《新编数据库技术-MySQL》电子教案 第4章 数据库设计与规范化

《新编数据库技术--MySQL》教案（学期名称）第7-8讲授课日期授课班级教案主题数据库设计与规范化学时分配（线下课程，本单元学时数）4（混合式课程，线上/线下学时数）4主讲教师（本单元授课教师，可以多人）教学目标理解数据库设计的基本流程，包括需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计及实施运行五个阶段。

掌握实体-联系（E-R）模型的构成要素，能准确识别实体、属性及联系类型。

熟练运用E-R图绘制方法（Chen方法和Crow'sFoot方法）表达数据库概念模型。

理解数据库规范化理论，掌握第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）的定义及应用场景。

能够通过案例分析识别非规范化设计中的数据冗余问题，并应用范式理论进行优化。

了解反范式设计的适用场景，学会在实际应用中平衡数据规范化与查询效率。

教学重点1.E-R模型的构建：

解决方案：通过图书馆管理系统案例，采用“识别实体→定义属性→确定联系”三步法，结合Chen方法绘制E-R图，重点练习1:1、1:N、M:N联系的图形化表达。

2.数据库规范化理论：

解决方案：以学生成绩表（含重复组）、借阅记录表（非主属性部分依赖）、学生信息表（传递依赖）为实例，通过“问题诊断→分解优化→验证范式”流程，逐一讲解1NF、2NF、3NF的转化方法。

3.E-R图向关系模型的转换：

解决方案：基于图书馆E-R图，演示实体（如“图书”）转换为表结构、联系（如M:N“借阅”）转换为关联表的具体规则，强调主键与外键的映射关系。

教学难点1.多对多（M:N）联系的处理：

解决方案：通过“读者-图书”借阅关系案例，引入关联实体“借阅记录”，将M:N联系分解为两个1:N联系，配合MySQLWorkbench生成中间表的实操演示。

2.范式判定与分解技巧：

解决方案：设计“范式判定流程图”，以“是否存在重复组→非主属性是否完全依赖→是否存在传递依赖”为判断节点，结合学生表分解案例（拆分专业与学院信息）进行步骤化教学。

3.规范化与性能的平衡：

解决方案：对比电子商务订单表的规范化设计（拆分商品信息）与反范式设计（冗余商品名称），通过查询效率测试实验（模拟10万条数据联表查询耗时），讨论反范式的适用条件。

教学设计思路采用“问题驱动-案例贯穿-工具实操”的教学模式，以图书馆管理系统为核心案例贯穿全章。

理论讲解与实践操作结合：先通过“需求分析→概念设计→逻辑设计”的流程梳理理论框架，再使用MySQLWorkbench完成E-R图绘制与SQL脚本生成。

分层递进教学：从抽象的概念模型（E-R图）到具体的逻辑模型（关系表），再到优化策略（范式与反范式），逐步深化学生对数据库设计的认知。

强调工程化思维：引入数据库工程师、业务分析师等角色分工，通过案例4.2“分阶段建模”展示协作流程，培养学生的系统设计视角。

教学过程1.导入（15分钟）

（1）情境提问：“图书馆如何高效管理图书借阅？如果用一张Excel表记录所有信息会出现什么问题？”引导学生发现数据冗余、更新异常等问题。

（2）案例展示：对比非规范化的“图书借阅总表”（含读者、图书、借阅信息）与规范化后的分表设计，引出本章主题。

2.数据库设计流程（30分钟）

（1）理论讲解：结合图4-1，分阶段解析需求分析（用户访谈、数据流图）、概念设计（E-R模型）、逻辑设计（关系模式）、物理设计（索引、存储引擎）的核心任务。

（2）案例分析：以“大学图书馆管理系统”为例（案例4.1），分组讨论各阶段产出物（如需求规格说明书、E-R图、SQL建表语句）。

3.E-R模型构建（45分钟）

（1）要素解析：通过表4-1，讲解实体（图书、读者）、属性（ISBN、学号）、联系（借阅）的定义，重点区分一元联系（如员工管理）、二元联系（如图书-读者）、多元联系（如供应商-产品-仓库）。

（2）绘图实践：使用Chen方法绘制图书馆E-R图，要求标注主键（下划线）、联系类型（1:N/M:N），教师巡视指导学生修正错误（如漏画关联实体）。

4.数据库规范化（60分钟）

（1）范式讲解：

-1NF：以表4-6“作者列含多个值”为例，通过拆分“图书-作者”关联表实现原子性。

-2NF：以表4-9“图书名称依赖条码号”为例，拆分出“图书表”和“借阅记录表”，消除部分依赖。

-3NF：以表4-13“所在学院依赖专业”为例，拆分出“专业表”，消除传递依赖。

（2）课堂练习：给定“订单表（订单号、顾客号、产品名、价格）”，学生分组完成1NF→3NF的转化，教师点评。

5.反范式设计（20分钟）

（1）场景引入：分析案例4.9“订单表冗余产品名称”的设计，通过查询耗时对比实验（联表查询vs单表查询），说明反范式在高频读场景的优势。

（2）讨论总结：归纳反范式适用条件（如数据更新频率低、查询性能优先）及风险（数据不一致）。

6.工具实操（30分钟）

（1）MySQLWorkbench演示：

-正向工程：从E-R图生成SQL建表语句（含主键、外键约束）。

-逆向工程：导入现有数据库，自动生成E-R图并验证设计规范性。

（2）学生任务：使用工具绘制“运动会管理系统”E-R图（实体：运动员、项目、成绩），并转换为关系表。

课后作业与评价1.基础作业：

（1）绘制“在线购物系统”E-R图，包含实体（用户、商品、订单）及联系（购买、包含），标注联系类型。

（2）将如下非规范化表转换为3NF：学生表（学号，姓名，课程号，课程名，成绩，学院）。

2.拓展作业：

（1）使用MySQLWorkbench实现上述E-R图的物理设计，设置合理的数据类型（如ISBN设为CHAR(13)）及索引（如订单表的用户ID索引）。

（2）撰写实验报告：对比规范化设计与反范式设计（在订单表中冗余商品名称）的查询效率（用EXPLAIN分析执行计划）。

3.评价方式：

-过程性评价（40%）：课堂E-R图绘制练习、范式分解讨论参与度。

-终结性评价（60%）：作业中E-R图规范性（实体完整性、联系正确性）、范式转换正确性、实验报告结论合理性。

总结与反思1.教学总结：

本课通过图书馆管理系统案例，系统讲解了数据库设计流程、E-R建模、规范化理论及工具实操，重点突破了M:N联系处理、范式分解等难点。学生需掌握“从现实世界到数据世界”的分层抽象方法，理解规范化是“消除冗余”而非“追求最高范式”的工程思想。

2.教学反思：

（1）改进方向：下次教学