Informatik 5: Datenbanken und Datenmodelle

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Worum geht es? Datenbanken speichern große Mengen strukturierter Daten so, dass sie gezielt genutzt und ausgewertet werden können. Du lernst Tabellen, Felder, Datensätze, Abfragen, einfache Datenmodelle, Entitäten, Attribute, Beziehungen, ER-Modelle und Primärschlüssel kennen.

Lernziele

Nach diesem Kapitel kannst du:

• Tabellen verstehen, Datensätze erkennen, Felder benennen
• Daten eingeben, Daten ändern, Daten löschen
• sortieren, filtern, suchen
• Abfragen nutzen, Ergebnisse deuten, Auswahlen treffen
• Entitäten erkennen, Attribute benennen, Beziehungen erklären
• Primärschlüssel verstehen, Fremdschlüssel zuordnen, Verknüpfungen beschreiben
• Datenmodelle skizzieren, ER-Modelle lesen, einfache Modelle entwerfen
• Redundanz erkennen, Ordnung begründen, Struktur bewerten
• Fehler finden, Eingaben prüfen, Korrekturen vornehmen
• Datenschutz beachten, Sorgfalt anwenden, Ergebnisse dokumentieren

Anschluss an die Digitale Grundbildung

Daten in Tabellen und strukturierte Informationen kennst du bereits. In der 5. Klasse gehst du einen Schritt weiter: Du verwendest Datenbanken und entwickelst einfache Modelle mit Entitäten, Attributen, Beziehungen und Primärschlüsseln.

Lerninhalte

Was eine Datenbank ist

Datenbanken begegnen Lernenden in vielen Alltagssituationen, weshalb ein grundlegendes Verständnis ihrer Funktion hilft, digitale Dienste besser einzuordnen und zu erkennen, wie große Mengen an Informationen geordnet gespeichert und wiedergefunden werden können.

Eine Datenbank ist ein System zur geordneten Speicherung und Verwaltung von Daten. Anders als lose Listen oder einzelne Dateien ermöglicht sie das gezielte Suchen, Filtern, Sortieren und Verknüpfen vieler Einträge. Datenbanken werden überall dort eingesetzt, wo Informationen zuverlässig gespeichert und schnell wiedergefunden werden müssen.

Alltagsbeispiele

Kontaktbuch, Bibliothek, Onlineshop, Schulverwaltung, Streamingdienst, Arztpraxis In einer Schulverwaltung können etwa Namen, Klassen, Geburtstage und Fehlstunden erfasst werden. In einer Bibliothek werden Bücher, Autorinnen und Autoren, Signaturen und Ausleihen verwaltet. In einem Onlineshop speichert eine Datenbank Produkte, Preise, Bestellungen und Kundendaten. So wird sichtbar, dass Datenbanken nicht nur Fachthema, sondern Grundlage vieler digitaler Dienste sind.

Tabellen, Felder und Datensätze

Der Aufbau einfacher Datenbanken wird klarer, wenn Tabellen als geordnete Sammlung gleichartiger Einträge verstanden werden, weil dadurch sichtbar wird, wie einzelne Informationen in Feldern organisiert und als vollständige Datensätze nutzbar werden.

In einfachen relationalen Datenbanken werden Daten meist in Tabellen organisiert. Eine Tabelle besteht aus Feldern und Datensätzen. Felder beschreiben, welche Art von Information gespeichert wird, zum Beispiel Name, Klasse oder Telefonnummer. Ein Datensatz ist eine vollständige Zeile mit zusammengehörigen Angaben zu einer Person, einem Buch oder einem Produkt.

Grundbegriffe

Tabelle, Feld, Datensatz, Spalte, Zeile, Eintrag

Beispiele

Name, Klasse, Titel, Preis, Datum, Ort Eine Tabelle Bücher könnte die Felder Titel, Autor, Genre, Erscheinungsjahr enthalten. Ein Datensatz wäre dann zum Beispiel ein konkretes Buch mit allen zugehörigen Angaben. Eine Tabelle Schülerinnen und Schüler könnte die Felder Vorname, Nachname, Klasse, E-Mail und Geburtsjahr enthalten.

Datenbanken benutzen

Die praktische Nutzung von Datenbanken wird besonders anschaulich, wenn typische Handlungen wie Eingeben, Suchen, Filtern und Sortieren an nachvollziehbaren Beispielen geübt werden, weil dadurch aus einer starren Tabelle ein dynamisches Arbeitswerkzeug wird.

Beim Benutzen einer Datenbank werden Daten erfasst, gesucht, sortiert, gefiltert und aktualisiert. Dabei geht es nicht nur um das Speichern von Informationen, sondern auch um den gezielten Zugriff auf bestimmte Ausschnitte. Wer etwa nur alle Bücher eines bestimmten Genres sehen möchte oder nur Schülerinnen und Schüler einer Klasse, nutzt Such- und Auswahlmöglichkeiten.

Nutzungen

eingeben, suchen, filtern, sortieren, ändern, löschen

Beispiele

nur Klasse 2A, nur Krimis, nur offene Ausleihen, nur Produkte unter 20 Euro, nur Termine im Mai, nur Kontakte mit Mailadresse Wird in einer Bibliotheksdatenbank nach Genre = Krimi gefiltert, erscheinen nur passende Bücher. Wird eine Schülerliste nach Nachname sortiert, ist sie leichter durchsuchbar. Wird in einer Terminliste nach Datum gefiltert, bleiben nur die Einträge eines bestimmten Zeitraums sichtbar. So wird deutlich, dass Datenbanken beim Finden relevanter Informationen helfen.

Abfragen und Auswerten

Der eigentliche Nutzen von Datenbanken zeigt sich besonders in Abfragen, weil Daten dadurch nicht nur vorhanden sind, sondern für konkrete Fragen ausgewählt, gezählt, verglichen und in aussagekräftige Ergebnisse überführt werden können.

Eine Abfrage stellt eine Frage an die Datenbank. Sie legt fest, welche Daten angezeigt werden sollen und nach welchen Bedingungen ausgewählt wird. Abfragen können sehr einfach sein, etwa „Zeige alle Bücher aus dem Jahr 2024“, oder mehrere Bedingungen enthalten, etwa „Zeige alle Schülerinnen und Schüler der 3B mit mehr als drei Fehlstunden“.

Abfrageideen

auswählen, eingrenzen, zählen, vergleichen, gruppieren, prüfen

Beispiele

alle Krimis, alle offenen Aufgaben, alle Produkte über 50 Euro, alle Geburtstage im März, alle Teilnehmerinnen, alle Bücher eines Autors Auch Auswertungen sind wichtig. Eine Datenbank kann zum Beispiel zählen, wie viele Bücher ausgeliehen sind, welche Klasse die meisten Einträge hat oder wie viele Produkte einer Kategorie vorhanden sind. Dadurch geht Datenbanknutzung über bloßes Speichern hinaus und wird zu einem Werkzeug für Übersicht und Entscheidung.

Warum Daten strukturiert werden müssen

Struktur ist für Datenbanken entscheidend, weil ungeordnete oder doppelte Informationen das Suchen erschweren, Fehler begünstigen und spätere Änderungen unnötig kompliziert machen, während eine gute Ordnung Übersicht, Genauigkeit und Wiederverwendbarkeit verbessert.

Wenn Daten ohne klare Struktur gespeichert werden, entstehen schnell Doppelteinträge, Widersprüche oder Lücken. Einmal wird ein Name ausgeschrieben, einmal abgekürzt, einmal steht eine Klasse mit Punkt, einmal ohne Punkt. Solche Unterschiede erschweren spätere Suchen und Auswertungen.

Probleme

Doppeldaten, Tippfehler, Lücken, Unordnung, Widersprüche, Redundanz

Lösungen

einheitlich schreiben, Felder trennen, Werte prüfen, Listen pflegen, Regeln nutzen, Ordnung halten Ein Beispiel: Wenn Bücher und Autorennamen in einer einzigen langen Textspalte gespeichert werden, sind Sortierung und Suche schwer. Werden Titel, Autor und Genre in getrennten Feldern erfasst, lassen sich Einträge viel leichter finden und auswerten. Struktur ist deshalb keine Nebensache, sondern Voraussetzung sinnvoller Datenbankarbeit.

Einfache Datenmodelle verstehen

Datenmodelle helfen dabei, vor dem eigentlichen Erfassen zu klären, welche Informationen gebraucht werden und wie sie zusammenhängen, damit eine Datenbank nicht zufällig wächst, sondern nachvollziehbar geplant und sinnvoll aufgebaut wird.

Ein Datenmodell beschreibt, welche Objekte einer Wirklichkeit für eine Datenbank wichtig sind und welche Eigenschaften diese Objekte besitzen. Es ist also eine vereinfachte Darstellung eines Bereichs, etwa einer Bibliothek, eines Klassenprojekts oder eines Sportturniers.

Datenmodelle helfen, vorab zu überlegen, welche Tabellen nötig sind und wie diese zusammengehören.

Modellbegriffe

Entität, Attribut, Beziehung, Schlüssel, Tabelle, Verbindung

Beispiele

Buch, Person, Ausleihe, Klasse, Produkt, Bestellung Für eine Schuldatenbank könnten wichtige Entitäten Schüler, Klasse und Lehrperson sein. Für eine Bibliothek wären Buch, Autor und Ausleihe sinnvoll. Durch diese Vorüberlegungen wird sichtbar, was gespeichert werden soll und was besser getrennt bleibt.

Entitäten, Attribute und Beziehungen

Der Kern einfacher Datenmodelle wird besonders verständlich, wenn Entitäten, Attribute und Beziehungen an anschaulichen Beispielen unterschieden werden, weil dadurch aus einer Problemstellung ein geordnetes Modell mit klar benennbaren Bestandteilen entsteht.

Eine Entität ist ein Objekt oder ein Gegenstand des Modells, zum Beispiel Schüler, Buch oder Produkt. Ein Attribut ist eine Eigenschaft dieser Entität, etwa Name, Geburtsjahr, Titel oder Preis. Eine Beziehung beschreibt, wie Entitäten zusammenhängen, etwa „Schüler besucht Klasse“ oder „Buch hat Autor“.

Entitäten

Schüler, Buch, Autor, Klasse, Produkt, Bestellung

Attribute

Name, Titel, Preis, Datum, Nummer, Ort

Beziehungen

gehört zu, leiht aus, besucht, enthält, bestellt, verwaltet

Beispiel: Eine Schülerin oder ein Schüler besucht eine Klasse; ein Buch wird von einer Person ausgeliehen. Beziehungen verbinden Entitäten und machen Zusammenhänge im Datenmodell sichtbar.

ER-Modelle als einfache Darstellung

ER-Modelle unterstützen das Verstehen von Datenbanken besonders gut, weil sie wichtige Objekte und ihre Beziehungen sichtbar machen und dadurch noch vor dem Arbeiten mit Tabellen eine klare und prüfbare Planung ermöglichen.

Ein ER-Modell ist ein Entity-Relationship-Modell. Es stellt Entitäten, Attribute und Beziehungen grafisch dar. Entitäten erscheinen meist als Rechtecke, Attribute als Ovale oder angehängte Bezeichnungen und Beziehungen als Linien oder Rauten zwischen Entitäten. Auch wenn im Unterricht einfache Skizzen ausreichen, bleibt das Ziel gleich: Zusammenhänge sichtbar machen.

Darstellungselemente

Rechteck, Attribut, Linie, Beziehung, Schlüssel, Verbindung

Beispiele

Schüler–Klasse, Buch–Autor, Kunde–Bestellung, Film–Genre, Team–Spieler, Lehrkraft–Fach Ein ER-Modell für eine Bibliothek könnte zeigen: Buch hat die Attribute Titel, Signatur, Jahr; Autor hat Name, Land; zwischen beiden besteht die Beziehung schreibt. Ein Modell für ein Turnier könnte Team, Spieler und Spiel enthalten. So entsteht eine übersichtliche Grundlage für spätere Tabellen.

Primärschlüssel und Beziehungen zwischen Tabellen

Verknüpfte Tabellen funktionieren nur dann zuverlässig, wenn Einträge eindeutig identifizierbar sind, weil Beziehungen zwischen Daten sonst verwechselt werden können und beim Suchen, Aktualisieren oder Auswerten leicht Unklarheiten entstehen.

Ein Primärschlüssel ist ein Feld, das jeden Datensatz eindeutig kennzeichnet, etwa eine Schülernummer, Buchnummer oder Bestellnummer. Ein Fremdschlüssel verweist auf einen Primärschlüssel in einer anderen Tabelle und stellt so die Verbindung zwischen Tabellen her.

Schlüsselarten

Primärschlüssel, Fremdschlüssel, Kennung, Nummer, Code, ID

Beispiele

Schülernummer, Buchnummer, Bestellnummer, Klassencode, Produkt-ID, Ausleihnummer Wenn eine Tabelle Ausleihe auf die Buchnummer und die Schülernummer verweist, kann genau nachvollzogen werden, wer welches Buch entliehen hat. So müssen Informationen nicht mehrfach gespeichert werden. Schlüssel helfen also, Beziehungen sauber und eindeutig abzubilden.

Einfache Modelle entwerfen und verbessern

Der Entwurf eines Datenmodells wird besonders lernwirksam, wenn Modelle nicht nur erstellt, sondern auch auf Vollständigkeit, Verständlichkeit und Zweckmäßigkeit geprüft werden, weil gute Datenbankplanung meist durch Überarbeiten und Vereinfachen verbessert wird.

Beim Entwerfen eines einfachen Datenmodells stellen sich Fragen wie:

• Welche Entitäten sind wirklich nötig?

• Welche Attribute gehören wohin?

• Welche Beziehungen bestehen?

• Wo entstehen doppelte Angaben?

• Welche Felder müssen eindeutig sein?

Entwurfsschritte

analysieren, auswählen, benennen, verbinden, prüfen, überarbeiten

Beispielthemen

Bibliothek, Klassenprojekt, Schulfest, Sportturnier, Musiksammlung, Tierkartei Ein erstes Modell enthält oft zu viele oder zu wenige Elemente. Vielleicht wurde Autor vergessen, vielleicht steht Klasse fälschlich als Attribut statt als eigene Entität im Modell. Durch Vergleichen und Überarbeiten lernen Schülerinnen und Schüler, dass Datenmodelle Werkzeuge zum Denken und Planen sind und nicht von Anfang an perfekt sein müssen.

Weiterführende Links

• inf-schule
• App Camps
• Khan Academy
• SQLite Online
• SQLite Tutorial
• W3Schools SQL
• LibreOffice
• Digitale Kompetenzen Österreich

Passende LearningSnacks

• LearningSnack: Datenbanken und Abfragen

Übungen

Datenbank im Alltag untersuchen

Ein besonders tragfähiges Verständnis entsteht, wenn Datenbanken zuerst an vertrauten Beispielen erkannt werden, weil dadurch sichtbar wird, dass strukturierte Datenspeicherung kein abstraktes Spezialthema ist, sondern viele alltägliche digitale Dienste im Hintergrund organisiert.

Die Schülerinnen und Schüler sammeln zunächst Beispiele aus ihrem Alltag, etwa Bibliothek, Streamingdienst, Schulverwaltung, Klassenliste, Onlineshop oder Kontaktbuch. Danach wählen sie ein Beispiel aus und beschreiben, welche Daten dort vermutlich gespeichert werden, welche Einträge zusammengehören und welche Such- oder Filtermöglichkeiten sinnvoll wären.

Im zweiten Schritt erstellen sie eine einfache Tabelle mit möglichen Feldern und Datensätzen.

In der Besprechung wird verglichen, wie unterschiedlich Datenbanken je nach Zweck aufgebaut sein können und warum klare Struktur für die Nutzung wichtig ist.

Material

Beispielkarten, Arbeitsblatt, Stifte

Produkte

Beispielsammlung, Tabellenskizze, Erklärung

Fokus

Alltag, Felder, Datensätze, Nutzung

Daten eingeben und sauber strukturieren

Die Schülerinnen und Schüler erhalten eine kleine Datenmenge, etwa Bücher, Filmtitel, Pflanzenbeobachtungen, Sportergebnisse oder Klassenkontakte. Sie legen dazu eine Tabelle an, benennen passende Felder und erfassen die Datensätze vollständig. Dabei achten sie auf einheitliche Schreibweise, klare Spaltenüberschriften und sinnvolle Feldinhalte.

Anschließend prüfen sie ihre Tabelle auf Unklarheiten, Lücken oder doppelte Informationen. In der Sicherung wird besprochen, welche Eingabefehler spätere Sortierungen und Suchvorgänge erschweren würden und warum saubere Struktur bereits beim Erfassen beginnt.

Material

Datensatz, Vorlage, Rechner, Schreibblatt

Produkte

Tabelle, Feldliste, Korrektur

Fokus

Erfassung, Einheitlichkeit, Ordnung, Sorgfalt

Suchen, sortieren und filtern

Die praktische Nutzung von Datenbanken wird besonders verständlich, wenn typische Abfragehandlungen in konkreten Situationen angewendet werden, weil Schülerinnen und Schüler dadurch direkt erleben, wie strukturierte Daten gezielt durchsucht und eingegrenzt werden können.

Ihr erhaltet eine vorbereitete Beispieldatenbank oder Tabelle vor. Die Schülerinnen und Schüler lösen dazu Suchaufträge, etwa „Finde alle Bücher eines bestimmten Autors“, „Zeige nur Filme ab einem bestimmten Jahr“, „Sortiere nach Preis“ oder „Filtere alle Einträge aus Klasse 3A“. Dabei dokumentieren sie, welche Schritte sie durchgeführt haben und welches Ergebnis entstanden ist.

Im zweiten Schritt formulieren sie selbst zwei sinnvolle Such- oder Filterfragen für dieselbe Datenbank und lassen diese von einer Partnerin oder einem Partner lösen. Dadurch wird sichtbar, dass Datenbanken vor allem dann nützlich sind, wenn gezielte Fragen an geordnete Daten gestellt werden.

Material

Beispieldatenbank, Suchaufträge, Rechner

Produkte

Suchergebnisse, Filterfragen, Lösungsblatt

Fokus

Suche, Sortierung, Filter, Auswahl

Entitäten und Attribute erkennen

Ein tieferes Verständnis für Datenmodelle entsteht dann, wenn reale Situationen in ihre grundlegenden Bestandteile zerlegt werden, weil dadurch klar wird, welche Objekte zentral sind und welche Eigenschaften zu ihnen gehören.

Die Schülerinnen und Schüler erhalten Fallbeispiele wie Bibliothek, Schulfest, Sportturnier, Tierkartei oder Filmarchiv. Ihre Aufgabe besteht darin, die wichtigsten Entitäten zu bestimmen und passende Attribute zuzuordnen. Dazu schreiben sie zunächst alle denkbaren Begriffe auf und entscheiden dann, was ein Objekt des Modells und was eine Eigenschaft dieses Objekts ist.

Im Anschluss vergleichen mehrere Gruppen ihre Vorschläge und diskutieren Zweifelsfälle. So wird deutlich, dass Entitäten und Attribute bewusst unterschieden werden müssen und dass gute Datenmodelle mit einer klaren Auswahl relevanter Elemente beginnen.

Material

Fallkarten, Begriffsliste, Plakatpapier

Produkte

Entitätenliste, Attributliste, Vergleich

Fokus

Entität, Attribut, Auswahl, Struktur

Beziehungen modellieren

Die Schülerinnen und Schüler arbeiten mit zuvor bestimmten Entitäten, etwa Buch und Autor, Schüler und Klasse, Team und Spieler oder Kunde und Bestellung. Sie beschreiben, wie diese Objekte zusammenhängen, und formulieren die Beziehung in einfachen Sätzen, zum Beispiel „Ein Buch hat einen Autor“ oder „Eine Klasse enthält viele Schülerinnen und Schüler“.

Danach übertragen sie diese Zusammenhänge in eine einfache grafische Darstellung mit Linien und Beziehungstexten. In der Sicherung wird besprochen, welche Beziehungen eindeutig, mehrfach oder wechselseitig gedacht werden müssen und warum Beziehungen nicht bloß Zusatzinformationen, sondern zentrale Strukturelemente eines Datenmodells sind.

Material

Entitätenkarten, Pfeile, Papier, Marker

Produkte

Beziehungsbild, Erklärung, Vergleich

Fokus

Beziehung, Verbindung, Zusammenhang, Modell

Ein einfaches ER-Modell entwerfen

Besonders hoher Lernertrag entsteht, wenn ein vollständiges kleines Datenmodell selbst entwickelt wird, weil dabei Entitäten, Attribute und Beziehungen in einem gemeinsamen Entwurfsprozess zusammengeführt und bewusst aufeinander abgestimmt werden müssen.

Die Schülerinnen und Schüler entwerfen in Kleingruppen ein ER-Modell zu einer vorgegebenen Situation, etwa einer kleinen Schulbibliothek, einer Musiksammlung, einem Klassenprojekt oder einem Turnier. Zuerst sammeln sie relevante Objekte und Eigenschaften. Danach legen sie Beziehungen fest und zeichnen das Modell in vereinfachter grafischer Form.

Im Anschluss erläutern die Gruppen, warum sie bestimmte Elemente aufgenommen oder weggelassen haben. Andere Gruppen prüfen das Modell auf Vollständigkeit, Verständlichkeit und mögliche Verbesserungen. So wird Modellierung als Planungs- und Denkprozess erfahrbar.

Material

Themenkarte, Vorlage, Papier, Stifte

Produkte

ER-Modell, Begründung, Feedback

Fokus

Modellierung, Entwurf, Übersicht, Planung

Primärschlüssel und Ordnung prüfen

Die Bedeutung eindeutiger Kennzeichnungen wird besonders klar, wenn Schülerinnen und Schüler erleben, wie schnell ohne klare Unterscheidung Verwechslungen und Mehrdeutigkeiten entstehen können und wie Schlüssel zur sauberen Strukturierung beitragen.

Ihr arbeitet mit Datensätzen, in denen bestimmte Einträge ähnlich oder doppelt erscheinen, etwa mehrere Personen mit gleichem Vornamen oder mehrere Bücher mit ähnlichem Titel. Die Schülerinnen und Schüler überlegen, welches Feld oder welche Kennzeichnung geeignet wäre, um jeden Datensatz eindeutig zu unterscheiden.

Danach markieren sie für eine Beispieltabelle mögliche Primärschlüssel und prüfen, ob diese wirklich eindeutig und sinnvoll sind. In der Besprechung wird deutlich, dass gute Schlüssel nicht zufällig gewählt werden, sondern eine wichtige Grundlage für Ordnung und Verknüpfung bilden.

Material

Datensatz, Tabellenblatt, Prüfbogen

Produkte

Schlüsselvorschläge, Markierung, Begründung

Fokus

Eindeutigkeit, Schlüssel, Ordnung, Verknüpfung

Datenmodell erklären und verbessern

Die Schülerinnen und Schüler präsentieren ein selbst entworfenes Datenmodell oder erhalten ein fremdes Modell zur Analyse. Sie erklären, welche Entitäten, Attribute und Beziehungen darin vorkommen und wofür das Modell gedacht ist. Anschließend prüfen sie, ob wichtige Informationen fehlen, unnötige Elemente enthalten sind oder Beziehungen unklar bleiben.

Danach wird das Modell überarbeitet und in einer verbesserten Fassung erneut vorgestellt. In der Reflexion halten die Lernenden fest, welche Änderung das Modell verständlicher oder brauchbarer gemacht hat. So wird deutlich, dass Datenmodellierung ein entwickelbarer Prozess ist und gute Modelle durch Prüfen und Verbessern entstehen.

Material

Modellblatt, Feedbackbogen, Stifte

Produkte

Erklärung, Überarbeitung, Endfassung

Fokus

Reflexion, Fachsprache, Verbesserung, Verständlichkeit

Kompetenzcheck

Überprüfe am Ende selbst:

Ich kann …	Ja	Noch üben
tabellen verstehen, Datensätze erkennen und Felder benennen.	☐	☐
daten eingeben, Daten ändern und Daten löschen.	☐	☐
sortieren, filtern und suchen.	☐	☐
abfragen nutzen, Ergebnisse deuten und Auswahlen treffen.	☐	☐
entitäten erkennen, Attribute benennen und Beziehungen erklären.	☐	☐
primärschlüssel verstehen, Fremdschlüssel zuordnen und Verknüpfungen beschreiben.	☐	☐
datenmodelle skizzieren, ER-Modelle lesen und einfache Modelle entwerfen.	☐	☐
redundanz erkennen, Ordnung begründen und Struktur bewerten.	☐	☐
fehler finden, Eingaben prüfen und Korrekturen vornehmen.	☐	☐
datenschutz beachten, Sorgfalt anwenden und Ergebnisse dokumentieren.	☐	☐