Profilbezogene informatische Bildung in den Klassenstufen 9 und 10. Schwerpunktthema Daten und Datenbanken

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1 Profilbezogene informatische Bildung in den Klassenstufen 9 und 10 Schwerpunktthema Robby Buttke Fachberater für Informatik RSA Chemnitz

2 Fachliche Einordnung Phasen relationaler Modellierung Fachlichkeit und Fachdidaktik Profilspezifische Aspekte

3 Begriffe zur Einstimmung DBS = DBMS + DB Datenbanksystem (DBS) systematische und strukturierte Zusammenfassung von Daten eines Problembereiches (DB) einschließlich der zur Eingabe, Verwaltung, Auswertung und Ausgabe erforderlichen Software (DBMS)

4 Begriffe zur Einstimmung Datenbank/Datenbasis (DB) Unter Datenbasis (DB) (engl. data base, Datenbank) versteht man die systematische und strukturierte Sammlung von Daten eines Problembereiches. Datenbankmanagementsystem (DBMS) Software zur Eingabe, Verwaltung, Auswertung und Ausgabe des Datenbestandes der DB

5 Aufgaben eines Datenbanksystems zentrale Speicherung und einheitliche Verwaltung von Daten eines Problembereiches Dienstleistung des Datenzugriffs unter Verwendung von Datenbanksprachen Mechanismen der Datensicherheit (Kontrolle der Legalität des Zugriffs auf die DB, Maßnahmen zur Datensicherheit)

6 Eigenschaften eines Datenbanksystems Trennung von Programm und Daten Fehlerhafte Anwendungen können den Datenbestand in der Regel nicht direkt zerstören, da die Zugriffe auf die Daten über die Funktionen des DBMS indirekt erfolgt. Vermeidung von Redundanz Durch die Optimierung des Modells und somit der Struktur der Datenbank werden Redundanzen vermieden.

7 Eigenschaften eines Datenbanksystems Konsistenz des Datenbestandes Aufgrund der Vermeidung von Redundanzen werden Änderungen im Datenbestand für alle Anwendungen auf die Datenbank sofort wirksam. Konsistenz beschreibt die Widerspruchsfreiheit der Daten einer Datenbasis.

8 Eigenschaften eines Datenbanksystems Integrität des Datenbestandes Integrität schränkt Konsistenz weiter ein. Konsistente Daten können Integritätsbedingungen verletzen, indem sie außerhalb von Definitionsbereichen einzelner Attribute des Datenmodells liegen. Integrität einer DB wird erhöht, indem Integritätsbedingungen formuliert werden.

9 Eigenschaften eines Datenbanksystems Flexible Auswertbarkeit des Datenbestandes Aufgrund der zentralen und einheitlichen Zusammenfassung der Daten ist eine flexible Auswertung des Datenbestandes sowie eine flexible Anpassung an neue Problemstellungen möglich.

10 Informatische Modelle Modelle der Informatik Forderungen an ein informatisches Modell : Trennung wesentlicher und unwesentlicher Merkmale des Wirklichkeitsausschnittes entsprechend dem Ziel der Modellbildung Formulierung des Modells entsprechend der zur Verfügung stehenden Informatiksysteme und somit der Arbeit mit dem Modell Kenntnis zu den Grenzen des Modells Das Modell muss einer algorithmischen Behandlung zugänglich sein Quelle [1]

11 Informatische Modelle Modelle der Informatik Informatische Modellierung Prozess, der als Ergebnis ein informatisches Modell liefert. Modelle der Informatik Alle Modelle im Sinne des Modellbegriffs, die in der Informatik verwendet werden. Ergebnisse informatischer Modellierung können (müssen jedoch nicht zwangsläufig) ein Modell der Informatik darstellen. Quelle [1]

12 reale Probleme/ reale Prozesse/ Informationen Datenmodellierung für Datenbanken z.b. Objekte, deren Eigenschaften und Beziehungen; relationale Modellierung Abbildung Quelle [2] Abbild auf der Maschine/ Daten

13 Informatische Modelle Modelle der Informatik Objektorientierung (zum Beispiel) im Sinne objektorientierter Programmierung (OOP) Ein Programmiermodell Programm als Zusammenfassung miteinander kommunizierender konkreter Objekte (Sammlung von Datenstrukturen und Routinen) Ergebnis ist ein informatisches Modell Quelle [1]

14 Informatische Modelle Modelle der Informatik Objektorientierung im Sinne eines didaktischen Modells, eines didaktischen Werkzeugs Übertragung der objektorientierten Betrachtungsweise als Modell zur Beschreibung und Anwendung von Applikationen Modell der Informatik Quelle [1]

15 Informatische Modelle Modelle der Informatik bei der Behandlung dieses Schwerpunktthemas Informatische Modellierung erfolgt relational Objektorientierung als Modell der Informatik zur Beschreibung des DBMS

16 Phasen relationaler Modellierung Entity-Relationship-Modell Darstellung z.b. als Entity-Relationship-Diagramm Normalisierung relationales Modell Darstellung z.b. mittels Relationenschema Auswertung des Datenbestandes auf der Grundlage der Relationenalgebra

17 Lehrplan ER-Modell, relationales Modell Übertragen des informatischen Modellbegriffs auf die Abbildung von Daten und Datenstrukturen unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen - einfaches Entity-Relationship-Modell - einfaches Entity-Relationship-Diagramm - Relationen/Tabellen Quelle: Lehrplan Informatik/Gymnasium - Wahlgrundkurs

18 ER Modell und ER Diagramm Begriffe (Entity, Entitymenge, Relationship, Attribut, Attributwert, Schlüsselattribut, Kardinalität) Darstellung als ER Diagramm

19 Lehrplan Normalisierung Anwenden von Verfahren zur Optimierung von Modellen am Beispiel relationaler Modelle Normalisierung unter Verwendung von Normalformen Quelle: Lehrplan Informatik/Gymnasium - Wahlgrundkurs

20 Normalisierung Optimierung des Modells entsprechend den Forderungen an ein Modell bzw. den Eigenschaften eines Datenbanksystems unter Anwendung von Normalformen

21 Relationales Modell und Relationenschema Ergebnis der Transformation eines Entity-Relationship- Modells (Diagramms) in ein relationales Modell, welches wiederum die Grundlage für die Implementation des Modells bildet Anwendung von Transformationsregeln Relationenname (Primärschlüssel, Attribut_1,..., Attribut_n, [Fremdschlüssel])

22 Lehrplan Abbildung des Modells Beherrschen der Abbildung des Modells als Repräsentation in Daten unter Verwendung eines Datenbank-Management-Systems Quelle: Lehrplan Informatik/Gymnasium - Wahlgrundkurs

23 Lehrplan Auswertung des Datenbestandes Einblick gewinnen in die Auswertung einer Datenbasis mittels einfacher und zusammengesetzter Abfragen -Auswahl von Zeilen und Spalten nach vorgegebenen Kriterien - Verbund von Tabellen Quelle: Lehrplan Informatik/Gymnasium - Wahlgrundkurs

24 Auswertung des Datenbestandes auf der Grundlage der Relationenalgebra Mithilfe einer Relationenalgebra wird eine Menge von Operationen mit einer Menge von Relationen/Tabellen beschrieben, die eine Auswertung der Datenbank/Datenbasis unter Verwendung verschiedener Anfragesprachen bzw. oberflächen ermöglichen. Das Ergebnis einer solchen Operation ist jeweils wieder eine Relation/Tabelle.

25 Lehrplan Nutzung der Ergebnisse zur Auswertung des Datenbestandes Übertragen der Kenntnisse zur Auswertung einer Datenbasis auf die Nutzung in weiteren Anwendungen Quelle: Lehrplan Informatik/Gymnasium - Wahlgrundkurs

26 ursprüngliche Informationen neue Informationen Abbildungsprozess Daten entstehen als Repräsentanten der Information Interpretationsprozess aus Daten entstehen neue Information Darstellung der Informationen als Abbild auf der Maschine in Form von Daten Quelle [1]

27 [1] R. Buttke: Vortrag Modelle der Informatik, informatische Modellierung Was ist eigentlich Objektorientierung? ; Dresden, Chemnitz, Zwickau, Wurzen Februar 2005 Vortragsfolien: [2] R. Buttke: Vortrag Informatische Modellierung; Hohenstein-Ernstthal Vortragsfolien: [3] Formeln und Tabellen für die Sekundarstufe I Mathematik und Informatik PAETEC Verlag 2003; ISBN [4] SMK: Lehrplan Informatik Gymnasium/Sachsen Quelle:

28 Kontakt Robby Buttke Fachberater für Informatik Regionalschulamt Chemnitz Annaberger Straße Chemnitz Gymnasium Oelsnitz/Erzgeb. Badstraße Oelsnitz/Erzgeb. Tel.: (037298) Fax: (037298)

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