《物流信息技術(shù)與應(yīng)用》（王紫君）081-0 教案 第6課 設(shè)計并建立數(shù)據(jù)庫

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課題第6課設(shè)計并建立數(shù)據(jù)庫課時2課時（90min）教學目標知識目標：（1）熟悉概念模型的相關(guān)術(shù)語，掌握概念模型的E-R圖表示方法（2）掌握E-R圖與關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（3）熟悉數(shù)據(jù)庫的設(shè)計流程、建立數(shù)據(jù)庫的方法技能目標：（1）掌握概念模型的特點，能夠用E-R圖表示概念模型（2）能夠獨立設(shè)計并建立出簡單的數(shù)據(jù)庫態(tài)度目標：通過學習數(shù)據(jù)庫設(shè)計流程，培養(yǎng)實事求是的工作態(tài)度教學重難點教學重點：數(shù)據(jù)庫的設(shè)計流程、建立方法教學難點：各類數(shù)據(jù)模型的理解教學方法問答法、討論法、講授法、練習法教學用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學設(shè)計第1節(jié)課：傳授新知（30min）課堂討論（10min）第2節(jié)課：問題導(dǎo)入（3min）

傳授新知（22min）

任務(wù)實施（15min）

課堂小結(jié)（3min）

作業(yè)布置（2min）教學過程主要教學內(nèi)容及步驟設(shè)計意圖第一節(jié)課課前任務(wù)【教師】根據(jù)上個任務(wù)對數(shù)據(jù)庫的認識，請學生根據(jù)自己的理解或者查找資料，思考如何進行數(shù)據(jù)庫的設(shè)計【學生】按照要求完成課前任務(wù)通過課前任務(wù)，讓學生對數(shù)據(jù)庫的設(shè)計流程有個大概的了解考勤（2min）【教師】使用文旌課堂APP進行簽到【學生】班干部報請假人員及原因培養(yǎng)學生的組織紀律性，掌握學生的出勤情況任務(wù)導(dǎo)入（3min）【教師】講述“任務(wù)導(dǎo)入”中的案例（詳見教材），并提出以下問題結(jié)合該企業(yè)的庫存管理流程和數(shù)據(jù)庫的設(shè)計步驟，思考如何創(chuàng)建庫存管理數(shù)據(jù)庫？【學生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學生的回答，導(dǎo)入本節(jié)課內(nèi)容：設(shè)計并建立數(shù)據(jù)庫通過任務(wù)導(dǎo)入，讓學生能夠大概了解庫存管理流程，如何根據(jù)流程創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫傳授新知（30min）【教師】講解新知，介紹數(shù)據(jù)模型、E-R圖與關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換一、數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫實際上是現(xiàn)實世界中某個應(yīng)用環(huán)境（如企業(yè)、單位或部門）所涉及的數(shù)據(jù)的集合，它反映了數(shù)據(jù)本身的內(nèi)容和數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系?！菊n堂問答】【教師】請學生掃碼觀看“數(shù)據(jù)模型”視頻（詳見教材），并隨機邀請學生回答以下問題什么是數(shù)據(jù)模型？【學生】聆聽、觀看、思考、回答【教師】總結(jié)學生的回答在數(shù)據(jù)庫中，通常用數(shù)據(jù)模型來表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)。在實際的數(shù)據(jù)處理過程中，首先應(yīng)將現(xiàn)實世界的事物及聯(lián)系抽象成信息世界的信息模型，再將信息模型抽象成計算機世界的數(shù)據(jù)模型。也就是說，數(shù)據(jù)要經(jīng)歷現(xiàn)實世界、信息世界和計算機世界的兩級抽象和轉(zhuǎn)換，如圖3-5所示（詳見教材）。按應(yīng)用層次不同，可將數(shù)據(jù)模型分為概念模型、邏輯模型和物理模型。①概念模型：概念模型又稱信息模型，屬于信息世界中的模型。概念模型是按照用戶的觀點對信息建模的，是對現(xiàn)實世界的事物及其聯(lián)系的一級抽象。它不依賴于具體的計算機系統(tǒng)，不涉及信息在計算機中的表示和處理方法，只用來描述信息結(jié)構(gòu)②邏輯模型：邏輯模型屬于計算機世界中的模型，它以計算機的觀點對數(shù)據(jù)進行建模，是對現(xiàn)實世界的二級抽象。邏輯模型主要用于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實現(xiàn)，從概念模型到邏輯模型的轉(zhuǎn)換由數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員完成常見的邏輯模型有層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ廷畚锢砟Ｐ停何锢砟Ｐ褪菍?shù)據(jù)最底層的抽象，是面向計算機系統(tǒng)的模型，用于描述數(shù)據(jù)在磁盤上的存儲方式和存取方法。物理模型的具體實現(xiàn)取決于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用戶一般不用考慮（一）概念模型1．相關(guān)術(shù)語（1）實體。實體是指客觀世界中存在的任何具體或抽象的事物，包括這些事物間的關(guān)聯(lián)。（2）屬性。屬性是指實體的性質(zhì)。一個實體可以有若干個屬性，如一個學生的屬性有學號、姓名、性別、年齡等。（3）實體型。若干個屬性組成的集合可以表示一個實體的類型，簡稱實體型，如學生（學號、姓名、年齡、性別）就是一個實體型。（4）實體集。同型實體的集合稱為實體集，如所有學生、所有課程等。（5）鍵。鍵又稱碼，能唯一標識一個實體的屬性或?qū)傩约Q為實體的鍵，如學生的學號。由于不同學生的姓名相同，因此不能將其作為“學生”這一實體的鍵。（6）域。屬性值的取值范圍稱為該屬性的域，如學號的域為六位數(shù)，姓名的域為字符串集合，性別的域為男或女。（7）聯(lián)系。現(xiàn)實世界中事物內(nèi)部及事物之間的聯(lián)系在信息世界中反映為實體內(nèi)部的聯(lián)系和實體之間的聯(lián)系。實體之間的聯(lián)系分為3種，即一對一聯(lián)系（記為1∶1）、一對多聯(lián)系（記為1∶n）和多對多聯(lián)系（記為m∶n），如圖3-6所示（詳見教材）。2．概念模型的E-R圖表示方法概念模型的表示方法有很多，其中較常用的是陳品山（PeterChen）于1976年提出的實體-聯(lián)系圖（Entity-RelationshipDiagram），簡稱E-R圖。E-R圖提供了表示實體、屬性和聯(lián)系的方法。在E-R圖中，用矩形表示實體，矩形內(nèi)部寫上實體名；用橢圓形表示屬性，內(nèi)部寫上屬性名，并用無向邊與相應(yīng)的實體相連（見教材圖3-7）；菱形表示聯(lián)系，內(nèi)部寫上聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實體相連，同時在無向邊旁標上聯(lián)系的類型（1∶1、1∶n、m∶n），如圖3-8所示（詳見教材）。例如，任務(wù)導(dǎo)入中，小李所在的物流企業(yè)的庫存管理E-R圖如圖3-9所示（詳見教材）?！菊n堂問答】【教師】請學生掃碼觀看“數(shù)據(jù)庫概念模型和E-R圖”視頻（詳見教材），并隨機邀請學生完成以下問題假設(shè)某選課系統(tǒng)具有以下語義約定：一名學生可以選修多門課程，每門課程可以被多名學生選修，即學生與課程之間為多對多聯(lián)系；一名老師可以講授多門課程，每門課程可以被多名老師講授，即老師與課程之間為多對多聯(lián)系；一個系有多名學生，一名學生只能屬于一個系，即系與學生之間是一對多聯(lián)系，同樣，系與老師之間也是一對多聯(lián)系。請根據(jù)這些語義約定建立局部E-R圖，然后將其集成為全局E-R圖。【學生】聆聽、觀看、思考、回答【教師】總結(jié)學生的回答參考教材上小李所在的物流企業(yè)的庫存管理E-R圖，進行繪制。（二）邏輯模型邏輯模型有層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ凸?種。其中，面向?qū)ο竽Ｐ湍芨暾孛枋霈F(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有豐富的表達能力，但是這類模型相對復(fù)雜，涉及知識比較多，目前普及程度不如關(guān)系模型。下面主要介紹前3種邏輯模型。1．層次模型按照層次模型建立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為層次型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。層次模型是指用樹形結(jié)構(gòu)表示實體類型及實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型，它將實體之間的聯(lián)系抽象成一種自上而下的層次關(guān)系，并用樹形結(jié)構(gòu)表示出來，如圖3-10所示（詳見教材）。層次模型的特點如下：（1）一個模型有且只有一個根結(jié)點。所謂根結(jié)點，是指沒有親結(jié)點的結(jié)點。親結(jié)點至少有一個其他結(jié)點是其直接下屬結(jié)點。（2）根結(jié)點以外的其他結(jié)點有且只有一個親結(jié)點。（3）父結(jié)點和子結(jié)點之間是一對多聯(lián)系（1∶n）。層次型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)點是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、清晰，數(shù)據(jù)查詢效率高；缺點是不能直接表示兩個以上實體間的復(fù)雜聯(lián)系，也不能表示實體間的多對多聯(lián)系。2．網(wǎng)狀模型按照網(wǎng)狀模型建立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。網(wǎng)狀模型在層次模型的基礎(chǔ)上去掉了兩個限制，可以更直接地描述現(xiàn)實世界，如圖3-11所示（詳見教材）。網(wǎng)狀模型的特點如下：（1）允許一個以上的結(jié)點沒有親結(jié)點。（2）允許一個結(jié)點有多個親結(jié)點。（3）允許兩個結(jié)點之間有多種聯(lián)系。網(wǎng)狀模型可以表示多個從屬關(guān)系，也可以表示數(shù)據(jù)間的交叉關(guān)系。但其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)時必須選擇適當?shù)拇嫒÷窂?，這勢必會增加編寫應(yīng)用程序的負擔。3．關(guān)系模型按照關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一張規(guī)范化的二維表，每個二維表都可以稱為關(guān)系，實體與實體之間的聯(lián)系也用關(guān)系表示，如表3-3所示（詳見教材）。關(guān)系模型是目前應(yīng)用最多的一種數(shù)據(jù)模型，它將數(shù)據(jù)按邏輯組織成滿足一定條件的二維數(shù)據(jù)表的形式。表中的每一列稱為字段（或?qū)傩裕?，字段名相當于標題欄中的標題；表中的每一行稱為記錄。目前主流數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)基本上都屬于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如Access、VisualFoxPro、SQLServer、Oracle等。關(guān)系模型必須滿足以下幾個基本條件：①表中每一列必須是最基本的數(shù)據(jù)項，不能再分解；②表中每一列必須是相同的數(shù)據(jù)類型；③表中每一列的字段不能重復(fù)；④表中每一條記錄的內(nèi)容不能完全相同；⑤表中行與行、列與列之間的順序不影響表中的數(shù)據(jù)。二、E-R圖與關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換E-R圖與關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換，一般是將繪制好的E-R圖轉(zhuǎn)換成可用的關(guān)系模型，是概念模型向邏輯模型的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換主要是指實體及實體之間聯(lián)系的轉(zhuǎn)換。其中，實體的轉(zhuǎn)換是將實體名轉(zhuǎn)換成關(guān)系名，將實體的屬性轉(zhuǎn)換成關(guān)系的屬性。E-R圖轉(zhuǎn)換為等效的關(guān)系模型的基本規(guī)則如下：（1）把E-R圖中的所有實體及其屬性用關(guān)系模型來表示。（2）把實體之間的聯(lián)系及被聯(lián)系的兩個實體中的有關(guān)信息用一個關(guān)系模型表示。具體方法為：①若兩個實體間為多對多聯(lián)系，則將兩個實體關(guān)系的主鍵（一種用于標識一個記錄的鍵）均放入聯(lián)系中，作為聯(lián)系的主鍵或外鍵（聯(lián)系關(guān)系中還可以包括其他一些有用的附加信息）；②若兩個實體間為一對多聯(lián)系，則可以把“一”關(guān)系的主鍵放入“多”關(guān)系中，作為“多”關(guān)系的外鍵；③若兩實體間為一對一聯(lián)系，則轉(zhuǎn)換時選擇一個合適的實體，在其中放入另一個實體的鍵?！窘處煛恐v解例題3-1和3-2（詳見教材），讓學生掌握E-R圖轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)的方法【課堂問答】【教師】請學生掃碼觀看“E-R圖與關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換”視頻（詳見教材），并隨機邀請學生回答以下問題如圖3-13所示（詳見教材），一名學生可以選修多門課程，一門課程可以被多名學生選修，學生與課程之間是多對多聯(lián)系。請將如圖3-13所示的E-R圖轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)？【學生】聆聽、觀看、思考、回答【教師】總結(jié)學生的回答【學生】聆聽、思考、理解、記錄通過教師講解、課堂問答、講解例題等方式，讓學生了解概念模型的相關(guān)術(shù)語、概念模型的E-R圖表示方法、E-R圖與關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換等相關(guān)知識課堂討論（10min）【教師】對學生進行分組，4～6人一組，每組選出一名組長，然后組織學生以小組為單位討論以下問題總結(jié)概念模型與邏輯模型的特點，二者的區(qū)別在哪里？【學生】聆聽、思考、小組討論，由小組代表上臺發(fā)表討論結(jié)果【教師】總結(jié)學生的回答，并評價各組的表現(xiàn)通過小組討論，鞏固課堂所學知識，幫助學生加深對概念模型與邏輯模型的理解第二節(jié)課問題導(dǎo)入（3min）【教師】隨機邀請學生回答以下問題我們一直在介紹數(shù)據(jù)庫，那么該如何設(shè)計出來一個滿足用戶需求的數(shù)據(jù)庫？【學生】聆聽、思考、回答用問題導(dǎo)入，讓學生思考更深層次的知識，激發(fā)學習興趣傳授新知（22min）【教師】講解新知，介紹數(shù)據(jù)庫設(shè)計流程三、數(shù)據(jù)庫設(shè)計流程數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指根據(jù)用戶的需求，構(gòu)建最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足用戶的需求?！菊n堂問答】【教師】請學生掃碼觀看“數(shù)據(jù)庫設(shè)計流程”視頻（詳見教材），并隨機邀請學生回答以下問題簡述數(shù)據(jù)庫設(shè)計流程?！緦W生】聆聽、觀看、思考、回答【教師】總結(jié)學生的回答數(shù)據(jù)庫設(shè)計可分為以下6個階段（見圖3-14，詳見教材）：需求分析階段、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段、數(shù)據(jù)庫實施階段、數(shù)據(jù)庫運行和維護階段。其中，前兩個階段面向用戶的應(yīng)用要求，面向具體的問題；中間兩個階段面向數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；最后兩個階段面向具體的實現(xiàn)方法。（一）需求分析階段需求分析是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基礎(chǔ)，其主要任務(wù)是全面了解數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)所要解決的問題，收集用戶的業(yè)務(wù)需求并建立文檔。需求分析是在用戶調(diào)查的基礎(chǔ)上進行的，這是一項較為困難的工作。一方面，用戶往往不清楚計算機能為自己做什么，不能為自己做什么，所以提出確切要求較為困難，而且在設(shè)計數(shù)據(jù)庫的過程中，用戶的要求常常會發(fā)生變化；另一方面，設(shè)計人員對用戶所在企業(yè)的業(yè)務(wù)或行業(yè)了解不夠，很難準確地理解客戶的需求。因此，設(shè)計人員必須不斷地與用戶進行溝通和交流，才能逐步了解用戶的實際需求。設(shè)計人員可通過專訪、詢問、問卷調(diào)查和查閱文獻等方式來調(diào)查用戶的需求。（二）概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是指在需求分析的基礎(chǔ)上建立數(shù)據(jù)庫的概念模型，即產(chǎn)生能滿足企業(yè)需求的數(shù)據(jù)庫概念模型。這個概念模型應(yīng)反映企業(yè)各部門的信息結(jié)構(gòu)、信息流動情況、信息間的相互制約關(guān)系，以及各部門對信息存儲、查詢和加工的要求等。（三）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段這一階段的主要工作是將企業(yè)的概念模型轉(zhuǎn)換為某個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的關(guān)系模型，并對其進行優(yōu)化。（四）物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段這一階段主要是根據(jù)特定數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所提供的多種存儲結(jié)構(gòu)和存取方法，為具體的應(yīng)用任務(wù)選定最合適的物理存儲結(jié)構(gòu)（包括文件類型、索引結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫的存放次序與邏輯等）、存取方法和存取路徑等。（五）數(shù)據(jù)庫實施階段這一階段的主要任務(wù)是建立數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，裝入試驗數(shù)據(jù)并對應(yīng)用程序進行測試，以驗證數(shù)據(jù)庫的正確性與合理性。（六）數(shù)據(jù)庫運行和維護階段數(shù)據(jù)庫在經(jīng)過一段時間的試運行并經(jīng)設(shè)計人員評審、修改后，就可以進入正式的運行階段。由于應(yīng)用環(huán)境在不斷變化，在運行過程中，數(shù)據(jù)庫的物理存儲也會發(fā)生變化。因此在正式運行階段，還必須不斷地對數(shù)據(jù)庫進行評價、調(diào)整與修改。四、建立數(shù)據(jù)庫下面以表3-4～表3-8為例，在Access2016中建立“企業(yè)庫存管理系統(tǒng)”數(shù)據(jù)庫，具體操作如下。【教師】講解并演示建立數(shù)據(jù)庫的具體方法步驟1啟動Access2016，在起始頁中的“空白數(shù)據(jù)庫”圖標上單擊，在彈出的界面中輸入數(shù)據(jù)庫名稱“企業(yè)庫存管理系統(tǒng)”，單擊“”按鈕，為該文件設(shè)置保存位置，最后單擊“創(chuàng)建”按鈕。步驟2在默認創(chuàng)建的空表“表1”標簽上單擊鼠標右鍵，在彈出的下拉列表中選擇“關(guān)閉”選項。單擊“創(chuàng)建”選項卡“表格”組中的“表設(shè)計”按鈕（見圖3-15，詳見教材），進入表的設(shè)計視圖。在該視圖中按照表3-4中的要求輸入相應(yīng)的字段名稱，然后設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，最后在“供應(yīng)商編碼”字段上單擊鼠標右鍵，從彈出的快捷菜單中選擇“主鍵”選項，結(jié)果如圖3-16所示（詳見教材）。【課堂問答】【教師】隨機邀請學生回答以下問題上述步驟2中出現(xiàn)了“主鍵”選項，那么什么是主鍵？【學生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學生的回答“主鍵”即主關(guān)鍵字，每張表都必須有一個主鍵。使用主鍵除了可以避免表中有重復(fù)記錄，減少冗余數(shù)據(jù)外，還可將其作為對表中數(shù)據(jù)進行排序、篩選和建立表關(guān)系的依據(jù)?？梢栽O(shè)置為主鍵的字段必須具有兩個特性：字段的值不能重復(fù)；字段必須有代表性。例如，在供應(yīng)商資料表中，最好不要將“聯(lián)系人”字段設(shè)為主鍵，因為姓名有可能相同；而“供應(yīng)商編碼”是唯一且具有代表性的字段，因此可將其設(shè)為主鍵。步驟3在圖3-16中（詳見教材）的“表1”標簽上單擊鼠標右鍵，選擇“保存”選項，在彈出的“另存為”對話框的“表名稱”編輯框中輸入“供應(yīng)商資料表”，然后單擊“確定”按鈕。步驟4在表名稱上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“數(shù)據(jù)表視圖”選項，切換到數(shù)據(jù)表視圖，然后在該視圖中依次填入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖3-17所示（詳見教材）?！拘√崾尽坎襟E5在“供應(yīng)商資料表”標簽上單擊鼠標右鍵，選擇“保存”選項。步驟6按照同樣的方法完成其他4個表的設(shè)計，結(jié)果如圖3-18～圖3-21所示（詳見教材）?！緦W生】聆聽、觀看、思考、理解、記錄通過教師講解、課堂問答等方式，讓學生了解數(shù)據(jù)庫設(shè)計流程；通過演示在Access中建立“企業(yè)庫存管理系統(tǒng)”數(shù)據(jù)庫，使學生掌握使用Access建立數(shù)據(jù)庫的方法任務(wù)實施（15min）【教師】組織學生完成以下任務(wù)R物流企業(yè)除了經(jīng)營物流運輸業(yè)務(wù)外，還代銷塑料托盤、周轉(zhuǎn)箱、