Unterrichtssequenzen

Zu entwickelnde Kompetenzen

Beispiele, Medien, Materialien

1. Nutzung von relationalen Datenbanken

(a) Aufbau von Datenbanken und Grundbegriffe

• Entwicklung von Fragestellungen zur vorhandenen Datenbank
• Analyse der Struktur der vorgegebenen Datenbank und Erarbeitung der Begriffe Tabelle, Attribut, Datensatz, Datentyp, Primärschlüssel, Fremdschlüssel, Relationenschema, Datenbankschema

(b) SQL-Abfragen

• Analyse vorgegebener SQL-Abfragen und Erarbeitung der Sprachelemente von SQL (SELECT (DISTINCT) …FROM, WHERE, AND, OR, NOT) auf einer Tabelle
• Analyse und Erarbeitung von SQL-Abfragen auf einer und mehreren Tabelle zur Beantwortung der Fragestellungen (JOIN und Varianten, UNION, AS, GROUP BY,ORDER BY, ASC, DESC, COUNT, MAX, MIN, SUM, AVG, Arithmetische Operatoren: +, -, *, /, (…), Vergleichsoperatoren: =, <>, >, <, >=, <=, LIKE, BETWEEN, IN, IS NULL)

(c) Vertiefung an einem weiteren Datenbankbeispiel

Die Schülerinnen und Schüler

• ermitteln für anwendungsbezogene Problemstellungen Entitäten, zugehörige Attribute, Relationen und Kardinalitäten (M),
• stellen Entitäten mit ihren Attributen und die Beziehungen zwischen Entitäten mit Kardinalitäten in einem Entity-Relationship-Diagramm grafisch dar (D),
• modifizieren eine Datenbankmodellierung (M),
• modellieren zu einem Entity-Relationship-Diagramm ein relationales Datenbankschema (M),
• bestimmen Primär- und Sekundärschlüssel (M),
• implementieren ein relationales Datenbankschema als Datenbank (I),
• analysieren und erläutern eine Datenbankmodellierung (A),
• erläutern die Eigenschaften normalisierter Datenbankschemata (A),
• überprüfen Datenbankschemata auf vorgegebene Normalisierungseigenschaften (D),
• überführen Datenbankschemata in die 1. bis 3. Normalform (M),
• ermitteln Ergebnisse von Datenbankabfragen über mehrere verknüpfte Tabellen (D),
• analysieren und erläutern die Syntax und Semantik einer Datenbankabfrage (A),
• verwenden die Syntax und Semantik einer Datenbankabfragesprache, um Informationen aus einem Datenbanksystem zu extrahieren (I),
• erläutern Eigenschaften und Aufbau von Datenbanksystemen unter dem Aspekt der sicheren Nutzung (A).

Beispiel: VideoCenter

VideoCenter ist die Simulation einer Online-Videothek für den Informatik-Unterricht mit Webfrontend zur Verwaltung der Kunden, der Videos und der Ausleihe. Außerdem ist es möglich direkt SQL-Abfragen einzugeben. Es ist auch möglich, die Datenbank herunterzuladen und lokal zu installieren. Unter http://dokumentation.videocenter.schule.de/old/video/index.html (abgerufen: 01. 02. 2016) findet man den Link zu dem VideoCenter-System sowie nähere Informationen. Lesenswert ist auch die dort verlinkte „Dokumentation der Fallstudie” mit didaktischem Material, welches alternativ bzw. ergänzend zu der im Folgenden beschriebenen Durchführung verwendet werden kann.

Unter www.brd.nrw.de/lerntreffs/informatik/structure/material/sek2/datenbanken.php (abgerufen: 01. 02. 2016) wird eine Datenbank zur Verfügung gestellt, die Daten einer Schulbuch-Ausleihe enthält (über 1000 Entleiher, 200 Bücher mit mehreren tausend Exemplaren und viele Ausleihvorgänge). Die Datenbank kann in OpenOffice eingebunden werden.

2. Modellierung von relationalen Datenbanken

(a) Entity-Relationship-Diagramm

• Ermittlung von Entitätstypen, Attributen zugehöriger Entitäten, Beziehungstypen und Kardinalitäten in Anwendungssituationen und Modellierung eines Datenbankentwurfs in Form eines Entity-Relationship-Diagramms
• Erläuterung und Modifizierung einer Datenbankmodellierung

(b) Entwicklung einer Datenbank aus einem Datenbankentwurf

• Modellierung eines relationalen Datenbankschemas zu einem Entity-Relationship-Diagramm inklusive der Bestimmung von Primär- und Sekundärschlüsseln

(c) Redundanz, Konsistenz und Normalformen

• Untersuchung einer Datenbank hinsichtlich Konsistenz und Redundanz in einer Anwendungssituation
• Überprüfung von Datenbankschemata hinsichtlich der 1. bis 3. Normalform und Normalisierung (um Redundanzen zu vermeiden und Konsistenz zu gewährleisten)

Beispiel: Fahrradverleih

Der Fahrradverleih BTR (BikesToRent) verleiht unterschiedliche Typen von Fahrrädern diverser Firmen an seine Kundinnen und Kunden. Die Kundinnen und Kunden sind bei BTR registriert (Name, Adresse, Telefon). BTR kennt von den Fahrradfirmen den Namen und die Telefonnummer. Kundinnen und Kunden von BTR können CityBikes, Trekkingräder und Mountainbikes ausleihen.

Beispiel: Reederei

Die Datenverwaltung einer Reederei soll in einem Datenbanksystem umgesetzt werden. Ausgehend von der Modellierung soll mit Hilfe eines ER-Modells und eines Datenbankschemas dieser erste Entwurf normalisiert und in einem Datenbanksystem umgesetzt werden. Es schließen sich diverse SQL-Abfragen an, wobei auf die Relationenalgebra eingegangen wird.

Beispiel: Buchungssystem

In dem Online-Buchungssystem einer Schule können die Lehrenden Medienräume, Beamer, Laptops, Kameras, usw. für einen bestimmten Zeitpunkt buchen, der durch Datum und die Schulstunde festgelegt ist. Dazu ist die Datenbank zu modellieren, ggf. zu normalisieren und im Datenbanksystem umzusetzen. Weiter sollen sinnvolle Abfragen entwickelt werden. Unter http://mrbs.sourceforge.net (abgerufen: 01. 02. 2016) findet man ein freies Online-Buchungssystem inklusive Demo, an Hand derer man erläutern kann, worum es in dem Projekt geht.

Beispiel: Schulverwaltung

In einer Software werden die Schulhalbjahre, Jahrgangsstufen, Kurse, Klassen, Schülerinnen und Schüler, Lehrende und Noten einer Schule verwaltet. Man kann dann ablesen, dass z.B. Schüler X von Lehrerin Y im 2. Halbjahr des Schuljahrs 2011/2012 in der Jahrgangsstufe 9 im Differenzierungsbereich im Fach Informatik die Note „sehr gut“ erhalten hat. Dazu ist die Datenbank zu modellieren, ggf. zu normalisieren und im Datenbanksystem umzusetzen. Weiter sollen sinnvolle Abfragen entwickelt werden und auf das Thema Datenschutz eingegangen werden.