模型窗口PowerDesigner将“高校教学质量分析管理系统”CDM模型转换成物理数据模型物理数据模型正向工程导出MySQL数据库脚本数据库脚本逆向工程生成物理数据模型【教师举例实操演示】对高校教学质量分析管理系统数据库db_teaching——例5：使用PowerDesigner为高校教学质量分析管理系统建模。【学生课堂实践练习】使用MySQLWorkbench为数据库建模MySQLWorkbench也带有数据建模工具，并可把数据模型转换为实际的数据库对象。1.MySQLWorkbench正向工程2.MySQLWorkbench反向工程【教师举例实操演示】对高校教学质量分析管理系统数据库db_teaching——例6：使用MySQLWorkbench为高校教学质量分析管理系统建模。【学生课堂实践练习】探【教师指导，学生小组讨论本节任务解决方案】通过需求分析如何实现“应用需求”和“数据需求”任务？如何利用模型建设技术与模型工具？解【教师指导，学生操作实施解决任务】依据“高校教学质量分析管理系统”需求分析的基础及功能模块，对该系统进行概念数据结构E-R模型设计，建立概念模型，转换逻辑模型。使用PowerDesigner可以分别从概念数据模型(ConceptualDa