数据库原理与应用

 Principles  and Applications of Database

【课程编号】C04120001027      

【课程类别】   专业必修、专业选修

【总学时数】  48+16

【周学时数】   3+1

【学分数】      3.5

【先修课程】    程序设计I、《数据结构》、《计算机网络》等

【适用专业】   信息管理、电子商务、工业工程、物流管理

一、教学目标

本课程是一门适应性极其广泛、理论与实践并重、信息管理与信息系统、电子商务有关各专业必修的主干基础课程。旨在让学生理解现代数据管理的理论、方法和技术。通过本课程的学习，学生能够了解数据管理技术的演化过程和数据库系统的体系结构，掌握关系数据库的数据管理、完整性、安全性、恢复、并发控制、查询优化和数据库设计等理论，能够熟练运用RDBMS和SQL进行数据库操作，并能够独立开发小型的关系数据库。作为信息系统的先行课，本课程为学生进一步学习管理信息系统或各专业信息系统奠定基础。

二、教学内容、要求和学时分配

本课程教学包括理论讲授48学时，实验教学32学时。

（一）绪论                         

学时：6学时

教学内容：

初步讲解数据库的基本概念，介绍数据模型的组成要素和最主要的数据模型、数据库系统的三级模式结构和数据库系统的主要组成部分。

教学要求：

通过本讲的学习，学生将能够：

掌握数据库系统、数据管理三个阶段、数据模型、数据库系统结构和数据库系统的组成等的基本概念和基本知识。为进一步学习后续章节打好基础。

重点、难点：

数据模型组成要素、数据库系统的三级模式

实验课、习题课、讨论课等教学形式：采用习题课和讨论课相结合的教学形式

本章安排两次实验：

实验一：了解数据库基本概念、应用及产品      

学时： 2学时    实验类型：验证性实验

实验内容：

让学生了解数据类型的多样性、什么是数据库系统、DBMS的功能和数据库文件在硬盘上的存储方式；了解数据库应用方式及典型产品。

教学要求：结合教材深入理解四个基本概念，熟悉数据库的应用领域以及主流关系数据库产品。

重点、难点：

数据库的应用领域、主流关系数据库产品

实验二：  绘制E-R图    

学时： 2学时        实验类型：综合性实验

实验内容：

给定系统需求分析结果，学生能够运用E-R图表达概念模型。

教学要求：

熟悉E-R图的表示方法以及含义。

重点、难点：

E-R图建模

（二）  关系数据库

 学时：4学时

教学内容：

系统讲解关系数据库的重要概念，包括关系模型和关系代数。

教学要求：

通过本讲的学习，学生将能够：

（1）了解关系数据库的重要概念，包括关系模型的数据结构、关系的三类完整性以及关系操作；

（2）能够灵活使用关系代数、元组关系演算和域关系演算完成关系操作。

重点、难点：

关系、关系完整性的基本概念、关系代数的使用。

实验课、习题课、讨论课等教学形式：

采用实验课、习题课和讨论课相结合的教学形式

实验三 使用企业管理器创建数据库和表     

学时： 3学时        实验类型：综合性实验

实验内容：让学生体验如何使用SQL Server 2008的图形用户界面（GUI）应用工具来构建数据库。并按照要求创建表和填充数据。

教学要求：学生按步骤自行完成。

重点、难点：数据库的构建，表的构建。

（三）关系数据库标准语言SQL

学时：7学时

教学内容：系统而详尽地讲解SQL的数据定义、数据查询、数据更新三部分功能

教学要求：

通过本讲的学习，学生将能够：

（1）了解SQL分为数据定义、数据查询、数据更新和数据控制四大部分；

（2）利用SQL实现数据定义、数据查询、数据更新。

重点、难点：

SQL实现数据定义、数据查询、数据更新

实验课、习题课、讨论课等教学形式：

采用实验课、习题课和讨论课相结合的教学形式

实验四：数据查询

学时： 4学时        实验类型：综合性实验

实验内容：创建学生数据库，将教材的例题全部验证，从而熟悉Select语句语法；掌握基于单表的查询方法；掌握基于多表的查询方法；掌握相关与不相关的嵌套查询；掌握使用UNION的集合查询。

教学要求：根据自己实际情况，选择重要内容写出实验过程和体会。不少于10个的复杂查询。

（四）数据库安全性

学时：3学时

教学内容：

全面讲解实现数据库系统安全性的技术和方法，着重讲解SQL存取控制功能，包括GRANT和REVOKE语句、视图机制、审计功能等。

教学要求：

通过本讲的学习，学生将能够：

（1）了解数据共享所带来数据库安全性问题；

（2）数据库安全性控制的常用方法（包括用户标识和鉴定、存取控制视图、审计、加密），如何使用SQL实现自主存取控制（DAC）

重点、难点：

数据库安全性控制的常用方法

实验课、习题课、讨论课等教学形式：

采用实验课、习题课和讨论课相结合的教学形式

（五）数据库完整性

学时：3学时

教学内容：

系统而详尽地讲解实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。包括这些完整性约束的定义方法、完整性检查机制和违约处理，讲解触发器的用处和使用方法。

教学要求：

通过本讲的学习，学生将能够：

（1）实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性等三种完整性控制的方法；

（2）如何使用SQL实现这三类完整性控制；

（3）了解触发器。

重点、难点：

使用SQL实现三类完整性控制

实验课、习题课、讨论课等教学形式：

采用实验课、习题课和讨论课相结合的教学形式

实验四：  数据库安全性控制和数据完整性控制    

学时： 2学时        实验类型：验证性实验

实验内容：

掌握使用SQL的DCL子语言自主存取控制，使用DDL子语言实现完整性控制。

教学要求：

结合教材第四、五章，有选择性的完成部分实例。

重点、难点：

交互式SQL的数据库安全性控制和数据完整性控制。

（六）关系数据理论

学时：4学时

教学内容：

详细讲解关系规范化理论，说明该理论既是关系数据库的重要理论基础也是数据库设计的有力工具。规范化理论为数据库设计提供了理论的指南和工具。

教学要求：

通过本讲的学习，学生将能够：

（1）了解数据依赖的定义和类型；

（2）数据依赖对关系模式的影响；

（3）规范化理论（1NF～BCNF）。

重点、难点：

数据依赖、规范化理论

实验课、习题课、讨论课等教学形式：

采用实验课、习题课和讨论课相结合的教学形式。

（七）数据库设计

学时：7学时

教学内容：

讨论数据库设计的方法和步骤，详细介绍数据库设计各个阶段的目标、方法和应注意的事项。

教学要求：

通过本讲的学习，学生将能够：

（1）了解数据库设计的特点、方法、步骤；

（2）了解从需求分析到运行维护共六个阶段每阶段的工作要点及方法。

重点、难点：

需求分析建模

实验课、习题课、讨论课等教学形式：

采用实验课、习题课和讨论课相结合的教学形式

实验六、（后台）数据库设计    学时：4 学时     实验类型：综合性实验

实验内容：

零件交易中心管理系统主要提供顾客和供应商之间完成零件交易的功能，其中包括供应商信息、顾客信息以及零件信息。此系统可以让供应商增加、删除和修改所提供的零件产品，还可以让顾客增加、删除和修改所需求的零件。交易员可以利用顾客提出的需求信息和供应商提出的供应信息来提出交易的建议，由供应商和顾客进行确认后即完成这笔交易。按照数据库设计的六大步骤，进行设计。

教学要求

针对零件交易中心的实践调研，通过系统需求分析、数据库概念设计、逻辑设计到上机编程、调试和

应用等全过程完成零件交易中心管理系统的后台数据库设计。

本章，可根据时间、实际教情和学情，安排一次课程设计：

课程设计：

一、数据库设计报告

1、给出应用领域的详细需求描述；

2、画出概念模型E-R图（至少有5个以上实体，含有子类的形式）；

3、将画出的E-R图转换成关系模式，给出每个关系模式上的函数依赖集；

4、分析每个关系模式的范式级别，将所有未达到3NF的关系模式进行分解，全部转换成3NF以上的关系模式；

5、使用SQL语言创建上述关系模式（写出详细的SQL语句）；

6、写出15个系统开发中用到的数据库操作语句，要求有插入命令、删除命令、更新命令、查询命令（查询包括简单查询、多表的连接查询和聚合操作查询）；

7、创建三个用户视图（含多表连接视图和有聚合函数的视图）；

8、至少写出两个触发器和一个存储过程；

9、给出提高系统效率的两个策略（为提高效率，如何构建的索引）。

（八）数据库编程

学时：2学时

教学内容：

应用系统中可以采用多种方式来访问和管理数据库数据，本章将讲解这些编程技术的概念和方法，包括嵌入式SQL、PL/SQL、ODBC等。

教学要求：

通过本讲的学习，学生将能够：

（1）了解嵌入式SQL的语法关键词和工作原理；

（2）存储过程的工作原理；

（3）ODBC的工作原理和使用方法。

重点、难点：

嵌入式SQL、ODBC

实验课、习题课、讨论课等教学形式：

采用实验课、习题课和讨论课相结合的教学形式

（九）关系查询处理和查询优化

学时：4学时

教学内容：

讲解查询处理和查询优化的基本概念、方法和技术。

教学要求：

通过本讲的学习，学生将能够：

（1）了解RDBMS的查询处理步骤；

（2）查询优化的概念（查询优化是查询处理的多个步骤之一）；

（3）查询优化的基本方法和技术：代数优化和物理优化。

重点、难点：

查询优化

实验课、习题课、讨论课等教学形式：

采用实验课、习题课和讨论课相结合的教学形式

实验七、查询优化初步   学时： 2学时        实验类型：综合性实验

实验目的

1.了解数据库查询优化方法和查询计划的概念

2.学会分析查询的代价，并通过建立索引或者修改SQL语句来降低查询代价

    实验内容:

说明：SQL语句独立于程序逻辑,是对数据库操作的唯一途径，程序的执行最终都归结为SQL语句的执行，所以SQL的执行效率对数据库的性能起决定性作用。SQL语句消耗70-90%的数据库资源, 所以必要时必须对其优化。注意：大家应该用联机帮助解决疑惑问题.如:T-SQL编程语法和函数等。

1.  运行给定脚本并说明脚本语句的含义和目的,打开SQL SERVER  2000的查询计划窗口和跟踪窗口察看实验结果。

2. 对约有8万条记录的表，进行单记录插入与所有记录排序查询（分别对两个不同字段进行排序）执行耗时（以毫秒为单位）比较，测试使用索引与不使用索引、使用聚集索引和非聚集索引、对唯一值字段与非唯一数值字段建立索引并排序等情况的执行状况。从中领略到使用索引的作用和意义。并能在其他需要建立索引的场合，利用这种测试办法来做分析与比较

教学要求：不必了解优化细节。T-SQL编程语法提前预习。

（十）数据库恢复技术

学时：3学时

教学内容：

介绍事务的基本概念和事务的性质。讲解数据库系统遇到故障后进行恢复的技术和方法。

教学要求：

通过本讲的学习，学生将能够：

了解事务的基本概念，故障的种类，恢复的实现技术和策略，检查点在恢复技术中的应用，数据库镜像。

重点、难点：

事务、数据恢复的实现技术及策略

实验课、习题课、讨论课等教学形式：

采用习题课和讨论课相结合的教学形式

（十一）并发控制

学时：3学时

教学内容：

介绍并发操作可能造成数据不一致的问题，讲解并发控制的基本概念和最常用的封锁技术。

教学要求：

通过本讲的学习，学生将能够：

了解并发控制概念，三级封锁协议，并发调度的可串行性判定准则和实现方法，两段锁协议，封锁的粒度。

重点、难点：

并发控制、封锁协议

实验课、习题课、讨论课等教学形式：

采用习题课和讨论课相结合的教学形式

三、教材与学习资源

推荐教材：

数据库系统概论（第五版），王珊、萨师煊著，高等教育出版社，2014

推荐参考书：

1、数据库系统概论（第5版）学习指导与习题解析，王珊，高等教育出版社，2014；

2、数据库系统概念（原书第6版），Abraham Silberschatz、Henry F.Korth、S.Sudarshan著，杨冬青、马秀莉、唐世渭译，机械工业出版社，2012；

3、数据库系统导论（原书第8版），（英）C.J.DATE著，孟小峰、王珊、姜芳艽译，机械工业出版社，2007；

4、数据库管理系统：原理与设计（第3版），【美】RAGHU RAMAKRISHNAN、JOHANNES GEHRKE著，周立柱、张志强、李超、王煜等译，清华大学出版社，2003。

四、考核方式

课程试卷测评采用闭卷方式进行，学生的综合测评由两部分组成：卷面测评成绩（80%）+ 平时成绩（20%），平时成绩主要以实验报告为准。

五、教学策略与方法建议

数据库是当今信息系统必要的组成部分之一，主流是关系数据库，其设计决定了信息系统的数据存取效率，其安全性、完整性、恢复和并发控制直接关系到信息系统能否正常运行，这对以后从事各领域信息系统设计与开发的学生来讲是必须要认真学习的一门课，即使日后不从事此类工作，也必定要经常使用各类信息系统完成日常工作，学好该课程有利于更加高效、灵活和科学的使用信息系统，所以教师一定要在第一次课时充分说明本课程的重要性以引起学生充分重视。日常教学要确保达到该课程大纲的要求，各知识点的习题练习及讲解穿插在日常教学中，不再单列，教师根据实际情况灵活把握，但要注意一定要安排学生进行大量的练习，才能理解并灵活运用该课程知识。