Изучение основ проектирования и реализации баз данных

В сущности база данных является ядром любой информационной системы (ИС), т.е. системы, в которой присутствуют информационные процессы (хранение, передача и преобразование информации). В зависимости от предметной области современные ИС могут значительно различаться по своим функциям, архитектуре и реализации. Однако можно выделить ряд свойств, которые являются общими.

–    Информационные системы предназначены для сбора, хранения и обработки информации, поэтому в основе любой из них лежит среда хранения и доступа к данным.
–    Информационные системы ориентированы на конечного пользователя, не обладающего высокой квалификацией в сфере IT. Поэтому клиентские приложения ИС должны обладать простым, удобным, легко осваиваемым интерфейсом, который предоставляет конечному пользователю все необходимые для работы функции и в то же время не дает ему возможность выполнять какие-либо лишние действия.

Таким образом, при разработке ИС приходится решать две основные задачи:

–    разработка базы данных, предназначенной для хранения информации;
–    разработка графического интерфейса пользователя клиентских приложений.

Заметим, что теория разработки и реализации БД имеет очень много важных аспектов, позволим себе остановиться лишь на тех, которые являются фундаментальными, к сожалению, не затрагивая еще целый спектр важных вопросов, например, связанных с защитой информации.

С содержательных позиций в теоретической части курса желательно рассмотреть особенности и классификации ИС, классические и современные модели данных, основы теории реляционных БД, язык манипулирования данными SQL, Case-средства разработки ИС, методологии и технологии проектирования ИС.

Что касается практической составляющей, то желательно, чтобы учащиеся уже были знакомы с некоторой объектно-ориентированной визуальной средой программирования (например, Delphi), хотя это и не является обязательным условием. Практическую часть лучше всего построить на основе трех основных компонентов:

1.    Предварительно необходимо познакомить учащихся с некоторой системой управления базами данных (СУБД). Эту часть занятий лучше всего проводить в форме лабораторных работ, изучая основные компоненты и функциональные возможности конкретной СУБД (например, MS Access, MS SQL Server, MySQL и др.). Лучше всего сразу же рассмотреть основы языка манипулирования данными – SQL, тем более, что он встроен в каждую СУБД и является универсальным средством доступа к данным. Следует заметить, что степень детализации изучаемого материала педагог может варьировать в зависимости от поставленной цели.

2.    Очень важной составляющей любой БД является правильно созданная логическая модель данных. Поэтому желательно обратить особое внимание именно на основные принципы создания логических моделей БД. Занятия лучше всего проводить в виде семинаров, обсуждая в форме дискуссии организацию данных для конкретных задач некоторой предметной области, которая очень хорошо знакома учащимся. Желательно показать, как осуществляется проектирование БД методом «сущность-связь» и дальнейшая проверка правильности созданной модели, с использованием метода нормальных форм. Возможно также рассмотрение языка визуального моделирования UML, и реализацию визуального проектирование все в том же MS SQL Server.

3.    Далее целесообразно применить метод проектов с поэтапным формированием необходимых знаний и умений. Лучше всего разбить учащихся на группы по 3-4 человека, назначив обязательно тим-лидера, который сможет распределить обязанности в группе. Предполагается, что каждая группа работает над созданием уникального проекта по выбранной предметной области. Что касается программного обеспечения, то возможна реализация проекта, например, в связке MS SQL Server + Visual Studio, MySQL + Delphi или MySQL + PHP (в последнем случае уже наблюдается возможность интеграции БД в Web-среду). Для более простой реализации и первичного знакомства подойдет и полнофункциональное настольное приложение MS Access. Система отчета о проделанной работе включает в себя: непосредственно БД, документацию, в которой отражены назначение и применение БД, описание всего процесса проектирования, а также тестирование. Заключительным аккордом является презентация групповых программных продуктов на итоговом занятии. Конечно, необходимо обратить внимание на рефлексию учащихся. Попытаться создать такую атмосферу, чтобы группы поделились своими размышлениями относительно проделанной работы.

Реализацию практической части на основе трех компонентов можно объяснить следующим образом. Во-первых, пока еще не введены основные понятия теории разработки и проектирования ИС, учащиеся изучают возможности конкретной СУБД для реализации будущего проекта и знакомятся с важным механизмом манипулирования данными – языком SQL. Во вторых, необходимо отдельно уделить внимание именно созданию логической модели, так как именно правильно созданная модель БД может гарантировать успешность ее реализации и функционирования средствами конкретной СУБД. И, в третьих, с помощью метода проектов можно научить создавать свои собственные программные продукты, так как именно групповая совместная работа над проектом способствует наилучшему усвоению и пониманию основ проектирования ИС. Позволяет подойти к разработке БД креативно и учит работать в команде. Собственно это оправданно тем, что в реальной жизни, зачастую разработка любого серьезного проекта осуществляется в команде, где каждый несет ответственность конкретно за определенную часть.

При разработке группового проекта можно выделить следующие основные этапы.

1.    Изучение предметной области.
2.    Построение модели предметной области.
3.    Построение логической модели данных.
4.    Построение физической модели данных, которое, в сущности, сводится к созданию реляционной БД.
5.    Разработка интерфейса ИС.
6.    Организация ввода данных и управление ими.
7.    Создание отчетов.
8.    Формирование контекстной справки.
9.    Создание инсталляционного набора и тестирование программного продукта.

Можно заметить, что моделирование предметной области – трудоемкая и кропотливая задача, для которой поиск решения может продолжаться длительное время. При построении логической модели данных вряд ли удастся учесть сразу все особенности конкретной предметной области, поэтому прежде чем группы перейдут к реализации будущей БД средствами конкретной СУБД лучше всего осуществить промежуточный контроль и убедиться в правильности построенной модели. Вообще говоря, последующие занятия как раз лучше всего проводить в форме консультаций, где педагог выступает помощником в создании проекта.

В заключении следует отметить, к сожалению, в рамках этой статьи удалось рассказать не обо всем, о чем хотелось. Некоторые методические аспекты можно было бы осветить более подробно, но остается надеяться, что все-таки свою ключевую задачу эта статья выполнила – познакомила с важными методическими моментами в преподавании основ теории БД. Возможно, что некоторые идеи найдут свое отражение и в вашей педагогической деятельности.