《数据库原理与应用》教学大纲.docx
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《数据库原理与应用》教学大纲
《数据库原理与应用》课程教学大纲
【说明部份】
数据库技术是计算机科学技术中发展最快的领域之一，也是应用最广的技术之一。
数据库技术是计算机科学的重要分支，数据库技术和数据库系统已经成为计算机信息系统的核心技术和重要基础。
《数据库原理与应用》是本科计算机专业和信息系统信息管理等相关专业的专业主干课程。
【正文部份】
一、课程内容概述
本课程系统讲述数据库系统的基础理论、基本技术和基本方法。
内容包括：
数据库系统的基本概念、数据模型、关系数据库及其标准语言SQL、数据库安全性和完整性的概念和方法、关系规范化理论、数据库设计方法和步骤，数据库恢复和并发控制等事务管理基础知识，关系查询处理和查询优化等。
二、课程目标
通过本课程学习，使学生系统地掌握数据库系统的基本原理和基本技术。
要求在掌握数据库系统基本概念的基础上，能熟练使用SQL语言在某一个数据库管理系统上进行数据库操作；握数据库设计方法和步骤，具有设计数据库模式以及开发数据库应用系统的基本能力。
三、先修课程
*计算机程序设计方法和语言
*数据结构
*离散数学
*操作系统
四、教学内容和教学要求
（一）绪论（4课时）
内容概述：
阐述数据库的基本概念，介绍数据管理技术的进展情况、数据库技术产生和发展的背景，数据模型的基本概念、组成要素和主要的数据模型，概念模型的基本概念及ER方法，数据库系统的3级模式结构以及数据库系统的组成。
本章目标：
本章讲解的数据库基本概念和基本知识是学习后续各个章节的基础。
学习本章的目的在于了解基本知识，掌握基本概念，为以后的学习打好扎实的基础。
重点：
牢固掌握概念模型的基本概念及其主要建模方法ER方法；掌握关系数据模型的相关概念、数据库系统三级模式和两层映像的体系结构、数据库系统的逻辑独立性和物理独立性等；对于如何通过ER方法描述现实世界的概念模型要做到能够举一反三的程度。
难点：
本章的难点是需要掌握数据库领域大量的基本概念。
有些概念一开始接触会感到比较抽象，但不要紧，随着学习的逐渐推进，在后续章节中，这些抽象的概念会逐渐变得清晰具体起来。
此外，数据模型及数据库系统的体系结构也是本章的难点。
教学方法：
讲授法
（二）关系数据库（重点内容8课时）
内容概述：
系统地讲解关系数据库的重要概念，并着重对关系代数以及关系模型及关系模型的三个组成部分（关系数据结构、关系操作集合、以及关系完整性约束）进行讲解。
本章目标:
掌握关系模型的三个组成部分及各部分所包括的主要内容；牢固掌握关系数据结构及其定义；关系的三类完整性约束的概念。
为学习后面关系数据库系统打好基础。
重点：
掌握关系数据结构及其定义；关系的三类完整性约束的概念。
需要举一反三的是：
关系代数（包括抽象的语言及具体的语言）；关系代数中的各种运算（包括并、交、差、选择、投影、连接、除、及广义笛卡尔积等）。
难点：
由于关系代数较为抽象，因此在学习的过程中一定要结合具体的实例进行学习。
教学方法：
讲授法+上机实验
实验内容：
实验1：
学习安装某一个数据库管理系统，通过对某个商用数据库管理系统的安装使用，初步了解DBMS的工作环境和系统构架，熟悉对DBMS的安装，为后面的实验做准备。
（三）关系数据库标准语言SQL（重点内容8课时）
内容概述：
详细介绍关系数据库语言SQL。
SQL是关系数据库的标准语言，它内容十分丰富，功能非常强大。
因为关系数据库系统的主要功能是通过SQL来实现的，因此讲解SQL的同时要进一步讲述关系数据库的基本概念。
本章目标:
牢固掌握SQL的功能。
同时通过实践，体会面向过程的语言和SQL的区别和优点。
体会关系数据库系统为数据库应用系统的开发提供良好环境，减轻用户负担的原因。
重点：
关系模型和关系数据库是本课程的重点，第3章又是重点中的重点。
要熟练正确的使用SQL完成对数据库的查询、插入、删除、更新操作。
难点：
用SQL语言正确完成复杂查询，掌握SQL语言强大的查询功能。
只有通过大量练习才能真正达到举一反三的熟练程度。
教学方法：
讲授法+上机实验
实验内容：
实验2、在安装好的数据库系统下创建数据库、创建表、创建索引；使用SQL对数据库进行各类查询操作（单表查询，连接查询，嵌套查询，集合查询）和更新操作（插入数据，修改数据，删除数据）。
练习数据定义操作，包括基本表的创建、修改及删除；索引的创建和删除；视图的创建和删除。
对视图的查询，更新（注意更新的条件）。
完成书后作业的SQL练习。
（四）数据库安全性（4课时）
内容概述：
介绍计算机以及信息安全技术标准的进展。
详细讲解数据库安全性问题和实现技术。
RDBMS实现数据库系统安全性的技术和方法有多种，本章讲解最重要的存取控制技术、视图技术和审计技术。
讲解存取控制机制中用户权限的授权与回收，合法权限检查。
数据库角色的概念和定义等。
本章目标:
掌握什么是数据库的安全性问题，牢固掌握数据库管理系统实现数据库安全性控制的常用方法和技术。
重点：
使用SQL中的GRANT语句和REVOKE语句来实现数据库的实现自主存取控制功能。
使用SQL中CREATEROLE语句创建角色，用GRANT语句给角色授权。
掌握视图机制在数据库安全保护中的作用。
难点：
强制存取控制（MAC）机制中确定主体能否存取客体的存取规则，要求同学们理解并掌握存取规则为什么要这样规定。
教学方法：
讲授法+上机实验
实验内容：
实验3在安装好的数据库系统下对已经建立的数据库创建用户、角色、视图；使用SQL对数据进行安全性控制，包括：
授权和权力回收。
操作完成后看看已授权的用户是否真正具有授予的数据操作的权力了；权力收回操作之后的用户是否确实丧失了收回的数据操作的权力。
（五）数据库完整性（4课时）
内容概述：
详细讲解数据库的完整性概念。
包括，什么是数据库的完整性，数据库的完整性概念与数据库的安全性概念的区别和联系，RDBMS的数据库完整性实现机制，包括实体完整性、参照完整性和用户自己定义的完整性约束的定义机制、完整性检查机制和违背完整性约束条件时RDBMS采取的预防措施。
触发器的概念和在数据库完整性检查中的应用。
本章目标：
掌握什么是数据库的完整性，掌握用SQL语言定义关系模式的完整性约束条件。
重点：
牢固掌握DBMS完整性控制机制的三个方面，即完整性约束条件的定义、完整性约束条件的检查和违约反应。
需要举一反三的是：
用SQL语言定义关系模式的完整性约束条件。
包括定义每个模式的主码；定义参照完整性；定义与应用有关的完整性。
难点：
RDBMS如何实现完整性的策略，即当操作违反实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性约束条件时，RDBMS如何进行处理，以确保数据的正确与有效。
其中比较复杂的是参照完整性的实现机制。
教学方法：
讲授法+上机实验
实验内容：
实验4在安装好的数据库系统下对已经建立的数据库使用SQL对数据进行完整性控制（三类完整性、CHECK短语、CONSTRAIN子句、触发器）进行违约操作，用实验证实，当操作违反了完整性约束条件时，系统是如何进行违约处理的。
（六）关系数据理论+期中考试（8课时+4课时）
内容概述：
详细讲解关系数据理论，主要是关系数据库规范化理论。
包括关系数据库逻辑设计可能出现的问题，数据依赖的基本概念（包括函数依赖、平凡函数依赖、非平凡的函数依赖、部分函数依赖、完全函数依赖、传递函数依赖的概念；码、候选码、外码的概念和定义），范式的概念、1NF、2NF、3NF、BCNF、4NF的概念和判定方法。
数据依赖的Armstrong公理系统。
本章目标：
关系数据理论既是关系数据库的重要理论基础也是数据库逻辑设计的理论指南和有力工具。
要掌握规范化理论和优化数据库模式设计的方法。
重点：
了解什么是一个"不好"的数据库模式。
什么是模式的插入异常和删除异常。
规范化理论的重要意义。
牢固掌握数据依赖的基本概念，范式的概念，从1NF到4NF的定义，规范化的含义和作用。
需要举一反三的：
四个范式的理解与应用，各个级别范式中存在的问题（插入异常、删除异常、数据冗余）和解决方法。
难点：
能够根据应用语义，完整地写出关系模式的数据依赖集合，并能根据数据依赖分析某一个关系模式属于第几范式及各个级别范式的关系。
本章内容的理论性较强。
要通过具体例子和习题练习理解和掌握理论知识。
教学方法：
讲授法
（七）数据库设计+课程设计选题（8课时+4课时）
内容概述：
讲解数据库设计方法和技术。
数据库设计的特点，数据库设计的基本步骤，数据库设计过程中数据字典的内容，数据库设计各个阶段的设计目标、具体设计内容、设计描述、设计方法等。
本章内容的实践性较强，教师可以少讲，让学生多读书并进行实践。
本章目标：
了解数据库设计的重要性和数据库设计在信息系统开发和建设中的核心地位。
掌握数据库设计方法和步骤，使学生具有设计数据库模式以及开发数据库应用系统的基本能力，能在实际工作中运用这些知识、技术和方法，设计符合应用需求的数据库及其应用系统。
重点：
掌握数据库设计步骤和数据库设计过程中的各级模式设计方法。
特别是数据库概念结构的设计和逻辑结构的设计，这是数据库设计过程中最重要的两个环节。
牢固掌握用E-R图来表示概念模型的方法，掌握E-R图的设计，E-R图向关系模型的转换。
难点：
技术上的难点是E-R图的设计和数据模型的优化，包括对现实世界进行抽象的能力，提取实体、属性、实体型之间的联系，正确划分实体与属性的能力。
真正的难点是理论与实际的结合。
同学们一般缺乏实际经验，缺乏对实际问题解决的能力。
特别是缺乏应用领域的知识。
而数据库设计需要设计人员对应用环境、专业业务有具体深入的了解，这样才能设计出符合具体领域要求的数据库及其应用系统。
要在完成本章习题的基础上认真完成大作业。
体会这些要点，从而真正掌握本章讲解的知识、方法和技术。
教学方法：
讲1+看2+练3（即讲授1个工作量，学生自己看书2个工作量，上机练习3个工作量）
课程大作业：
《数据库设计与应用开发》
在某个RDBMS产品上，选择合适的应用系统开发工具为某个部门或单位开发一个数据库应用系统。
通过实践，掌握本章介绍的数据库设计方法，同时培养团队合作精神。
要求5~6位同学组成一个开发小组，每位同学承担不同角色（例如：
项目管理员、DBA、系统分析员、系统设计员、系统开发员、系统测试员）。
具体要求：
1、给出数据库设计各个阶段的详细设计报告；
2、写出系统的主要功能和使用说明；
3、提交运行的系统；
4、写出收获和体会，包括已解决和尚未解决的问题，进一步完善的设想与建议。
每个小组进行30分钟的报告和答辩，讲解设计方案，演示系统运行，汇报分工与合作情况。
（八）数据库编程（8课时）
内容概述：
在数据库应用系统的开发中常常使用编程方法对数据库进行操纵。
本章讲解这些编程技术涉及的概念和使用的方法。
主要包括嵌入式SQL、游标的概念；SQL的过程化扩展PL/SQL和存储过程；使用ODBC设计开发数据库应用程序的方法。
因为JDBC编程、OLEDB编程与ODBC编程的思路基本相同，限于篇幅本章就不讲解JDBC和OLEDB编程，学生可以通过上机实验了解这些技术。
本章内容的实践性较强，教师可以少讲，让学生多读书并进行实践。
本章目标：
掌握开发数据库应用系统的各种编程方法，具有正确选择不同的方法和技术开发应用程序的能力。
重点：
了解SQL编程技术可以有效克服SQL实现复杂应用方面的不足，提高应用系统和RDBMS间的互操作性。
掌握嵌入SQL中游标的概念和使用方法；掌握PL/SQL和存储过程的基本概念，基本结构，语句语法和用法。
了解使用ODBC开发应用系统的体系结构，掌握ODBCAPI和ODBC的应用程序的工作流程。
难点：
理论联系实际，能够在实际安装的RDBMS上通过编程的方式开发应用程序，完成对数据库的各种操作。
能够使用ODBC来进行数据库应用程序的设计，使设计的应用系统可移植性好，并且能同时访问不同的数据库，共享数据资源。
教学方法：
讲1+看2+练3（即老师讲的内容是1，学生下课后学习教科书参考书的阅读量是2，实际动手设计和开发的工作量是3）
实验内容：
《数据库系统概论》第4版给出了4个实验，教师可以根据情况选择其中部分实验让学生完成。
具体实验要求请参见教科书。
实验5通过嵌入式SQL访问数据库
实验6使用PL/SQL编写存储过程访问数据库
实验7通过ODBC访问数据库
实验8通过JDBC访问数据库
（九）关系查询处理和查询优化（4课时）
内容概述：
通过实例讲解关系数据库查询优化的重要性和可能性。
讲解RDBMS的查询处理步骤，即查询分析、查询检查、查询优化和查询执行；查询优化的基本概念，查询优化包括代数优化和物理优化。
本章目标：
本章并不要求学生掌握RDBMS查询处理和查询优化的内部实现技术，因此没有详细讲解技术细节。
本章的目的是希望学生了解RDBMS查询处理的基本步骤，查询优化的概念、基本方法和技术，为数据库应用开发中利用查询优化技术提高查询效率和系统性能打下基础。
重点：
了解关系数据库查询优化的重要性。
掌握查询处理各个步骤的主要功能。
难点：
能运用本章学习的查询优化知识，对于比较复杂的查询，尤其是涉及连接和嵌套的查询，写出适合RDBMS自动优化的SQL语句。
对于RDBMS不能优化的查询需要重写查询语句，进行手工调整以优化性能。
不要把优化的任务全部放在RDBMS上。
教学方法：
讲授法+上机实验
实验内容：
实验9查询优化通过本章实验，了解你安装使用的RDBMS的查询优化方法和查询计划表示，能够利用它分析查询语句的实际执行方案和查询代价，进而通过建立索引或者修改SQL语句来降低查询代价，达到优化系统性能的目标。
具体实验内容：
1.对单表查询例如以下的查询（可以自己给出查询语句）
select*fromstudentwhereage>20；
2.连接查询，普通的两表连接查询或多表连接查询
3.嵌套查询，自己写几个带有子查询的例子，主要考虑带有IN和EXISTS谓词的子查询，包括相关子查询和不相关子查询。
也可以使用《数据库系统概论》书上列举的例子。
对以上各种查询，通过建立索引或者删除索引（单表查询语句）、修改连接顺序（连接查询语句）、重写SQL语句即查询重写（嵌套查询）；比较不同查询计划执行的性能差异，达到降低查询代价，优化性能的目标。
（十）数据库恢复技术（4课时）
内容概述：
事务处理技术主要包括数据库恢复技术和并发控制技术。
因为事务是数据库恢复和并发控制的基本单位，所以首先讲解事务的基本概念和事务的ACID性质。
本章讲解数据库恢复技术。
包括数据库运行中可能发生的故障类型，数据库恢复中最经常使用的技术—数据转储和登录日志文件。
讲解日志文件的内容及作用，登记日志文件所要遵循的原则，针对事务故障、系统故障和介质故障等不同故障的恢复策略和恢复方法。
本章目标：
掌握事务的基本概念和事务的ACID性质。
了解数据库恢复技术的重要性，针对不同的故障类型，掌握恢复数据库的策略和方法。
重点：
牢固掌握事务的基本概念和事务的ACID性质。
要掌握数据库故障恢复的策略和方法。
数据库恢复的基本原理是数据备份，它貌似简单，实际却很复杂。
数据库的事务管理策略（不仅有数据库恢复策略，还有并发控制策略）和DBMS缓冲区管理策略、事务一致性级别密切相关，同学们要在学习完这些知识后把这些问题联系起来，提升对这些技术的理解和掌握。
难点：
对于刚刚学习数据库的学生来讲并不能很好体会数据库故障恢复的复杂性和重要性。
掌握日志文件的使用，系统故障、介质故障的恢复方法。
在实际工作中，则必须正确了解所用的DBMS产品提供的恢复技术和恢复方法，并且能够根据这些机制正确制定系统的恢复策略，以保证数据库系统每天24小时正确运行。
保证数据库系统在遇到故障时能及时恢复正常运行，提高抗故障抗灾难的能力。
教学方法：
讲授法+自学+上机实验
实验内容：
在安装好的数据库系统下对已经建立的数据库人为地制造事务内部故障和系统故障，检查系统是否进行了恢复。
（十一）并发控制（4课时）
内容概述：
数据库管理系统必须提供并发控制机制来协调并发用户的并发操作以保证并发事务的隔离性和一致性，保证数据库的一致性。
本章讨论数据库并发控制的基本概念和实现技术，包括封锁技术、封锁协议、活锁和死锁的概念。
本章目标：
了解的数据库并发控制技术的必要性和重要性。
牢固掌握并发控制的基本概念。
重点：
掌握并发操作产生的数据不一致性（丢失修改、不可重复读、读“脏数据”）的确切含义。
难点：
封锁协议与数据一致性的关系。
本章内容有一定的深度和难度，可以通过对实例的学习和习题的练习来正确理解和掌握基本概念。
教学方法：
讲授法+自学
五、课程学时安排
本课程共72学时（4学时/周×18周=108学时），具体学时分配如下：
序号
课程内容
理论讲授
上机实验
小 计
1
绪论
2
2
4
2
关系数据库系统（重点内容）
4
4
8
3
SQL语言（重点内容）
4
4
8
4
数据库安全性
2
2
4
5
数据库完整性
2
2
4
6
关系数据理论
4
4
8
期中考试
2
2
4
7
数据库设计
4
4
8
课程设计选题
2
2
8
数据库编程
4
4
8
9
关系查询处理和查询优化
2
2
4
10
数据库恢复技术
2
2
4
11
并发控制
2
2
4
合计
36
36
72
六、课程内容组织结构
无
七、课程实验
《数据库系统概论》课程具有实践性强的特点。
为深化学生对书本知识的理解和认识，提高实际应用能力，让实践教学贯穿于整个课程教学的过程。
1、根据课程教材的内容设计了数据库安装、交互式SQL、数据库安全性和完整性、SQL编程、查询优化等9个实验，要完成实验并提交报告。
2、一个大作业（需要小组完成）。
教学到“数据库设计”这一章时，将学生分组协作，共同完成一个小型（模拟）的数据库应用系统的设计和实现，并提交数据库设计的相关文档。
帮助学生消化理论知识，培养自主学习能力、动手能力和团队合作精神。
八、课程教材、参考书目和学习资源
教材：
1、《数据库原理与应用》王丽艳，郑先锋，刘亮编著，机械工业出版社，2013年10月第1版。
本书内容丰富，讲授时可根据学生及专业情况挑选本书不同章节的内容进行讲解。
参考书目：
2、J.D.Ullman,JWidom，AFirstCourseinDatabaseSystems，PreticeHall,1997
本书是美国斯坦福大学（StanfordUniversity）计算机系本科生的第1门数据库课程教材。
3、《数据库系统概论》（第四版）王珊，萨师煊北京：
高等教育出版社，2006
学习资源：
4、中国人民大学数据库系统概论精品课程教学网站：
http:
//www.chinadb.org
九、成绩评定方式
1、书面作业
2、上机实验和课程大作业（数据库设计）
3、期中闭卷笔试
4、期末闭卷笔试
5、总成绩=笔试成绩（60%）+作业成绩（10%）+上机实验和大作业成绩（30%）
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