Informatik 7: Datenbankmodelle und Beziehungen
Worum geht es? Tragfähiges Verständnis entsteht dann, wenn Datenbankmodelle, Tabellenstrukturen, Beziehungsmuster und weitere Objekte gemeinsam betrachtet werden, weil erst ihr Zusammenspiel zeigt, wie Daten sinnvoll gespeichert, verknüpft, abgefragt, eingegeben und für unterschiedliche Zwecke dargestellt werden können.
Lernziele
Nach diesem Kapitel kannst du:
- Modelle benennen.
- Tabellen erklären.
- Felder zuordnen.
- Schlüssel unterscheiden.
- Beziehungen erklären.
- Relationstypen deuten.
- ER-Modelle lesen.
- Tabellen verknüpfen.
- Abfragen erklären.
- Formulare beschreiben.
- Berichte erklären.
- Ansichten deuten.
Anschluss an die 6. Klasse
Die Grundbegriffe aus dem vorigen Kapitel werden zu echten Datenbankmodellen verbunden: Tabellen, Schlüssel, Beziehungsmuster, ER-Modelle und weitere Datenbankobjekte.
Lerninhalte
Kompaktüberblick
| Teilbereich | Kerngedanke |
|---|---|
| Datenbankmodelle als Ordnungsprinzipien | Datenbankmodelle beschreiben, nach welcher Grundlogik Informationen aufgebaut und zusammengehalten werden, weshalb sie helfen zu verstehen, warum manche Systeme vor allem mit Tabellen, andere eher mit Dokumenten, Sammlungen oder … |
| Tabellen als zentrale Struktur des relationalen Modells | Tabellen machen relationale Datenbanken greifbar, weil in ihnen gleichartige Informationen geordnet gespeichert werden und dadurch erkennbar wird, wie Datensätze, Attribute und Werte zusammenwirken, ohne dass alle Informationen … |
| Schlüssel und Beziehungsmuster | Beziehungen zwischen Tabellen werden erst dann verständlich, wenn Primärschlüssel, Fremdschlüssel und typische Relationstypen gemeinsam betrachtet werden, weil genau sie festlegen, wie Einträge eindeutig erkennbar und zugleich … |
| ER-Modell und konzeptionelle Modellierung | Bevor Tabellen technisch umgesetzt werden, hilft ein konzeptionelles Modell, weil Entitäten, Attribute und Beziehungen zunächst inhaltlich geklärt werden und dadurch ein verständlicher Bauplan für die spätere Tabellenstruktur … |
| Weitere Datenbankobjekte: Abfragen, Formulare, Berichte, Ansichten | Datenbanken bestehen im Alltag nicht nur aus Tabellen, weil Nutzerinnen und Nutzer meist über Abfragen, Eingabemasken, Berichte und Ansichten mit den gespeicherten Daten arbeiten und gerade diese Objekte den praktischen Nutzen … |
| Beziehungsmuster an konkreten Beispielen erklären | Beziehungsmuster werden besonders klar, wenn sie wiederholt in unterschiedlichen Anwendungssituationen auftauchen, weil dadurch sichtbar wird, dass dieselben relationalen Grundideen in Schule, Handel, Medizin, Medien und … |
| Datenintegrität, Regeln und saubere Modellierung | Ein gutes Datenbankmodell bleibt nur dann langfristig brauchbar, wenn Eindeutigkeit, Gültigkeit und Verknüpfung zuverlässig geregelt sind, denn falsche oder widersprüchliche Einträge können spätere Abfragen, Berichte und … |
Merke: Saubere Datenbankmodelle trennen Daten sinnvoll, nutzen eindeutige Schlüssel und bilden Beziehungen nachvollziehbar ab.
Datenbankmodelle als Ordnungsprinzipien
Datenbankmodelle beschreiben, nach welcher Grundlogik Informationen aufgebaut und zusammengehalten werden, weshalb sie helfen zu verstehen, warum manche Systeme vor allem mit Tabellen, andere eher mit Dokumenten, Sammlungen oder grafischen Beziehungen arbeiten.
Ein Datenbankmodell legt fest, wie Daten strukturiert werden. Das relationale Modell arbeitet mit Tabellen, Zeilen, Spalten und Beziehungen zwischen Tabellen. PostgreSQL beschreibt Tabellen als benannte Sammlungen von Zeilen mit benannten Spalten, wobei jede Spalte einen Datentyp besitzt. Das dokumentenorientierte Modell organisiert Daten dagegen in Dokumenten und Collections; MongoDB beschreibt Collections ausdrücklich als Gruppen von Dokumenten und ordnet Daten hierarchisch in Datenbanken, Collections und Dokumente ein.
Für den Unterricht ist besonders das relationale Modell wichtig, weil es klar zeigt, wie Informationen in mehrere Tabellen aufgeteilt und über Schlüssel wieder verbunden werden.
Das dokumentenorientierte Modell eignet sich gut als Vergleich, um zu zeigen, dass Datenbanken nicht immer nur aus Tabellen bestehen. So kann eine Schulbibliothek relational mit Tabellen für Bücher, Lernende und Ausleihen modelliert werden, während eine App mit sehr unterschiedlich aufgebauten Profilen eher dokumentenartig gedacht werden kann.
Beispiele: Relationales Modell, Dokumentenmodell, Tabelle, Dokument, Collection, Zeile, Spalte, Datentyp.
Tabellen als zentrale Struktur des relationalen Modells
Tabellen machen relationale Datenbanken greifbar, weil in ihnen gleichartige Informationen geordnet gespeichert werden und dadurch erkennbar wird, wie Datensätze, Attribute und Werte zusammenwirken, ohne dass alle Informationen in einer einzigen großen Liste vermischt werden.
Eine Tabelle speichert Informationen zu einem bestimmten Gegenstandsbereich. Eine Tabelle Schueler könnte etwa die Spalten SchuelerID, Name, Klasse, Geburtsdatum besitzen. Jede Zeile ist ein Datensatz, also ein vollständiger Eintrag zu einer Person. Jede Spalte steht für ein Attribut oder Feld, also für eine bestimmte Eigenschaft. PostgreSQL zeigt beim Anlegen einer Tabelle ausdrücklich, dass Tabellenname, Spaltenname und Datentyp zusammen definiert werden.
Die Aufteilung auf mehrere Tabellen verhindert Unübersichtlichkeit und unnötige Wiederholungen. Statt in einer einzigen Tabelle ständig Namen von Lernenden, Buchtitel und Ausleihdaten gemeinsam zu speichern, ist es sinnvoller, getrennte Tabellen für Schueler, Buecher und Ausleihen zu verwenden. Genau dadurch wird später nachvollziehbar, welche Daten zusammengehören und welche nur über Beziehungen verbunden sind.
Beispiele: Schuelertabelle, Buechertabelle, Produkttabelle, Kundentabelle, Ausleihliste, Artikelliste, Stundenplan, Notenliste.
Schlüssel und Beziehungsmuster
Beziehungen zwischen Tabellen werden erst dann verständlich, wenn Primärschlüssel, Fremdschlüssel und typische Relationstypen gemeinsam betrachtet werden, weil genau sie festlegen, wie Einträge eindeutig erkennbar und zugleich mit anderen Tabellen verknüpfbar bleiben.
Ein Primärschlüssel identifiziert jeden Datensatz eindeutig, etwa SchuelerID, BuchID oder Bestellnummer. Ein Fremdschlüssel verweist auf den Primärschlüssel einer anderen Tabelle.
PostgreSQL beschreibt Fremdschlüssel als Mittel, um Tabellen miteinander zu verbinden, und zeigt außerdem, dass mehrere Fremdschlüssel auch für n:m-Beziehungen genutzt werden können.
Wichtige Beziehungsmuster sind 1:1, 1:n und n:m. Eine 1:1-Beziehung liegt etwa vor, wenn jede Lehrperson genau einen Dienstausweis hat und jeder Dienstausweis genau einer Lehrperson gehört. Eine 1:n-Beziehung entsteht, wenn eine Klasse viele Schülerinnen und Schüler enthält, aber jede Schülerin genau einer Klasse zugeordnet ist. Eine n:m-Beziehung liegt vor, wenn viele Lernende viele Wahlpflichtfächer besuchen können. Dann braucht man meist eine zusätzliche Zwischentabelle, etwa Belegung, die beide Seiten verbindet.
Beispiele: Primärschlüssel, Fremdschlüssel, 1:1, 1:n, n:m, Zwischentabelle, Verknüpfung, Referenz.
Orientierung auf einen Blick
| Als Nächstes | Kurz erklärt |
|---|---|
| ER-Modell und konzeptionelle Modellierung | Bevor Tabellen technisch umgesetzt werden, hilft ein konzeptionelles Modell, weil Entitäten, Attribute und Beziehungen zunächst inhaltlich geklärt werden und dadurch ein verständlicher Bauplan für die spätere Tabellenstruktur … |
| Weitere Datenbankobjekte: Abfragen, Formulare, Berichte, Ansichten | Datenbanken bestehen im Alltag nicht nur aus Tabellen, weil Nutzerinnen und Nutzer meist über Abfragen, Eingabemasken, Berichte und Ansichten mit den gespeicherten Daten arbeiten und gerade diese Objekte den praktischen Nutzen … |
Merke: Bevor Tabellen technisch umgesetzt werden, hilft ein konzeptionelles Modell, weil Entitäten, Attribute und Beziehungen zunächst inhaltlich geklärt werden und dadurch ein verständlicher Bauplan für …
ER-Modell und konzeptionelle Modellierung
Bevor Tabellen technisch umgesetzt werden, hilft ein konzeptionelles Modell, weil Entitäten, Attribute und Beziehungen zunächst inhaltlich geklärt werden und dadurch ein verständlicher Bauplan für die spätere Tabellenstruktur entsteht.
Das ER-Modell beschreibt Daten zunächst auf einer fachlichen Ebene. Entitäten sind dabei Gegenstandsbereiche wie Schueler, Lehrer, Klasse, Buch oder Raum. Attribute sind ihre Eigenschaften, etwa Name, Klasse, Titel oder Geburtsdatum. Beziehungen zeigen, wie diese Entitäten zusammenhängen.
Ein einfaches Beispiel ist eine kleine Schule. Entitäten wären Schueler, Lehrer, Klasse, Raum.
Attribute der Entität Schueler könnten SchuelerID, Name, Geburtsdatum, KlasseID sein.
Zwischen Klasse und Schueler bestünde eine 1:n-Beziehung, zwischen Lehrer und Klasse je nach Szenario ebenfalls eine Beziehung, und Raum könnte einer Klasse fest zugeordnet sein.
Das ER-Modell hilft also, bevor Tabellen gezeichnet oder SQL-Befehle geschrieben werden, die fachliche Logik sauber zu klären.
Begriffe: Entität, Attribut, Beziehung, ER-Modell, Entitätsmenge, Kardinalität, Modellskizze, Fachfall.
Weitere Datenbankobjekte: Abfragen, Formulare, Berichte, Ansichten
Datenbanken bestehen im Alltag nicht nur aus Tabellen, weil Nutzerinnen und Nutzer meist über Abfragen, Eingabemasken, Berichte und Ansichten mit den gespeicherten Daten arbeiten und gerade diese Objekte den praktischen Nutzen der Datenbank sichtbar machen.
Eine Abfrage wählt Daten nach bestimmten Kriterien aus. Sie kann filtern, sortieren oder Tabellen zusammenführen.
So lässt sich etwa fragen: „Welche Bücher sind überfällig“, „Welche Produkte kosten mehr als 20 Euro“, „Welche Schülerinnen besuchen die 4A“. In Access werden Beziehungen ausdrücklich genutzt, um bei Formularen und Berichten passende Informationen vorzuschlagen.
Ein Formular ist ein Datenbankobjekt zur Eingabe, Bearbeitung oder Anzeige von Daten.
Microsoft beschreibt ein Formular als Benutzeroberfläche für eine Datenbankanwendung; gebundene Formulare sind direkt mit Tabellen oder Abfragen verbunden. Ein Bericht dient dazu, Daten übersichtlich anzuzeigen, zu formatieren und zusammenzufassen. Microsoft nennt als Beispiel Telefonlisten oder Zusammenfassungen von Verkaufsdaten. Eine Ansicht zeigt einen bestimmten Ausschnitt oder eine bestimmte Perspektive auf vorhandene Daten, etwa nur aktive Bestellungen oder nur ausgeliehene Medien.
Beispiele: Abfrage, Formular, Bericht, Ansicht, Suchmaske, Ergebnisliste, Eingabemaske, Zusammenfassung.
Zweiter Zwischenüberblick
| Vertiefung | Wichtig dabei |
|---|---|
| Beziehungsmuster an konkreten Beispielen erklären | Beziehungsmuster werden besonders klar, wenn sie wiederholt in unterschiedlichen Anwendungssituationen auftauchen, weil dadurch sichtbar wird, dass dieselben relationalen Grundideen in Schule, Handel, Medizin, Medien und … |
| Datenintegrität, Regeln und saubere Modellierung | Ein gutes Datenbankmodell bleibt nur dann langfristig brauchbar, wenn Eindeutigkeit, Gültigkeit und Verknüpfung zuverlässig geregelt sind, denn falsche oder widersprüchliche Einträge können spätere Abfragen, Berichte und … |
Merke: Die einzelnen Teilaspekte gehören zusammen und sollten an konkreten Beispielen miteinander verknüpft werden.
Beziehungsmuster an konkreten Beispielen erklären
Beziehungsmuster werden besonders klar, wenn sie wiederholt in unterschiedlichen Anwendungssituationen auftauchen, weil dadurch sichtbar wird, dass dieselben relationalen Grundideen in Schule, Handel, Medizin, Medien und Verwaltung immer wieder ähnlich funktionieren.
In einer Bibliothek kann ein Buch viele Ausleihen haben, aber eine einzelne Ausleihe bezieht sich jeweils auf genau ein Buch. In einem Onlineshop kann eine Bestellung viele Produkte enthalten, und ein Produkt kann in vielen Bestellungen vorkommen; das ist ein typischer n:m-Fall mit einer Zwischentabelle wie Bestellposition. In einer Schule kann eine Klasse viele Lernende haben, aber eine Lernende gehört meist nur einer Klasse gleichzeitig an; das ist ein 1:n-Fall. In einer Arztpraxis kann eine Patientin viele Termine haben, jeder Termin gehört aber genau zu einer Patientin.
Gerade diese Beispiele helfen beim sprachlichen Erklären. Lernende sollen nicht nur die Zeichen 1:n oder n:m auswendig kennen, sondern sagen können, was sie bedeuten: „Ein Eintrag auf der linken Seite kann mit vielen Einträgen rechts verbunden sein“ oder „Viele Einträge auf beiden Seiten können miteinander verknüpft werden“. So wird aus einer formalen Notation eine verständliche Strukturidee.
Beispiele: Bibliothek, Onlineshop, Arztpraxis, Schulklasse, Bestellung, Termin, Belegung, Ausleihe.
Datenintegrität, Regeln und saubere Modellierung
Ein gutes Datenbankmodell bleibt nur dann langfristig brauchbar, wenn Eindeutigkeit, Gültigkeit und Verknüpfung zuverlässig geregelt sind, denn falsche oder widersprüchliche Einträge können spätere Abfragen, Berichte und Entscheidungen erheblich verfälschen.
PostgreSQL beschreibt Constraints als Regeln für Tabellen und Spalten. Dazu gehören PRIMARY KEY, FOREIGN KEY, UNIQUE, NOT NULL und weitere Bedingungen. Solche Regeln verhindern etwa doppelte Schlüssel, leere Pflichtfelder oder ungültige Verweise. Dadurch wird Datenintegrität gesichert. Ein Fremdschlüssel soll nur auf einen tatsächlich vorhandenen Datensatz zeigen, ein Primärschlüssel darf nicht doppelt vorkommen, und ein Pflichtfeld wie Titel oder Bestelldatum sollte nicht leer bleiben.
Für den Unterricht ist wichtig, dass diese Regeln nicht nur technische Zusatzfunktionen sind, sondern Teil des Modells selbst. Wer saubere Tabellen und Beziehungen plant, erleichtert später Eingabe, Suche, Auswertung und Schutz der Daten. Gerade bei Schul-, Kunden-oder Gesundheitsdaten wird so verständlich, warum Modellierung und Verantwortung zusammengehören.
Begriffe: Integrität, Pflichtfeld, Eindeutigkeit, Verweis, Constraint, Gueltigkeit, Regel, Konsistenz.
Kurz zusammengefasst
| Kernkompetenz | Das bedeutet konkret |
|---|---|
| Modelle benennen | Modelle benennen |
| Tabellen erklären | Tabellen erklären |
| Felder zuordnen | Felder zuordnen |
| Schlüssel unterscheiden | Schlüssel unterscheiden |
| Beziehungen erklären | Beziehungen erklären |
| Relationstypen deuten | Relationstypen deuten |
| ER-Modelle lesen | ER-Modelle lesen |
| Tabellen verknüpfen | Tabellen verknüpfen |
Merke: Die wichtigsten Zusammenhänge solltest du nicht nur wiedergeben, sondern an neuen Beispielen erklären, anwenden und begründet beurteilen können.
Weiterführende Links
Passende LearningSnacks
Übungen
Die Aufgaben setzen die Inhalte praktisch um. Der konkrete Auftrag ist bei jeder Aufgabe ausdrücklich unter Arbeitsauftrag: gekennzeichnet.
Beziehungsmuster mit Rollenkarten darstellen
Beziehungen zwischen Tabellen werden besonders verständlich, wenn Lernende Personen, Objekte und Verbindungen selbst darstellen, weil 1:1-, 1:n-und n:m-Muster dadurch räumlich sichtbar und nicht nur abstrakt als Fachbegriffe behandelt werden.
Arbeitsauftrag:
Die Gruppen stellen zu einem Fallbeispiel mindestens drei Beziehungsmuster dar, benennen die beteiligten Tabellen und erklären, warum es sich jeweils um 1:1, 1:n oder n:m handelt.
Tabellen aus einem ER-Modell ableiten
Der Übergang vom konzeptionellen Modell zur Tabellenstruktur fördert tiefes Verständnis, weil Lernende erkennen, dass Entitäten, Attribute und Beziehungen nicht zufällig in Tabellen auftauchen, sondern aus einem geplanten fachlichen Modell hervorgehen.
Arbeitsauftrag:
Die Schülerinnen und Schüler leiten aus einem ER-Modell passende Tabellen ab, ergänzen Schlüssel und erklären, welche Beziehungsmuster zwischen den Tabellen bestehen.
Schlechte Tabellenstrukturen verbessern
Lernwirksame Einsichten entstehen besonders dann, wenn fehlerhafte Datenbankstrukturen analysiert und überarbeitet werden müssen, weil doppelte Informationen, unklare Felder und ungeeignete Beziehungen die Vorteile sauberer Modellierung deutlich machen.
Arbeitsauftrag:
Jede Gruppe untersucht eine ungeeignete Tabellenvorlage, benennt mindestens fünf Strukturprobleme und entwickelt daraus ein besseres Datenbankmodell.
Primär- und Fremdschlüssel begründet zuordnen
Schlüsselbegriffe werden besonders sicher verstanden, wenn Lernende nicht nur Definitionen wiederholen, sondern in konkreten Tabellen entscheiden müssen, welches Feld eindeutig kennzeichnet und welches auf eine andere Tabelle verweist.
Arbeitsauftrag:
Die Schülerinnen und Schüler markieren in mehreren Tabellen Primär-und Fremdschlüssel und erklären, warum alternative Felder weniger geeignet wären.
Zwischentabellen für n:m-Beziehungen entwickeln
Viele Missverständnisse lösen sich auf, wenn n:m-Beziehungen nicht nur beschrieben, sondern mit einer Zwischentabelle konstruiert werden, weil dadurch sichtbar wird, wie komplexe Verknüpfungen relational sauber und übersichtlich umgesetzt werden.
Arbeitsauftrag:
Jede Gruppe entwickelt zu einem n:m-Beispiel eine vollständige Struktur mit zwei Haupttabellen und einer Zwischentabelle und erläutert deren Funktion.
Datenbankobjekte im Alltag identifizieren
Datenbanken werden besonders greifbar, wenn Lernende reale Oberflächen untersuchen und darin Formulare, Berichte, Abfragen oder Ansichten wiedererkennen, weil technische Fachbegriffe so direkt mit sichtbaren Anwendungen verbunden werden.
Arbeitsauftrag:
Die Gruppen analysieren mehrere Anwendungssituationen, ordnen sichtbare Elemente den passenden Datenbankobjekten zu und beschreiben deren Funktion.
Abfragen aus Beziehungsmustern ableiten
Der Nutzen relationaler Modelle wird besonders deutlich, wenn aus Tabellen und Beziehungen konkrete Fragen entwickelt werden, weil Lernende dadurch erkennen, warum Datenbanken gerade für verknüpfte Suche und strukturierte Auswertung gebaut werden.
Arbeitsauftrag:
Die Schülerinnen und Schüler formulieren zu einer Datenbankstruktur mehrere Abfragen in Alltagssprache und kennzeichnen, welche Tabellen und Beziehungen dafür nötig sind.
Formulare und Berichte passend planen
Vertieftes Verständnis für Datenbankobjekte entsteht dann, wenn Eingabe und Ausgabe bewusst geplant werden, weil Lernende erkennen, dass Formulare und Berichte keine Dekoration, sondern funktionale Werkzeuge für unterschiedliche Nutzungssituationen sind.
Arbeitsauftrag:
Jede Gruppe gestaltet zu einem Fallbeispiel ein Formular und einen Bericht und erläutert, welche Informationen jeweils sichtbar, bearbeitbar oder zusammengefasst sein sollen.
Datenbankmodell für ein Mini-Projekt entwerfen
Besonders nachhaltiges Lernen entsteht, wenn Schülerinnen und Schüler ein vollständiges kleines Datenbankmodell selbst planen, weil sie dabei Fachbegriffe, Tabellenlogik, Beziehungen und Datenbankobjekte in einem zusammenhängenden Arbeitsprozess anwenden müssen.
Arbeitsauftrag:
Die Gruppen entwickeln für ein eigenes Mini-Projekt ein vollständiges Grundmodell mit Tabellen, Schlüsseln, Beziehungen und mindestens zwei weiteren Datenbankobjekten.
Modelle vergleichen und begründet bewerten
Hohe Lernwirksamkeit entsteht, wenn verschiedene Datenbankentwürfe gegenübergestellt und bewertet werden, weil Lernende dadurch nicht nur Strukturen aufbauen, sondern Qualität, Übersicht, Eindeutigkeit und Zweckmäßigkeit fachlich beurteilen lernen.
Arbeitsauftrag:
Die Schülerinnen und Schüler bewerten ein fremdes Datenbankmodell mit klaren Kriterien und formulieren am Ende ein begründetes Gesamturteil mit Verbesserungshinweisen.
Kompetenzcheck
Überprüfe am Ende selbst:
| Ich kann … | Ja | Noch üben |
|---|---|---|
| modelle benennen. | ☐ | ☐ |
| tabellen erklären. | ☐ | ☐ |
| felder zuordnen. | ☐ | ☐ |
| schlüssel unterscheiden. | ☐ | ☐ |
| beziehungen erklären. | ☐ | ☐ |
| relationstypen deuten. | ☐ | ☐ |
| eR-Modelle lesen. | ☐ | ☐ |
| tabellen verknüpfen. | ☐ | ☐ |
| abfragen erklären. | ☐ | ☐ |
| formulare beschreiben. | ☐ | ☐ |
| berichte erklären. | ☐ | ☐ |
| ansichten deuten. | ☐ | ☐ |