Einführung in die Datenmodellierung
Unterrichtseinheit
Die bewusste Wahrnehmung vertrauter Datenbankanwendungen ist ein guter Ausgangspunkt für das so oft geforderte Lernen im Kontext und kann anschließend durch eine fortschreitende Analyse entsprechender Systeme vertieft werden. In dieser Unterrichtseinheit erstellen Schülerinnen und Schüler mit Access ein Buchungssystem für Flüge.Über ein Brainstorming werden zunächst die theoretischen und praktischen Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler ermittelt. Nach einer Feedbackrunde wird mit dem Anlegen einer einfachen Beispieldatenbank begonnen. Diese enthält zwei Tabellen (Flüge und Kunden), die implizit Entitätsmengen darstellen und durch eine weitere Tabelle (Beziehungsmenge) in Beziehung zueinander gebracht werden. Nachfolgend werden der Aufbau der Tabellen erklärt und wichtige Merkmale (Attribute, Datensätze, Datentypen, Primärschlüssel et cetera) benannt. Der Unterricht wird mit dem Einstieg in das Entitäts-Beziehungsmodell fortgesetzt. Auf etwas abstrakterem Niveau wird allgemein von Daten und Beziehungen gesprochen, die symbolisch durch verschiedene grafische Elemente abgebildet werden. Ein Rückgriff auf das erste Beispiel zeigt, dass das Datenbankmodell, welches Entitäten und Beziehungen in Tabellen darstellt, als relationales Datenbankmodell bezeichnet wird. An dieser Stelle muss lediglich darauf geachtet werden, dass die Primärschlüssel der Entitätsmengen in die Tabelle der Beziehungsmenge übernommen werden und dort einen Fremdschlüssel definieren. Anhand weiterer Bespiele wird in einer Gruppenarbeitsphase die Überführung vom Entitäts-Beziehungsmodell in eine relationale Datenbank geübt. Die Beispiele werden an einer Datenbank umgesetzt. Die Unterrichtseinheit, die Bestandteil der Unterrichtsreihe zum Thema Relationale Datenbanken ist, wird mit dem Zugriff auf den Datenbankinhalt über einfache SQL-Befehle abgeschlossen.Viele Schülerinnen und Schüler lernen im Informatikunterricht zu programmieren, verschiedene Algorithmen einzusetzen und deren Effizienz zu beurteilen. Und um es auf den Punkt zu bringen: vielleicht sogar in etwas übertriebenem Maße? Das Thema Datenbanken bietet dagegen die Möglichkeit, einen Perspektivwechsel im Informatikunterricht zu vollziehen. Das im Lernplan geforderte "Lernen im Kontext" kann seinen Ausgangspunkt in der bewussten Wahrnehmung vertrauter Datenbankanwendungen und anschließend eine fortschreitende Analyse solcher Systeme zur Folge haben. Ebenfalls hervorgehoben werden muss der Modellierungsaspekt, der im Unterricht stattfindet: Theoretische Grundkenntnisse werden angewendet, um zunehmend komplexere Anforderungsdefinitionen praktisch umzusetzen. Der Unterricht ist gelungen, wenn die Schülerinnen und Schüler verschiedene Ansätze und Lösungsmöglichkeiten diskutieren und Vor- und Nachteile gegenüberstellen. Der Perspektivwechsel im Informatikunterricht wird gewährleistet, wenn die Wirkprinzipien von Informationssystemen (zum Beispiel der Zugriff auf Informationen beziehungsweise die Verteilung von Informationen) als neue Basistechnologie neuer gesellschaftlicher Entwicklungen erfahren und begriffen werden. Einstieg und Anlegen von Tabellen Nach einem Brainstorming wird mit dem Anlegen einer Datenbank in Access 2000 begonnen. Beziehungsmengen im Entitäts-Beziehungsmodell Die Schülerinnen und Schüler legen eine Beziehungsmenge an und erstellen ein Entitäts-Beziehungsmodell. Die Schülerinnen und Schüler sollen einfachste Anwendungsbeispiele in einer Datenbank über GUI (zum Beispiel Access) umsetzen. wichtige Strukturen und Bestandteile einer relationalen Datenbank benennen und erläutern können. die zentralen Elemente des Entitäts-Beziehungsmodells beschreiben. einfache relationale Datenbankmodelle ableiten (ohne expliziten Gebrauch von Abbildungsregeln). mit grundlegenden SQL-Befehlen auf den Datenbankinhalt zugreifen beziehungsweise den Datenbankinhalt ändern. Thema Relationale Datenbanken (I): Einführung in die Datenmodellierung mit Access Autor Michael Kowalski Fach Informatik Zielgruppe Jahrgangsstufe 12 Zeitraum etwa 7 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Windowsrechner in ausreichender Anzahl (für Einzel- oder Partnerarbeit) Software Access 2000 Einstieg Der Einstieg in das Thema erfolgt über ein visualisiertes Brainstorming, das sich an drei Leitfragen orientiert: Was verbinden Sie mit dem Begriff Datenbank? Welche Datenbanken beziehungsweise Datenbankanwendungen kennen Sie? Welche praktischen Erfahrungen haben Sie im Umgang mit Datenbanken? Die Schülerinnen und Schüler schreiben Ihre Antworten auf Karteikärtchen und ordnen Sie am Flipchart den einzelnen Fragen zu. Anschließend werden die Antworten auf den Karteikarten nach Kategorien (Struktur, Informationsspeicher, Datenbanken et cetera) neu sortiert. Im weiteren Verlauf der Unterrichtsreihe besteht die Möglichkeit auf die Ergebnisse der ersten Umfrage wieder einzugehen, genannte Begriffe und andere Formulierungen zu konkretisieren. Anlegen der ersten Tabellen Ohne alle Fragen beantworten und vorläufige Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler vertiefen zu müssen, kann mit dem Aufbau einer ersten Datenbank begonnen werden (Buchungssystem). Es werden einfache Tabellen angelegt (Flüge, Kunden). Den Arbeitsauftrag finden die Kursteilnehmerinnen und Teilnehmer auf dem Arbeitsblatt (ab1_buchungssystem_anlegen.pdf). Zumindest zu Beginn sollte Wert darauf gelegt werden, dass entsprechenden Attributen sinnvolle Wertebereiche ( integer, date, char et cetera) zugeordnet werden. Für jede Tabelle wird die Bedeutung des Primärschlüssels herausgestellt und diskutiert, welche Attribute als Primärschlüssel definiert werden können. Die Datensätze für die Tabellen flug und kunde können manuell eingegeben oder über die Dateien "buchungssystem_ds_kunde.txt" und "buchungssystem_ds_flug.txt" importiert werden. Lesen Sie dazu auch die Datei "readme_buchungssystem_access.txt". Beziehungsmengen Interessanter als das Anlegen der ersten Tabellen wird schon das Anlegen der Tabelle, die beide Entitätsmengen (Flüge, Kunden) sinnvoll miteinander verbindet. Den Schülerinnen und Schülern soll klar sein, welche Attribute aus den vorhandenen Tabellen übernommen werden müssen, um die Konsistenz der Datensätze zu garantieren. Im konkreten Fall heißt das, dass keine Buchungen für Kunden und Flüge durchgeführt werden, die nicht in den Tabellen flug und kunde enthalten sind. Die Datensätze für die Tabelle buchung können der Datei "buchungssystem_ds_buchung.txt" entnommen werden. Achten Sie auf die richtige Reihenfolge der Attribute in der Tabelle buchung (bnr, knr, flugnr, sitz). Entitäts-Beziehungsmodell Nach dem Anlegen der ersten Datenbank kann ohne große Schwierigkeiten das Entitäts-Beziehungsmodell vorgestellt werden. Die Begriffe und grafischen Elemente (Rechtecke und Rauten) können auf das Beispiel Buchungssystem übertragen werden. Dazu wird das Arbeitsblatt "ab2_einfuehrung_datenmodellierung.pdf" bearbeitet. Die neuen Begriffe aus dem Entitäts-Beziehungsmodell werden für ein zweites Beispiel angewendet. Die Schülerinnen und Schüler erstellen in Gruppenarbeit ein einfaches Entitäts-Beziehungsmodell für eine Schulbibliothek und benennen Tabellen der zugehörigen relationalen Datenbank. Es wird sich herausstellen, dass nicht alle Gruppen das Problem gleich lösen werden. Schon hier bieten sich Möglichkeiten, Vor- und Nachteile einzelner Vorschläge zu diskutieren. Die Schülerinnen und Schüler diskutieren zum Beispiel folgende Fragestellungen: Können Lehrkräfte, Schülerinnen und Schüler gleichzeitig mehrere Bücher ausleihen? Was muss dann beachtet werden? Können Lehrkräfte, Schülerinnen und Schüler zu einer Entitätsmenge zusammengefasst werden? Wie können Ausleihfristen berücksichtigt werden? Was muss die Entitätsmenge "Bücher" beinhalten? Nach dem Einsteig in die Datenmodellierung werden das erste Beispiel Buchungssystem in Access fertig gestellt ("buchungssystem_access_2000.mdb") und das Arbeitsblatt "ab3_einstieg_sql_buchungssystem" bearbeitet. Es wird erklärt, wie mit den Befehlen select, update, insert und delete auf den Datenbankinhalt zugegriffen werden kann. Jürgen Burkert, Roland Lächa Datenbanken - Informatik für die Sekundarstufe II Hessisches Landesinstitut für Pädagogik Wiesbaden, 2002, 2. überarbeite Auflage, ISBN 3-88327-372-4 Markus Asmuth Online-Projekte mit PHP und MySQL Bildungsverlag EINS, Troisdorf 2004, 1. Auflage ISBN 3-427-01154-2 Thomas Demming Anfangen, Anwenden, Verstehen Addison-Wesley, München 2003 ISBN 3-8273-2070-4 Andreas Meier Relationale Datenbanken Leitfaden für die Praxis Springer, Berlin, 2003, 5.Auflage ISBN 3-540-00905-1 Alfons Kemper, Andre Eickler Datenbanksysteme Eine Einführung Oldenbourg, 2004, 5. Auflage ISBN 3-486-27392-2