Hochschule Düsseldorf
University of Applied Sciences
Fachbereich Medien
Faculty of Media

​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​Entwicklung von Inhalten für die Lehre im Fach Datenbanken in vielfältigen Lernszenarien

​​​ Teaserbild

06 / 2022

2 Jahre EILD

Eine Auswahl offener Lerneinheiten in der digitalen Lehre im Fach Datenbanken, die aktuell im Projekt EILD (weiter-) entwickelt werden, können Sie selbst ​​ausprobieren.

Weitere Inhalte, die erst nach Projekt-Ende über die Plattform ORCA.nrw verfügbar sein werden, stellen wir unter Ergebnissen vor​.

Weiter zum Au​sprobieren 

 

​​Im Projekt EILD.nrw werden Open Educational Resources (OER) für die Lehre im Fach Datenbanken entwickelt. Die Lerneinheiten können in vielfältigen Lernszenarien verwendet werden. Studierende der Informatik und von Anwendungsfächern können den kompletten Lebenszyklus für die Entwicklung von Datenbanken erlernen. Dafür werden Quizze, interaktive Tools, Lehrvideos und Kurse für Lernmanagementsysteme entwickelt und unter einer Creative Commons-Lizenz veröffentlicht.

​​​Die Informatik schafft sich ihre Werkzeuge selbst. So besitzen die Profe​ssorinnen und Professoren der Projektpartner jahrelange Erfahrung in der Lehre von Datenbanken mit selbst-entwickelten Lerneinheiten. Etwa 1.000 Studierende der beteiligten Hochschulen können jedes Semester im unterstützten Selbst-Studium Kenntnisse erwerben und praktische Aufgaben zur Konzeptionierung, Erstellung und Programmierung von Datenbanken bearbeiten. Eine Datenbank mit über tausend Fragen, Antworten und Erklärungen wird zur Klausurvorbereitung benutzt.

Das Projekt EILD.nrw wird als eines von 18 Projekten der Förderlinie​ O​ERContent.NRW​ seit dem Wintersemester 2020 durch das Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert. Mithilfe der Förderung kann jeder Projektpartner eine wissenschaftliche Mitarbeiterin oder einen wissenschaftlichen Mitarbeiter und Studierende als Hilfskräfte über knapp zwei Jahre finanzieren.​ Die in diesem und den weiteren Projekten der Förderlinie entstehenden Inhalte werden unter der Lizenz CC BY-SA 4.0 – Teilen und Bearbeiten unter Namensnennung und Weitergabe unter gleichen Bedingungen – auf der Plattform ORCA.nrw​ zur Verfügung gestellt. EILD.nrw ist ein Kooperationsvorhaben der Digitalen Hochschule DH.NRW​.​

Auf die Erstellung des Konzepts und der Beschreibung der Inhalte der Lernmodule, die ​auf dem Entwicklungs-Zyklus basieren,​ ​folgt die Entwicklung der Lerneinheiten.​


Konzept​​

Im Projekt wird eine weitgehende Adaptierbarkeit und Wiederverwendbarkeit der Lehrinhalte (educational resources) umgesetzt. Die Abdec​​kung der Themen von Grundvorlesungen im Fach Datenbanken erfolgt in neun ​Lernmodulen, wobei sich zwei auf den Grundlagen aufbauende Lernmodule am Master-Niveau orientieren. Die Trennung von didaktischem Konzept und Anwendungsbereichen aus den jeweiligen Studiengängen (Wirtschaft, Medizin, Digitale Medien) mit der Angabe von Metadaten und Best-Practice Szenarien ermöglicht gleichermaßen auch eine eigenständige Nutzung der Bausteine kleiner Granularität.
Die Lehrenden können die Bausteine auf die jeweiligen Kontexte und die intendierte Lehrmethode - wie Inverted Classroom, Just in Time Teaching und Peer Instruction - anpassen. Die Studierenden werden zur Qualitätssicherung mit in die Evaluation einbezogen.​​​


Inhalte der Lernmodule​​

1: Konzepte von Datenbanksystemen

In dem Modul wird ein konsistentes Begriffsgebäude bezüglich der Konzepte von Datenbanksystemen vermittelt. Die Datenmodelle relationaler, aktiver, objektrelationaler und unstrukturierter (No-SQL) Datenbanken werden vermittelt (vgl. Lernmodul 8 NoSQL-Datenbanken). Beschrieben werden die definierenden Eigenschaften von Datenbanksystemen. Informationssysteme und Wissensverarbeitung werden zu Datenbanksystemen in Bezug gesetzt. Datenschutzmechanismen und gesellschaftliche Auswirkungen großer Datensammlungen werden diskutiert. ​

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2: Konzeptioneller Entwurf von Datenbanken

Die Analyse einer Anwendung leitet die benötigten Funktionen eines Datenbanksystems her. In dem Modul werden diese Anforderungen zunächst mittels datenbankneutraler und semantisch ausdrucksstarker Modelle wie dem Entity-Relationship-Modell und dem Klassendiagramm der Unified Modeling Language (UML) modelliert.

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3: Das relationale Datenmodell

Aus dem datenbankneutralen Entity-Relationship- oder dem UML-Schema (s. Lernmodul 2) wird das vom gewählten Datenbankmanagementsystem abhängige und logische relationale Schema abgeleitet. Das relationale Datenmodell wird mittels relationaler Algebra definiert. In relationalen Datenbanken können durch Änderungen sogenannte Anomalien hervorgerufen werden. Sind dieselben "Zusammenhänge" zwischen Daten eines Tupels mehrfach vorhanden, so muss eine Änderung bei allen diesen Zusammenhängen erfolgen. Ursache und Vermeidung dieses Problems beschreibt die Normalisierung.​ 

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4: Programmierung mit SQL

An der Schnittstelle zwischen Anwendung und DBMS ist die Structured Query Language (SQL) positioniert. SQL ist in einem ISO-Standard genormt und sehr umfangreich. Der Standard beinhaltet neben der Sprachdefinition auch die Verwendung der Sprache in (anderen) Programmiersprachen. Es werden die drei zur Entwicklung bestimmten Teile von SQL gelehrt: die Anfragesprache (DQL-Data Query Language), die Manipulationssprache (DMLData Manipulation Language) und die Schemasprache (DDL-Data Definition Language). Die dynamische Änderung von Daten kann mittels sogenannter Trigger überwacht und mit Aktionen verbunden werden. Die prozedurale Programmierung erlaubt als Ergänzung in SQL die Speicherung von Prozeduren und Funktionen in Datenbanken. Die Kenntnisse werden in einem SQL-Trainer mit wählbaren Schemata angewendet. SQL-Dialekte werden erläutert. Bestandteile und Umfang können durch den Lehrenden ausgewählt werden. 

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5: Entwicklung von Datenbankanwendungen

In dem Modul werden die Konzepte zur Kopplung von Anwendungsprogrammen mit Datenbanksystemen vorgestellt. Im Fokus steht die Abbildung der anwendungsspezifischen Objektsicht auf die normalisierten relationalen Strukturen der Datenbank (OR-Mapping), die Typkonvertierung und die Abbildung der mengenorientierten SQL-Zugriffe des Datenbanksystems auf die satzorientierte Verarbeitung innerhalb der Programmiersprache (CLI, ODBC, JDBC). Die Anbindung von Programmiersprachen der Business Logic insbesondere die objekt-relationale Abbildung und API’s werden erläutert und praktiziert.

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6: Aufbau und Funktionsweise eines Datenbankmanagementsystems

In dem Lernmodul wird das “Innere” eines Datenbankmanagementsystems erläutert. Die Fünf-Schichten-Architektur als Rahmen der Abbildung logischer Datenstrukturen auf physische Speicherstrukturen der Speichermedien, Speicher- und Pufferverwaltung, Anfrageoptimierung, Transaktionsverarbeitung, Performanzoptimierung werden erläutert. ​

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7: NoSQL-Datenbanken

Neben relationalen Datenbanken werden alternative Datenbankmodelle für datenintensive Anwendungen verwendet. Die Grenzen relationaler Datenbankmodelle werden aufgezeigt und die speziellen Möglichkeiten von Key Value Stores, Column Wide Stores, Document Stores, Graphdatenbanken sowie multimodalen Datenbanken herausgestellt. 

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8: Verteilung von Datenbanken

​In dem Modul werden Kenntnisse über die Architektur und Funktionsweise verteilter Datenbanksysteme und Anwendungen vermittelt. Algorithmen können bewertet werden. 

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9: Datenanalyse​​

Die Analyse unstrukturierter, heterogener, großer und medialer Datenvolumina - Big Data - wird in vielen Unternehmen angewendet. Die Techniken zur Analyse insbesondere in Webumgebungen werden in dem Modul vermittelt und angewendet. 

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Zu den Projektergebnissen​​​​​
Zum Ausprobiere​n​​​​​
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Laufzeit: 09/2020 - 11/2022​​​





EILD project logo
The project logo: The connection between the database “bin” and the board © Björn Salgert, Thomas C. Rakow, FBM, HSD 2020
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