Überführung eines ER-Diagramms in ein relationales Schema

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1 Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg Institut für Informatik Prof. Dr. Barbara Paech Dr. Elisabeth Krauss Fachdidaktische Übung Informatik Unterrichtsentwurf zum Thema Überführung eines ER-Diagramms in ein relationales Schema Verfasser: Sebastian Huber Mannheim, Februar 2012

2 Inhaltsverzeichnis 1. Überblick Rahmenbedingungen Bildungsplanbezug und Bezug zur Allgemeinbildung Bildungsplanbezug Allgemeinbildung Fundamentale Ideen der Informatik Lernziele und Lernzieltaxonomie Verlaufsplan Verlauf des Unterrichts Begrüßung und Vorstellung Einstiegsphase Besprechung des Arbeitsauftrages Einführung in das Thema Erarbeitungsphase Ergebnissicherung Besprechung des Arbeitsauftrages Begründung der Unterrichtsgestaltung Gesamtplanung Motivation Begründung der Unterrichtsphasen Reflexion Anhang Literaturverzeichnis... 24! "!

3 1. Überblick Klasse Fachlehrer Bildungsstandard Dauer JS1 (Jahrgansstufe 1) des Wirtschaftsgymnasiums mit Profilfach Wirtschaftsinformatik. Harald Mohrhardt Datum 09. Januar Grundlagen eines relationalen Datenbanksystems 1 90 Minuten (11:30 13:05 Uhr; inklusive kleine Pause von 12:15 12:20 Uhr) Benötigte Vorkenntnisse Datentypen (z.b. integer, string etc.) Grundlegende Kenntnisse über das Entity-Relationship-Modell Funktion eines Primärschlüssels Funktionalitäten der Beziehungen Vorausgegangene Stunde(n) Nachfolgende Stunde Hauptlernziel Teillernziele Methoden Materialien Medien Erstellen eines Entity-Relationship-Modells für den Verkaufsprozess eines Online-Shops Normalisierung bis 3NF (3. Normalform) Die Schülerinnen und Schüler sind in der Lage, ein ER-Diagramm ohne fremde Hilfe fehlerfrei in die relationale Darstellung zu überführen. %&!'()*+&,%--&-!.-!'()*+&,!01--&-222!!" 222%&! 3&4,%55&!!"#%&'()* +,-#."#0 %%1&23%)* 4%%1&23%)* 4%%1&23%5"1%*.-* 637"#*%-!&%4&-&-!67,8&-!&,0+9,&-2! #" 222%&! :-8%898&-! &%-&;! :<=%>4,>??;! 5&)+&,5,&%! %-! %&!,&+>8%7->+&! " 222%&! 3&A%&).-4&-! &%-&;! :<= %>4,>??;! 5&)+&,5,&%! %-! %&!,&+>8%7->+&! >,;8&++.-4! %" DE&,5&%-&,-FG! 2)2! ;%&! 01--&-! <&+>8%7-&-!?%8! 4+&%()&?! '()+*;;&+! 07,,&08!A.;>??&-5>;;&-2! Lehrervortrag, Einzel- und Partnerarbeit, Unterrichtsgespräch Arbeitsblatt, PowerPoint-Präsentation, Handout zur Ergebnissicherung Beamer, Tafel!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1 Vgl. Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg (2003)! #!

4 2. Rahmenbedingungen Die Friedrich-List-Schule Karlsruhe umfasst die drei Schularten Kaufmännische Berufsschule, Wirtschaftsgymnasium sowie die Berufsfachschule Wirtschaft. Das Wirtschaftsgymnasium bietet die beiden Profilfächer Wirtschaftsinformatik und Finanzmanagement ab Jahrgangsstufe 1 an. Das Kollegium der Schule besteht aktuell aus ca. 100 Lehrkräften, welche etwa 2200 Schüler 2 unterrichten. Die JS1a (Jahrgangsstufe 1) des Wirtschaftsgymnasiums, in welcher ich meine Unterrichtsstunde halte, kenne ich bereits aus dem zweiten Modul der Schulpraktischen Studien. Die Klasse besteht aus 11 Schülern, von denen 5 weiblich und 6 männlich waren. Das Leistungsniveau der Klasse lässt sich als überdurchschnittlich gut bezeichnen, wobei auffällig ist, dass sich viele Schüler auch privat mit Computern bzw. Themen aus der Informatik beschäftigen. Der Unterricht findet montags in der fünften und sechsten Schulstunde (11:30 13:05 Uhr) statt. Die Ausstattung des Computerraums ist sehr modern. Es stehen 16 Computer zur Verfügung, welche alle das Betriebssystem Windows 7 nutzen und jeweils mit den aktuellsten Versionen von Word, Excel, Access etc. ausgestattet sind. Zudem verfügt jeder Computerraum über einen Beamer. 3. Bildungsplanbezug und Bezug zur Allgemeinbildung In den folgenden Abschnitten werde ich die Relevanz relationaler Datenbanken für den Informatikunterricht darstellen. Hierbei werde ich den Bildungsplanbezug meines Themas hervorheben und die Frage erörtern, inwiefern das Wissen über Datenbanken als Allgemeinbildung angesehen werden kann. In Anlehnung an die Untersuchungen von J. S. Bruner (1970), werde ich des Weiteren überprüfen, ob es sich bei meinem Thema um eine fundamentale Idee der Informatik handelt. 3.1 Bildungsplan Die Friedrich-List-Schule Karlsruhe orientiert sich am Lehrplan des Kultusministeriums für berufliche Gymnasien der sechs- und dreijährigen Aufbauform. Das Thema meiner Unterrichtsstunde ist die Überführung eines ER-Diagramms in ein relationales Schema. Es ist der Lehrplaneinheit 8 Grundlagen eines relationalen Datenbanksystems des Bildungsplans!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 2 Im Folgenden wird auf das Begriffspaar Schülerinnen und Schüler verzichtet. Der Begriff Schüler soll für die männliche als auch weibliche Form gelten.!! H!

5 für berufliche Gymnasien zugeordnet. Dieser beinhaltet das übergeordnete Lernziel, dass die Schülerinnen und Schüler auf Grundlage von Geschäftsprozessen ein Datenmodell entwickeln und Datenbanken erstellen. Des Weiteren wird die Behandlung der relationalen Darstellung als Teillernziel vorgegeben. 3 Im Unterrichtsverlauf werde ich ein von mir erstelltes ER- Diagramm sukzessiv in ein relationales Schema überführen. Das behandelte Thema hat somit einen eindeutigen Bezug zum aktuellen Bildungsplan. 3.2 Allgemeinbildung Ein weiterer Grund, der für die Behandlung relationaler Datenbanken im Informatikunterricht spricht, ist die generelle Bedeutung, die von diesem Thema ausgeht. Datenbanksysteme gehören zu den wichtigsten Produkten der Software-Industrie. In der heutigen Zeit ist kaum eine größere Informatikanwendung ohne Datenbankunterstützung denkbar. Vor dem Hintergrund ständig anwachsender Datenmengen die International Data Corporation (IDC) geht davon aus, dass sich das gesamte Datenwachstum alle zwei Jahre verdoppelt 4 und bis zum Jahr 2020 das 50-fache an Informationen verwaltet werden müssen sind Verfügbarkeit, Vollständigkeit und Richtigkeit von Daten in vielen Unternehmen und Behörden von größter Bedeutung. Auch in unserem täglichen Leben kommen wir permanent mit Datenbanken in Kontakt: Am Bankautomaten, beim Parken im Parkhaus, bei der Lohnabrechnung, bei Katalogbestellungen und an vielen anderen Stellen. Dieser Tatsache sollte meiner Meinung nach auch im Informatikunterricht Rechnung getragen werden. Die Schüler sollten frühzeitig erkennen, welche wichtige Rolle Datenbanken in unserem heutigen Leben spielen und lernen, wie man Datenbanken effizient implementiert. 3.3 Fundamentale Ideen der Informatik Im Folgenden werde ich prüfen, ob das von mir behandelte Thema eine fundamentale Idee der Informatik darstellt. Hierbei möchte ich die Kriterien von Schwill (1993) heranziehen: Eine fundamentale Idee bezgl. einer Wissenschaft, ist ein Denk-, Handlungs-, Beschreibungs- oder Erklärungsschema, das 1. in verschiedenen Bereichen (der Wissenschaft) vielfältig anwendbar oder erkennbar ist (Horizontalkriterium)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 3 Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg (2003)! 4 Gantz, Reinsel (2011)! I!

6 2. auf jedem intellektuellen Niveau aufgezeigt und vermittelt werden kann (Vertikalkriterium) 3. in der historischen Entwicklung (der Wissenschaft) deutlich wahrnehmbar ist und längerfristig relevant bleibt (Zeitkriterium) 4. einen Bezug zu Sprache und Denken des Alltags und der Lebenswelt besitzt (Sinnkriterium). (vgl. Schwill 1993) Horizontalkriterium: Relationale Datenbanken spielen in nahezu allen Bereichen der Informatik eine wesentliche Rolle und sind aus dieser nicht mehr wegzudenken. Vertikalkriterium: Die Überführung eines ER-Diagramms in ein relationales Schema kann auf jedem beliebigen intellektuellen Niveau aufgezeigt und vermittelt werden. Es können sowohl einfache, als auch sehr umfangreiche ER-Diagramme zur Überführung herangezogen werden. Zudem können ternäre Beziehungen oder existenzabhängige Entitäten den Prozess zusätzlich erschweren und so ein sehr anspruchsvolles Niveau schaffen. Zeitkriterium: Mit seiner Veröffentlichung von A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks (1970) hat Edgar Frank Codd die Entwicklung klassischer Datenbanken nachhaltig verändert. Das von ihm erschaffene Konzept der relationalen Datenbank stellt bis heute einen Standard in der Datenbanktechnik dar. Sinnkriterium: Auf den ersten Blick haben Datenbanken keinen Bezug zur Alltagswelt. Bei genauerer Betrachtung stellt man allerdings fest, dass Datenbanken in vielen Situationen unseres täglichen Lebens eine Rolle spielen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass relationale Datenbanken eine fundamentale Idee der Informatik darstellen und definitiv im Schulunterricht behandelt werden sollten. Der Bildungsplan für berufliche Gymnasien und die Bedeutung für die Allgemeinbildung untermauern diese Ansicht zusätzlich.! J!

7 4. Lernziele und Lernzieltaxonomie Ich habe für meinen Unterricht folgende Haupt- und Teillernziele formuliert, wobei das Erreichen des Hauptlernziels die Erreichung der Teillernziele voraussetzt: Hauptlernziel: Die Schüler sind nach dieser Doppelstunde in der Lage, ein ER-Diagramm vollständig und fehlerfrei in die relationale Darstellung zu überführen. Teillernziele: Die Schüler können: 1. die Begriffe Relation, Schlüsselattribut, Attribut, Attributwert und Tupel in eigenen Worten erklären. 2. die Entitäten eines ER-Diagramms fehlerfrei in die relationale Darstellung überführen. 3. die Beziehungen eines ER-Diagramms fehlerfrei in die relationale Darstellung überführen und die Fremdschlüssel-Attribute der Relationen korrekt bestimmen. 4. ein überführtes relationales Schema verfeinern, d.h. sie können Relationen mit gleichem Schlüssel korrekt zusammenfassen.! Da bei allen meinen Lernzielen, sowohl beim Hauptlernziel, als auch bei den Teillernzielen die Vermittlung von Wissen im Sinne von Faktenwissen bzw. Wissen um Zusammenhänge im Vordergrund steht, können sie dem Bereich der kognitiven Lernziele zugeordnet werden. Die Lernzieltaxonomie im kognitiven Bereich lässt sich nach Bloom (1971) in sechs Hauptklassen unterteilen: Wissen, Verstehen, Anwenden, Analyse, Synthese und Evaluation. 5! 837%#"1(9&"#:* ;Die Schüler sind nach dieser Doppelstunde in der Lage, ein ER-Diagramm vollständig und fehlerfrei in die relationale Darstellung zu überführen. Das Hauptlernziel lässt sich keiner einzelnen Hauptklasse zuordnen. Vielmehr kann man es in die ersten drei Lernzielebenen (Wissen, Verstehen und Anwenden) einordnen. Dies kann damit begründet werden, dass die Schüler die einzelnen Regeln für die Überführung eines ER-Diagramms in die relationale Darstellung kennen (Wissen), sie verstehen (Verstehen) und schließlich auch anwenden (Anwenden) müssen.!! Teillernziel 1: Die Schüler können die Begriffe Relation, Schlüsselattribut, Attribut, Attributwert und Tupel in eigenen Worten erklären.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! K!L4+2!3+77?!M#NO#PG!'2!JK55!! K!

8 Dieses Lernziel lässt sich der ersten Hauptklasse (Wissen) zuordnen, da hier das Wissen einzelner Fakten im Vordergrund steht. Beispielsweise muss ein Schüler wissen, was ein Attribut oder ein Tupel ist. Da die Schüler Begriffe in eigenen Worten erklären müssen, könnte man dieses Lernziel auch der zweiten Hauptklasse (Verstehen) zuordnen. Die Schüler müssen verstehen, welche Aufgabe ein Schlüsselattribut hat, um diesen Begriff erklären zu können.! Teillernziel 2: Die Schüler können die Entitäten eines ER-Diagramms fehlerfrei in die relationale Darstellung überführen. Dieses Lernziel lässt sich sowohl der ersten (Wissen) als auch der dritten Hauptklasse (Anwenden) zuordnen, da hier erlernte Informationen, nämlich die Regeln 6 für die Überführung von Entitäten in die relationale Darstellung, erinnert und angewendet werden müssen.! Teillernziel 3: Die Schüler können die Beziehungen eines ER-Diagramms fehlerfrei in die relationale Darstellung überführen und die Fremdschlüssel-Attribute der Relationen korrekt bestimmen. Dieses Lernziel lässt sich erneut keiner einzelnen Hauptklasse zuordnen. Zum einen lässt es sich in die ersten Hauptklasse (Wissen) einordnen, da die Schüler die Regeln für die Überführung von Beziehungen in die relationale Darstellung wissen müssen. Zum anderen entspricht dieses Lernziel der zweiten Hauptklasse (Verstehen), da die Schüler die Fremdschlüssel-Attribute bestimmen müssen. Hierzu müssen erlernte Informationen auf einen anderen Kontext angewendet werden. Schließlich kann man das Lernziel der dritten Hauptklasse (Anwenden) zuordnen, da die Schüler die Regeln für die Überführung von Beziehungen in die relationale Darstellung anwenden müssen.! Teillernziel 4: ein überführtes relationales Schema verfeinern, d.h. sie können Relationen mit gleichem Schlüssel korrekt zusammenfassen. Dieses Lernziel lässt sich sowohl der ersten (Wissen) als auch der dritten Hauptklasse (Anwenden) zuordnen, da hier erlernte Informationen, nämlich die Regeln für die Verfeinerung von Relationen, erinnert und angewendet werden müssen.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Q!'%&)&!C-+>4&!H!%?!C-)>-4!! Q!

9 5. Verlaufsplan! "!

10 6. Verlauf des Unterrichts Im Folgenden werde ich den Unterrichtsablauf meiner Doppelstunde näher beschreiben. Hierbei orientiere ich mich am Verlaufsplan von Seite Begrüßung und Vorstellung: Zu Beginn der ersten Stunde werde ich zunächst die Klasse begrüßen. Anschließend werde ich mich der Klasse vorstellen und meinen Namen an die Tafel schreiben. Ich habe diese Klasse zwar bereits vor einem Jahr im zweiten Modul der schulpraktischen Studien unterrichtet, allerdings glaube ich nicht, dass sich noch alle Schüler an meinen Namen erinnern können. Nachdem ich mich vorgestellt habe, sage ich noch einige Worte zu meinem Studium und wann ich voraussichtlich mein Referendariat beginnen werde. Außerdem bitte ich die Schüler ein Namenskärtchen zu schreiben. Für diese Phase habe ich 5 Minuten eingeplant, weil es oft lange dauert, bis alle Schüler ihren Platz eingenommen haben und mit dem Unterricht begonnen werden kann. 6.2 Einstiegsphase: Da mein Unterricht am ersten Schultag nach den Weihnachtsferien ist, habe ich für die Einstiegsphase geplant, eine kurze Wiederholung zur vorausgegangenen Unterrichtsstunde durchzuführen. Ich werde der Klasse ein von mir erstelltes ER-Diagramm (Die Schul-DB) austeilen 7, auf dem die Funktionalitäten fehlen. Die Schüler werden in Einzelarbeit die fehlenden Funktionalitäten bestimmen und diese auf ihrem Arbeitsblatt eintragen. Für diese Phase habe ich aufgrund der langen Weihnachtsferien 10 Minuten eingeplant, weil ich damit rechne, dass einige Schüler bei der Bestimmung der Funktionalitäten noch Schwierigkeiten haben werden. 6.3 Besprechung des Arbeitsauftrages: Für die Besprechung des Arbeitsauftrages habe ich eine kurze PowerPoint-Präsentation vorbereitet, die das ER-Diagramm ohne Funktionalitäten zeigt. Ich werde dann zusammen mit den Schülern die fehlenden Funktionalitäten durchgehen und diese nach und nach einblenden. Hierbei melden sich die Schüler und stellen ihre Lösung vor. Ist die Antwort richtig, blende ich die betreffende Funktionalität im ER-Diagramm ein. Für diese Phase habe ich 10 Minuten eingeplant, da die Bestimmung mancher Funktionalitäten nicht ganz eindeutig ist und evtl.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! #!%&'&!()*+,&!-!%.!()'+),!! "!

11 Diskussionsbedarf besteht. 8 Die Besprechung des Arbeitsauftrages wird in Form einer Lehre- Schüler-Diskussion ablaufen, da die Schüler ihre Antworten liefern und begründen, warum sie eine bestimmte Funktionalität gewählt haben. Wenn andere Meinungen bestehen, können diese eingebracht und begründet werden. Am Ende dieser Phase haben alle Schüler das ER- Diagramm mit den zugehörigen Funktionalitäten. 6.4 Einführung in das Thema: Der eigentliche Einstieg in das Unterrichtsthema findet in dieser Phase statt. Nachdem die Schüler das ER-Diagramm der Schul-DB vervollständigt haben, zeige ich ihnen die Darstellung in Tabellenform, also das zugehörige relationale Schema. 9 Ich werde ihnen an einer ausgewählten Tabelle Fachbegriffe wie Tupel, Relation, Attribut und Primärschlüssel erklären. Zudem werde ich eine Übersicht über die einzelnen Schritte beim Datenbankentwurf präsentieren und der Klasse zeigen, welcher dieser Schritte heute behandelt wird. Die zentrale Frage dieser Unterrichtsphase wird sein: Wie überführt man ein ER-Diagramm in die relationales Darstellung? Ferner wird mit dieser Phase das Teillernziel (1) erreicht ( Die Schüler können die Begriffe Relation, Schlüsselattribut, Attribut, Attributwert und Tupel in eigenen Worten erklären ). Die Einführung in das Thema wird in Form eines Lehrervortrages ablaufen, wofür ich 5 Minuten eingeplant habe. 6.5 Erarbeitungsphase: Ziel der Erarbeitungsphase wird es sein, die zuvor ausgeteilte und vervollständigte Schul-DB in die relationale Darstellung zu überführen. Hierzu teile ich der Klasse ein Handout 10 mit den Regeln der Umsetzung eines konzeptuellen Schemas in ein relationales Schema aus. Ich werde die Regeln gemeinsam mit der Klasse durchgehen und jeweils ein Beispiel an der Tafel demonstrieren. Anschließend wenden die Schüler die Regel an und tragen die Lösungen auf ihrem Aufgabenblatt 11 ein. Dies geschieht in Partnerarbeit. Bei Unklarheiten stehe ich natürlich immer zur Verfügung. Die Auflösung erfolgt dann an der Tafel, wobei sich die Schüler melden und mir ihre Lösung mitteilen.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 8 Beispielsweise ist die Beziehung ist_kl nicht ganz eindeutig, da unklar ist, ob ein Lehrer in genau einer Klasse Klassenlehrer ist. In der Friedrich-List-Schule kann ein Lehrer u.u. in mehreren Klassen Klassenlehrer sein. Ich gehe davon aus, dass ein Lehrer genau eine Klasse hat.!%&'&!()*+,&!0!%.!()'+),! 10 Siehe Anlage 2 im Anhang! --!%&'&!()*+,&!-!%.!()'+),!!!

12 Im Folgenden werde ich die Erarbeitung der einzelnen Regeln näher darstellen. Hierbei werde ich auch auf die Teillernziele eingehen, die an den betreffenden Stellen erreicht werden sollen. Regel 1: Entitäten werden blind übernommen: An dieser Regel demonstriere ich die relationale Darstellung der Entität Schüler, wobei ich folgende Zeile an die Tafel anschreibe: Schüler: {[S-ID: int, Name: string, Adresse: string, Geb.Dat.: int]} Hierzu werde ich Folgendes erklären: In den eckigen Klammern [...] wird angegeben, welche Attribute vorhanden sind und von welchem Typ (z.b. integer, string etc.) die Attribute sind. Die geschweiften Klammern {...} drücken aus, dass es sich bei einer Relationsausprägung um eine Menge von Tupeln handelt. Der Primärschlüssel der Relation wird durch Unterstreichen gekennzeichnet. Anschließend überführen die Schüler die restlichen Entitäten der Schul-DB in die relationale Darstellung. An dieser Stelle wird das Teillernziel (2) erreicht ( Die Schüler können die Entitäten eines ER-Diagramms fehlerfrei in die relationale Darstellung überführen ). Die Kontrolle dieses Teillernziels erfolgt direkt im Anschluss, wenn die Schüler ihre Ergebnisse präsentieren. Damit jeder Schüler seine Ergebnisse vergleichen kann, werde ich die Lösungen an der Tafel festhalten. Für diesen Schritt habe ich 10 Minuten eingeplant, da die Schüler an dieser Stelle zum ersten Mal die relationale Darstellung umsetzen und hierbei evtl. noch Probleme auftreten. Regel 2: Bei N:M-Beziehungen bilden alle Fremdschlüsselattribute den Schlüssel der Relation: Um den Schülern diese Regel zu demonstrieren, wende ich sie auf die Relation unterrichten an, wobei ich Folgendes an die Tafel schreibe: unterrichten: {[L_ID: int, F-ID: int]} Damit die Schüler die Regel auch verstehen und nicht einfach auswendig lernen, werde ich an dieser Stelle die Frage klären, warum man bei N:M-Beziehungen beide Schlüssel benötigt. Im Anschluss wenden die Schüler die Regel auf die verbleibenden N:M-Beziehungen an. An dieser Stelle wird das Teillernziel (3) erreicht ( Die Schüler können die Beziehungen eines ER-Diagramms fehlerfrei in die relationale Darstellung überführen und die Fremdschlüssel-! -1!

13 Attribute der Relationen korrekt bestimmen ). Die Auflösung bzw. die Kontrolle der Lernzielerreichung erfolgt dann wieder im Anschluss an der Tafel. Hierfür habe ich maximal 7 Minuten eingeplant, weil ich davon ausgehe, dass die Schüler mit der relationalen Darstellung zunehmend vertrauter werden. Regel 3: Bei 1:N -bzw. N:1-Beziehungen wird derjenige Schlüssel genommen, der auf der Seite mit dem N steht: Da die Schul-DB nur eine 1:N-Beziehung beinhaltet, werde ich diese Regel nicht demonstrieren. Vielmehr werde ich an dieser Stelle erneut darauf abzielen, dass die Schüler die Regel verstehen und nicht einfach auswendig lernen. Hierzu wenden die Schüler die Regel zunächst an. Anschließend erfolgt die Auflösung an der Tafel: Ist_in:{[S-ID: int, K-ID: int]} An dieser Stelle werde ich den Sinn der Regel näher erläutern, indem ich folgende Darstellung an die Tafel schreibe: Ist_in: Schüler! Klasse Diesbezüglich werde ich folgendes erklären: ist_in ist eine Funktion der Folgenden Form: ist_in : Schüler! Klasse. Der Schüler bzw. das Attribut S-ID bestimmt also eindeutig die Klasse. ist_in ist dagegen keine Funktion von Klasse nach Schüler, da eine Klasse aus mehreren Schülern besteht. Daher bildet in der Relation ist_in nur die S-ID den Primärschlüssel. Dieser Unterrichtsabschnitt dient erneut der Erreichung des Teillernziels (3). Als zeitliche Vorgabe habe ich mir für diesen Abschnitt 5 Minuten gesetzt. Regel 4: Bei 1:1-Beziehungen hat man die Wahl, welchen Schlüssel man nimmt: Bei dieser Regel fällt die Demonstration durch mich erneut weg, da nur ein 1:1-Beziehung vorhanden ist. Die Schüler wenden die Regel direkt an. Anschließend erfolgt die Auflösung wieder an der Tafel. Aufgrund der Trivialität dieses Schrittes habe ich als zeitliche Vorgabe maximal 3 Minuten eingeplant. Dieser Unterrichtsabschnitt dient wieder der Erreichung des Teillernziels (3).! --!

14 Regel 5: Relationen mit gleichem Schlüssel kann man zusammenfassen. Dies gilt aber nur für Relationen, die 1:N-, N:1- oder 1:1-Beziehungen repräsentieren: An dieser Regel demonstriere ich die Verfeinerung eines relationalen Schemas, indem ich sie exemplarisch an den Relationen Schüler und ist_in anwende. Hierbei sieht der Tafelanschrieb zunächst wie folgt aus: Schüler: {[S-ID: int, Name: string, Adresse: string]} Klasse: {[K-ID: int, Raum: int]} Ist_in: {[S-ID: int, K-ID: int]} Anschließend zeige ich der Klasse, wie man die Relationen zusammenfassen kann. Nachdem die Relation ist_in in die Relation Schüler eingefügt wurde, sieht das Tafelbild wie folgt aus: Schüler: {[S-ID: int, Name: string, Adresse: string, K-ID]} Klasse: {[K-ID: int, Raum: int]} Hierzu werde ich folgende Erklärung geben: Die Relationen Schüler und ist_in können zusammengefasst werden. Das Attribut K-ID in der Relation Schüler ist dann ein Fremdschlüssel auf die Relation Klasse. Nachdem ich die Regel demonstriert habe, wenden die Schüler diese selbst an. An dieser Stelle wird das Teillernziel (4) erreicht ( Die Schüler können ein überführtes relationales Schema verfeinern, d.h. sie können Relationen mit gleichem Schlüssel korrekt zusammenfassen ). Die Lernzielkontrolle erfolgt im Anschluss bei der Auflösung der Ergebnisse, welche von mir an der Tafel angeschrieben werden. Für diesen Unterrichtsabschnitt habe ich 5 Minuten eingeplant. Nachdem alle Regeln bearbeitet wurden, haben die Schüler das gesamte ER-Diagramm der Schul-DB in die relationale Darstellung überführt. Insgesamt habe ich für diesen Erarbeitungsprozess 30 Minuten eingeplant. Nach Abschluss der Erarbeitungsphase haben die Schüler das Hauptlernziel ( Die Schüler sind nach dieser Doppelstunde in der Lage, ein ER- Diagramm vollständig und fehlerfrei in die relationale Darstellung zu überführen ) erreicht. Die Lernzielkontrolle erfolgt durch den anschließenden Arbeitsauftrag.! -2!

15 6.6 Ergebnissicherung: In dieser Phase geht es darum, das erlernte Wissen zu vertiefen und zu festigen. Deshalb werde ich an dieser Stelle ein weiteres Aufgabenblatt 12 austeilen. Die Schüler sollen die darauf abgebildeten ER-Diagramme eigenständig und ohne Hilfe des Banknachbarn in die relationale Darstellung überführen. Als Hilfsmittel können sie das Blatt mit den Regeln zur Überführung benutzen. Für die Bearbeitung der ersten Aufgabe (a.) haben die Schüler 15 Minuten zeit. 13 Während die Schüler die Aufgabe lösen, werde ich durch die Reihen gehen und evtl. Fragen beantworten. Ich werde an dieser Stella aber darauf achten, die Unterstützung auf ein Minimum zu reduzieren, damit jeder die Aufgabe weitestgehend selbst löst. Der hier erteilte Arbeitsauftrag dient erneut der Erreichung des Hauptlernziels. 6.7 Besprechung des Arbeitsauftrages Im Anschluss an die Arbeitsphase erfolgt die gemeinsame Lösung an der Tafel. Hierbei stellen die Schüler ihre Ergebnisse vor und ich halte diese an der Tafel fest. Am Ende hat jeder Schüler die korrekte Lösung in seinen Unterlagen. In dieser Phase kann die Erreichung des Hauptlernziels überprüft werden. Nachdem der Arbeitsauftrag besprochen ist, werde ich den neuen Unterrichtsstoff in einigen Worten zusammenfassen. An dieser Stelle findet auch die Kontrolle des Teillernziels (1) statt ( Die Schüler können die Begriffe Relation, Schlüsselattribut, Attribut, Attributwert und Tupel in eigenen Worten erklären ), da ich diesbezüglich einige Fragen stellen werde. Für die Besprechung des Arbeitsauftrages und die abschließende Zusammenfassung des Lerninhaltes plane ich 15 Minuten ein. Die gewählte Sozialform in dieser Phase ist der Lehrervortrag bzw. die Lehrer-Schüler-Diskussion. 7. Begründung der Unterrichtsgestaltung 7.1 Gesamtplanung Bei der Planung meiner Unterrichtsstunde war es mir sehr wichtig, dass ich eine eigene Datenbank erstelle, die sich auf die Lebenswelt der Schüler bezieht. Aus diesem Grund habe ich die Schul-DB entwickelt, welche den Schulalltag und die gespeicherten Informationen zu Lehrern, Schülern und Unterrichtsfächern veranschaulicht. Ich bin der Meinung, dass Schüler die modellierten Zusammenhänge besser verstehen, wenn sie diese bereits aus ihrer eigenen Schulzeit kennen. Das ER-Diagramm der Schul-DB ist nicht zu einfach, aber auch!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! -2!%&'&!()*+,&!3!%.!()'+),! 13 Die Aufgabe b.) ist Teil der Maximalplanung und wird nur gestellt, falls am Ende der Stunde noch Zeit übrig ist oder Schüler früher fertig sind.! -0!

16 nicht zu umfangreich. Um alle Möglichkeiten bei der Überführung eines ER-Diagramms in ein relationales Schema abzudecken, war es mir zudem wichtig, dass jede der drei Beziehungsarten (1:1, 1:N, N:N) mindestens einmal vorkommt. Des Weiteren habe ich großen Wert darauf gelegt, dass die gesamte Schul-DB in dritter Normalform (3NF) ist, da ich in der nachfolgenden Doppelstunde das Thema Normalisierung bis 3NF einführen werde. Für die Gestaltung des groben Ablaufs meines Unterrichts habe mich dazu entschlossen immer im Wechsel zwischen Lehrervortrag bzw. Schüler-Lehrer-Diskussion und Arbeitsphasen mit Einzel- oder Partnerarbeit zu unterrichten. Meiner Meinung nach ist es für die Schüler motivierend, wenn sie etwas Neues durch die Lehrperson gezeigt bekommen und im Anschluss ihr eigenes Können auf die Probe stellen dürfen. Hinzu kommt, dass das Lernen am Modell einen positiven Einfluss auf den Lernerfolg hat Motivation Die Motivation für die Schüler entsteht dadurch, dass sie den ersten Schritt des Datenbankentwurfs, also das Erstellen des konzeptuellen Schemas, bereits beherrschen. In meiner Unterrichtsstunde haben sie jedoch gesehen, dass für die Entwicklung einer Datenbank ein weiterer Schritt, nämlich die Überführung des konzeptuellen Schemas in ein relationales Schema, notwendig ist. Um eine relationale Datenbank zu entwickeln, müssen sie daher den nächsten Schritt im Datenbankentwurf gehen. Dieses Schritt für Schritt Dazulernen hat meines Erachtens einen motivierenden Charakter, da man Lernerfolge sehr deutlich erkennen kann und stets weiß, worauf man hinarbeitet. Zudem habe ich darauf geachtet so viele Arbeitsphasen wie möglich in meinen Unterricht einzubauen. Wenn die Schüler das neu Erlernte direkt anwenden können, bleiben sie eher interessiert. Außerdem bekommen sie nach jeder Arbeitsphase eine unmittelbare Rückmeldung über ihren Lernfortschritt, da die Arbeitsaufträge sofort aufgelöst werden. 7.3 Begründung der Unterrichtsphasen Im Folgenden werde ich den Aufbau meines Unterrichts sowie die Gestaltung der einzelnen Unterrichtsphasen ausführlich begründen. Hierbei orientiere ich mich wieder am Verlaufsplan von Seite 7.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! -3!4+)567+!8-39!! -3!

17 7.3.1 Begrüßung und Vorstellung Die Begrüßung ist ein wichtiger Teil jeder Unterrichtsstunde. Mit ihr signalisiert die Lehrperson der Klasse, dass der Unterricht beginnt. Die Schüler kommen wieder zur Ruhe und die Konzentration wird nach vorne gerichtet. Eine Begrüßung ist für den Beginn einer Unterrichtsstunde unerlässlich. Genau so wichtig ist die eigene Vorstellung gegenüber einer neuen Klasse. Ich kenne die Klasse zwar bereits von meinem zweiten Schulpraktikum, dennoch halte ich es für angebracht mich erneut vorzustellen, damit wirklich jeder Schüler weiß wer ich bin. Meinen Namen habe ich zudem an die Tafel geschrieben, damit ihn die Schüler den gesamten Unterricht über wissen Einstiegsphase Als Unterrichtseinstieg habe ich bewusst eine Wiederholung der vorausgegangenen Unterrichtsstunde gewählt, da die Schüler zwei Wochen Weihnachtsferien hatten und in dieser Zeit bestimmt einige Lerninhalte vergessen haben. Der Schwerpunkt meiner Wiederholung lag allerdings nur auf der Bestimmung der Funktionalitäten, da diese eine wichtige Rolle für den weiteren Unterrichtsverlauf spielen. In der Einstiegsphase habe ich mich für die Sozialform Einzelarbeit entschieden, damit das Leistungsniveau der Klasse für mich erkenntlich wird und ich die nachfolgende Unterrichtsgestaltung danach ausrichten kann Besprechung des Arbeitsauftrages Die Besprechung des Arbeitsauftrages führe ich in Form einer Schüler-Lehrer-Diskussion, weil es mir wichtig ist, nicht einfach nur die Lösung an die Tafel zu schreiben. Die Schüler sollen ihre eigenen Vorschläge mit in den Unterricht einbringen und über eine optimale Lösung diskutieren. Die Lehrperson übernimmt in dieser Phase eher die Funktion eines Moderators, als dass sie den Unterrichtsverlauf bestimmt. Damit man sich auf eine einheitliche Lösung einigt, müssen evtl. Kompromisse gemacht werden. Am Ende steht eine Lösung an der Tafel, die ausschließlich aus den Antworten der Schüler besteht. Dies hat einen sehr positiven Einfluss auf die Lernmotivation und auf die Bereitschaft im Unterricht mitzuarbeiten.! -:!

18 7.3.4 Einführung in das Thema Die Einführung in das Thema findet in Form eines Lehrervortrages statt, weil ich der Klasse an dieser Stelle neue Lerninhalte präsentieren werde. Ich werde Begriffe wie Relation, Tupel und Schlüssel-Attribut neu einführen und deren Bedeutung erklären. Die Übersicht zu den einzelnen Schritten beim Datenbankentwurf stelle ich den Schülern vor, damit sie sich besser orientieren können und den Gesamtzusammenhang der einzelnen Themen (konzeptueller Entwurf und relationaler Entwurf) besser verstehen Erarbeitungsphase Bei der Planung der Erarbeitungsphase habe ich mich dazu entschieden kontinuierlich im Wechsel zwischen Lehrervortrag und Partnerarbeit zu unterrichten. Die Phasen, in denen der Unterricht in Form eines Lehrervortrages gestaltet ist, haben den Zweck, die Anwendung der einzelnen Regeln zu demonstrieren. Da die Regeln neu für die Schüler sind, fördert ein kurzes Beispiel das Verständnis und die Schüler wissen anschließend, wie man sie anwendet. Die Arbeitsphasen habe ich als Partnerarbeit vorgesehen, weil die Schüler so die Möglichkeit haben Fragen zuerst mit dem Banknachbar zu klären. Dies hat zum einen den Vorteil, dass Schüler, die bestimmte Lerninhalte erklären, diese gleichzeitig reflektieren und so ein zusätzlicher Lerneffekt entsteht. Zum anderen wird durch das gegenseitige Helfen die Sozialkompetenz der Schüler gestärkt. Im Übrigen hat es für die Lehrperson eine entlastende Wirkung, wenn sich Schüler untereinander helfen. Die Lehrperson kann sich dann besser auf leistungsschwache Schüler konzentrieren und individuelle Unterstützung anbieten Sicherungsphase Damit der Lernerfolg jedes Schülers deutlich wird, habe ich mich bei der Planung der Sicherungsphase bewusst dafür entschieden, dass die Arbeitsaufträge in Einzelarbeit ausgeführt werden. Würde diese Phase erneut in Form einer Partnerarbeit ablaufen, könnte der Lernerfolg der leistungsschwächeren Schüler durch den Einfluss eines möglicherweise leistungsstärkeren Banknachbarn verfälscht werden. Des Weiteren ist es für die Schüler besser, wenn jeder zunächst für sich selbst übt und so seine Probleme und Schwächen erkennt.! -;!

19 7.3.7 Besprechung des Arbeitsauftrages Die Besprechung des Arbeitsauftrages findet erneut in Form einer Schüler-Lehrer-Diskussion statt, damit die Schüler bei der Erarbeitung der Lösung einbezogen werden. Ich habe mich zudem für eine abschließende Zusammenfassung der behandelten Unterrichtsinhalte entschieden, um den Schülern das Gelernte erneut ins Gedächtnis zu rufen. Meiner Meinung nach ist es gut, wenn man nach 90 Minuten Unterricht einen kurzen Überblick über die besprochenen Inhalte bekommt. Hierbei werden Zusammenhänge wiederholt, die den Schülern das größere Bild vor Augen führen können.! 8. Reflexion Ich denke, dass mir der Unterricht an der Friedrich-List-Schule ganz gut gelungen ist. Vieles von dem, was ich mir vorgenommen habe, konnte ich umsetzen. Ich habe mich durchgehend an meinen geplanten Unterrichtsablauf gehalten und musste so gut wie nie davon abweichen. Das Wichtigste war mir jedoch, dass die Schüler das Hauptlernziel erreichen und ein ER- Diagramm in die relationale Darstellung überführen können. Diese Vorgabe habe ich auch zu einem sehr großen Teil erreicht, da es fast allen Schülern gelungen ist, die letzte Übungsaufgabe eigenständig zu lösen. Der Wechsel zwischen angeleitetem Unterricht und schülerzentriertem Arbeiten ist mir ebenfalls gut gelungen. Dabei habe ich die Erfahrung gemacht, dass eine kurze Auszeit sehr entlastend für die Lehrperson ist. Ich konnte diese Pausen dafür nutzen, mir meinen Verlaufsplan anzuschauen und mich auf den nächsten Schritt im Unterrichtsverlauf zu konzentrieren. Meine Zeiteinteilung konnte ich zwar überwiegend einhalten, an zwei Stellen musste ich jedoch davon abweichen. Bei der Besprechung des ersten Arbeitsauftrages waren die Schüler schneller fertig, als ich geplant hatte. An dieser Stelle habe ich die Schüler unterschätzt. Ich bin davon ausgegangen, dass eine kurze Wiederholung nach den langen Weihnachtsferien notwendig ist, um das Wissen der Schüler wieder aufzufrischen. Diese Wiederholung wäre eigentlich nicht notwendig gewesen. Dagegen habe ich für die Erarbeitungsphase länger gebraucht als vorgesehen war, weil viele Schüler die Regel 5 nicht verstanden haben. Ich musste diese dann erneut an einem konstruierten Beispiel demonstrieren. An dieser Stelle habe ich die Schüler überschätzt. Ein weiteres Problem bei meinem Zeitmanagement war, dass ich mich bei Arbeitsaufträgen strikt an meine Zeitvorgaben gehalten habe. Wenn die meisten Schüler bereits vor Ablauf der! -#!

20 Zeit mit der Aufgabe fertig waren, habe ich mich trotzdem immer an meinen Zeitplan gehalten. Hier muss ich in Zukunft flexibler reagieren. Auf der anderen Seite muss ich den Unterrichtsfluss an manchen Stellen eher beschleunigen, beispielsweise, wenn Verständnisprobleme auftreten. In solchen Situationen laufe ich Gefahr zu viel Zeit zu verlieren, weil ich will, dass es wirklich alle Schüler verstehen. Insgesamt bin ich aber sehr zufrieden mit meinem Unterricht. Ich denke, dass ich den Schülern das Thema Datenbanken näher bringen konnte und sich manche von ihnen vielleicht auch weiterhin damit beschäftigen werden.! -"!

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