Enseigner les bases de données relationnelles en première et terminale STG

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1 Stage PAF de l'académie de Strasbourg Enseigner les bases de données relationnelles en première et terminale STG Sommaire Introduction Situer la base de données dans le référentiel STMG Historique Phase de conception d une base de données Les concepts de base Les formes normales Les difficultés conceptuelles rencontrées par les élèves Les SGBD Manipulation des données (SQL) Bibliographie Page 1/22

2 Introduction Pourquoi enseigner les bases de données en classe de première et terminale STG? Mieux utiliser les technologies de l information et de la communication : - d être en mesure de produire, d'analyser, de contrôler et d'interpréter les informations obtenues ; - d appréhender, analyser et modéliser des situations issues du fonctionnement des organisations ; - de synthétiser des informations de gestion permettant d assurer la préparation des décisions et le contrôle des opérations ; - de communiquer et mettre en œuvre les solutions retenues. Développer des savoir-faire génériques (abstraction, conceptualisation, logique, résolution de problèmes) qui pourront être transférés dans de nombreux domaines connexes. Permettre la poursuite d études Situer la base de données dans le référentiel STG Lecture du référentiel de chaque spécialité Page 2/22

3 Historique Les concepts des bases de données relationnelles reposent sur les travaux d'un mathématicien Anglais Edgar Frank Codd qui a rédigé en 1970 une thèse de doctorat pour le compte d'ibm : "A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks". Phase de conception d'une base de données Concevoir une base de données, un travail d'analyse à différents niveaux d'abstraction Le besoin Objectif : capter l'univers du discours Outils : cahier des charges, description orale, interview Abstrait Niveau conceptuel Objectif : répondre à la question quoi? Outils : Modèle Entités-Associations (MEA), diagramme des classe UML Niveau organisationnel Objectif : répondre aux questions qui, quand, où, quand? Outil : modèle relationnel Concret Niveau physique Objectif : implanter la base de données Outil : un SGBD bien précis Page 3/22

4 Les concepts de base Définition La base de données est un ensemble d'informations structurées en tables dont l'implantation, la mise à jour et l'exploitation sont réalisées à l'aide d'un système de gestion de bases de données (SGBD). Elle est définie par son schéma (la structure) et son contenu (les valeurs). Le SGBD est chargé de veiller à la cohérence des informations en appliquant des mécanismes de contrainte. Partons d'un exemple : Ici nous sommes au niveau d'abstraction physique (base de données implantée sur le SGBD Access) Notion de table Page 4/22

5 ADHERENT est une table décrite par une structure (un ensemble de champs qui permettent de décrire un adhérent). Le contenu est un ensemble de lignes (enregistrements) dont les valeurs respectent la structure. numeroad est un champ spécial, il permet d'identifier un adhérent ce qui signifie que chaque adhérent devra posséder un numéro différent, il s'agit de la clé primaire (Cette contrainte est directement gérée par le SGBD). Par ailleurs l'absence de clé primaire peut être à l'origine d'enregistrements en doublon. Chaque champ est spécialisé pour recevoir un type de données dont la taille est éventuellement fixée (Ces contraintes sont directement gérées par le SGBD). Connaissant un numeroad je connais un nomad, cette notion est appelée dépendance fonctionnelle. numeroad nomad Notion de lien La table EMPRUNT possède un champ numéroadhérentemp spécial qui sert, pour un emprunt, à préciser quel est le numéro de l'adhérent qui l'a effectué, il s'agit d'une clé étrangère. Le fait de rajouter un lien entre les 2 tables sert à exprimer une contrainte d'intégrité référentielle. Cela signifie que le SGBD devra vérifier : que le numéro d'adhérent stocké dans le champ numeroadherentemp est bien présent dans la table ADHERENT (pas d'emprunt sans adhérent), que l'on ne puisse pas supprimer un adhérent alors qu'il est associé à un ou plusieurs emprunts. Page 5/22

6 Comment lire les signes 1 et? par une phrase type (sujet + verbe + complément) Un emprunt est effectué par un (1) et un seul adhérent Un adhérent a effectué 0, 1 ou plusieurs () emprunts Remarque : une phrase type commence toujours par "un/une". Quelles sont toutes les autres phrases types du schéma? La notion de clé composée La clé de la table CONTENU est composée de 2 champs numeroempruntco et numerocdco. Cela signifie que le SGBD devra vérifier que le couple de valeurs (numeroempruntco / numerocdco) est unique. Par exemple : 1 17 (ok) 1 5 (ok) 2 17 (ok) 1 5 (interdit!) Page 6/22

7 Manipulations sous Access ajouter dans la table GENRE la ligne suivante : chan chanson ajouter dans la table GENRE la ligne suivante : chan reggae Que se passe-t-il? Bien lire le message d'erreur et modifier la clé primaire en conséquence. ajouter dans la table ADHERENT la ligne suivante : Dupond Jean 3,rue du jardin Colmar (je ne connais que le début) jean.dupond@free.fr pas de date d'adhésion Que se passe-t-il? Modifier les valeurs en conséquence pour valider l'enregistrement. ajouter dans la table EMPRUNT une ligne dans laquelle vous êtes l'adhérent emprunteur à la date d'aujourd'hui, pour l'emprunt créé précédemment ajouter dans la table CONTENU les lignes nécessaires à l'emprunt des 3 cd suivants (Chine, My favorite things et Studio Tan), ajouter à ce même emprunt le cd n 25. Que se passe-t-il? ajouter à ce même emprunt le cd n 8. Que se passe-t-il? dans la table CD supprimer le cd n 8. Que se passe-t-il? Pour résumer indiquer les contraintes prises en compte par le SGBD Page 7/22

8 Les formes normales Lors de la conception d'une base de données il faut suivre quelques règles qui permettront d'éviter les redondances d'informations et de faciliter les mises à jour. Ces règles sont appelées "formes normales" et sont issues des travaux d'edgar Frank Codd. 1 ère forme normale chaque table doit posséder une clé primaire chaque champ ne doit contenir qu'une seule valeur (atomicité) Exemple non normalisé : La table LIVRE possède une clé primaire? oui (isbn) Les champs de la table LIVRE sont monovalués? non (lesauteurs) Solution normalisée en 1 ère forme normale Page 8/22

9 2 ème forme normale (ne concerne que les tables dont la clé primaire est composée de plusieurs champs) Déjà en 1 ère forme normale les champs non clés dépendent complètement de la clé primaire Exemple non normalisé : La table LIGNEFACTURE contient le champ datefacture qui ne dépend pas complètement de la clé primaire (numfacture/numproduit), en effet il ne dépend que d'une partie de la clé (numfacture). Solution normalisée en 2 ème forme normale 3 ème forme normale déjà en 2 ème forme normale pas de dépendance fonctionnelle entre champs non clés Exemple non normalisé La table facture contient les champs numclient et nomclient or connaissant le numéro du client je connais son nom! Page 9/22

10 Solution normalisée en 3 ème forme normale Mise en application Avec un exemple de contenu Etablir une solution normalisée en 3 ème forme normale Page 10/22

11 Solution La table est-elle en 1 ère forme normale? Possède-t-elle une clé primaire? oui (numvol) Ses champs sont non multivalués? non (lequipage) Solution en 1 ère forme normale Les tables sont-elles en 2 ème forme normale? VOL : forcément oui car clé primaire mono attribut EQUIPAGE : non car nompersonne, prenompersonne dépendent de numpersonne uniquement et non complètement de la clé primaire. Solution normalisée en 2 ème forme normale Page 11/22

12 Les tables sont-elles en 3 ème formes normales EQUIPAGE : oui PERSONNE : oui VOL : non car il y aune dépendance fonctionnelle entre champs non clés (immatavion modeleavion) Solution normalisée en 3 ème forme normale Page 12/22

13 Les difficultés conceptuelles généralement rencontrées par les élèves L'abstraction, on ne manipule pas du réel mais une représentation du réel Conseil : illustrer rapidement la structure avec des exemples concrets Polysémie ou synonymie dues aux différents niveaux d'abstraction En fonction du niveau conceptuel on n'utilise pas les mêmes termes Niveau physique Niveau organisationnel Niveau Conceptuel table relation entité / Association champ attribut propriété clé primaire clé primaire identifiant clé étrangère clé étrangère association de type 1,1 ligne/enregistrement n-uplet occurrence Conseil : utiliser le vocabulaire du niveau étudié et s'y cantonner. les non-dits : en fonction des sujets étudiés, l'enseignant ou certains élèves peuvent avoir des connaissances culturelles qui facilitent la compréhension ou au contraire une méconnaissance du thème qui fait obstacle à la compréhension. Conseil général : générer l'erreur pour démontrer le concept! Par exemple pour expliquer le concept de la clé primaire multi-attributs 1 17 (ok) 1 5 (ok) 2 17 (ok) 1 5 (interdit!) Page 13/22

14 Les SGBD Pour manipuler les base de données on peut faire le choix d'un SGBD mono-poste- ou serveur. Un SGBD mono-poste (par exemple Access ou MySQL) s'installe directement sur le poste alors qu'un SGBD serveur (SQL-Server ou MySQL) s'installe sur un poste serveur et s'utilise à partir d'un poste client à l'aide d'un outil client (ou d'un navigateur Internet pour MySQL). Access (mono-poste) Avantages présent dans le pack Office interface graphique facile à utiliser par défaut l'utilisateur à tous les droits Inconvénients payant dialecte SQL non conforme à la norme SQL MySQL (mono-poste ou réseau) Avantages gratuit par exemple en installant Easy PHP SQL assez bien normalisé par défaut l'utilisateur à tous les droits Inconvénients interface WEB SQL-Server (réseau) Avantages base de données centralisée SQL assez bien normalisé interface graphique facile à utiliser Inconvénients par défaut l'utilisateur n'a aucun droit (mise en place à effectuer) nécessite une installation réseau payant (sauf la version Express) Page 14/22

15 Manipulation des données Les bases de données relationnelles se manipulent grâce à un langage normalisé (norme ANSI) qui s'appelle le SQL (Structured Query Language). Le SQL permet de gérer la structure (CREATE TABLE ), les données (SELECT, INSERT ) et les droits d'accès (GRANT ). Notation SQL et conseils d'écriture Ecrire tous les mots clés SQL en majuscule Ne mettre qu'une seule clause SQL par ligne Par exemple la requête suivante respecte ces deux règles : SELECT art_coul, AVG(art_pv) prixmoyen FROM article WHERE art_pa>=5 GROUP BY art_coul La représentation des valeurs en SQL normalisé Un numérique se représente simplement par sa valeur : '12' "12" Un caractère ou une chaîne de caractères est encadré de cotes : 'a' 'Colmar' à noter que les guillemets sont généralement acceptés "Colmar" mais à éviter car non utilisables dans toutes les situations (ADO,...). Une date (par exemple comment représenter le 1er septembre 2008) en SQL normalisé 'aaaammjj' : ' ' en SQL Server : '01/09/2008' ou ' ' en Access : #09/01/2008# (attention le SQL d'access est un DIALECTE!) Idée reçue : il n'est pas nécessaire de placer un ";" à la fin des requêtes! Page 15/22

16 Faire le lien entre le SQL et le langage algébrique Projection (choix d'une ou plusieurs colonnes à afficher) SELECT * FROM CD SELECT nomad, prenomad, telephonefixead FROM ADHERENT SELECT DISTINCT genrecd FROM CD Restriction (choix de sélection de lignes en fonction de critères) SELECT * FROM ADHERENT WHERE villead='strasbourg' SELECT numcd, titrecd FROM CD WHERE genrecd='jazz' AND prixachatcd > 20 SELECT * FROM ADHERENT WHERE villead='strasbourg' OR villead='colmar' SELECT numerocdco FROM CONTENU WHERE dateretourco IS NULL SELECT * FROM ADHERENT WHERE dateadhesion BETWEEN ' ' AND ' ' SELECT * FROM CD WHERE genrecd IN('jazz', 'clas') Page 16/22

17 SELECT * FROM CD WHERE genrecd NOT IN('pop', 'rock') Jointure (afficher des données issues de plusieurs tables) SELECT titrecd, libellegenre FROM CD INNER JOIN GENRE ON CD.genre=GENRE.codeGenre SELECT nomad, prenomad FROM EMPRUNT INNER JOIN ADHERENT ON EMPRUNT.numeroAdherentEmp=ADHERENT.numeroAd WHERE numemp=17 Calculs sans GROUP BY SELECT SUM(prixAchatCd) prixtotalcd FROM CD SELECT COUNT(numeroAd) nbadherent FROM ADHERENT SELECT MAX(prixAchatCd) prixmaximum FROM CD Remarque : les fonctions de calcul les plus courantes sont : MIN MAX SUM COUNT AVG minimum maximum somme comptage moyenne Page 17/22

18 Calculs avec GROUP BY SELECT numeroadherentemp, COUNT(numEmp) nbemprunt FROM EMPRUNT GROUP BY numeroadherentemp Attention! Le fait ici d'afficher autre chose que le calcul nécessite de faire un regroupement interne. La requête ne fonctionne pas sans le GROUP BY! Table au départ résultat intermédiaire résultat final regroupement interne SELECT numeroadherentemp, COUNT(numEmp) nbemprunt FROM EMPRUNT GROUP BY numeroadherentemp HAVING COUNT(numEmp) >= 3 résultat final 10 3 Tri (l'ordre de tri est toujours placé sur la dernière ligne) SELECT nomad, prenomad, telephonefixead FROM ADHERENT ORDER BY nomad SELECT numeroadherentemp, COUNT(numEmp) nbemprunt FROM EMPRUNT GROUP BY numeroadherentemp ORDER BY nbemprunt DESC Attention! Seule la clause ORDER BY a le droit d'utiliser un nom de colonne créée! Page 18/22

19 Travail d'analyse avant de tester la requête Il est nécessaire de demander à l'élève un travail d'analyse de la requête avant de la tester. Dans le cas contraire, l'élève va modifier la requête jusqu'à ce qu'elle fonctionne mais ne va pas comprendre pourquoi elle ne fonctionne pas! Quelles sont les données ou les calculs à afficher? Quelles sont les tables nécessaires? Quelles sont les jointures à effectuer? Quelles sont les restrictions à effectuer? La requête nécessite-t-elle une clause GROUP BY? Faut-il trier le résultat? Une fois ce travail d'analyse effectué, l'élève peut enfin tester la requête. Quelques requêtes sur la base de données CDTHEQUE R1 : Afficher tous les genres (tous les champs)? R2 : Quels sont tous les auteurs (liste sans doublon et triée par ordre alphabétique)? R3 : quelle est la date de l emprunt n 1? R4 : Quels sont les adhérents (nom et prénom) qui se sont inscrits au mois de février? R5 : Afficher le numéro et le nom des adhérents ayant déjà emprunté un CD. R6 : Quel est le nombre d emprunt total? R7 : Quel est le prix moyen des CD? R8 : Quel est le prix moyen des CD dont le libellé genre est «Jazz»? R9 : Combien de CD contient l emprunt n 2? R10 : Quel est le nombre d emprunt par adhérent le tout trié par le nombre d emprunt décroissant? R11 : Quel est le nombre d emprunt par CD (numéro cd, nombre d emprunt)? R12 : Quels sont les CD qui on été empruntés plus de 3 fois? Pour aller plus loin R13 : Quel est le CD dont le prix d'achat est le plus élevé? R14 : Quels sont les CD qui n'ont jamais été empruntés? Page 19/22

20 Proposition de correction des requêtes R1 : Afficher tous les genres (tous les champs)? SELECT * FROM GENRE R2 : Quels sont tous les auteurs (liste sans doublon et triée par ordre alphabétique)? SELECT DISTINCT auteurcd FROM CD ORDER BY auteurcd R3 : quelle est la date de l emprunt n 1? SELECT dateemp FROM EMPRUNT WHERE numemp=1 R4 : Quels sont les adhérents (nom et prénom) qui se sont inscrits au mois de février? SELECT * FROM ADHERENT WHERE dateadhesion BETWEEN ' ' AND ' ' ou bien WHERE MONTH(dateAdhesion)=2 R5 : Afficher le numéro et le nom des adhérents ayant déjà emprunté un CD. SELECT DISCTINT numeroad, nomad FROM EMPRUNT INNER JOIN ADHERENT ON EMPRUNT.numeroAd=EMPRUNT.numEmp R6 : Quel est le nombre d emprunt total? SELECT COUNT(numEmp) nbtotal FROM EMPRUNT R7 : Quel est le prix moyen des CD? SELECT AVG(prixAchatCd) prixmoyencd FROM CD R8 : Quel est le prix moyen des CD dont le libellé genre est «Jazz»? SELECT AVG(prixAchatCd) prixmoyencd FROM CD INNER JOIN GENRE ON CD.genreCd=GENRE.codeGenre WHERE libellegenre='jazz' Page 20/22

21 R9 : Combien de CD contient l emprunt n 2? SELECT COUNT(numeroCdCo) nbcd FROM CONTENU WHERE numeroempruntco=2 R10 : Quel est le nombre d emprunt par adhérent le tout trié par le nombre d emprunt décroissant? SELECT numeroadherentemp, COUNT(numEmp) nbemprunt FROM EMPRUNT GROUP BY numeroadherentemp ORDER BY COUNT(numEmp) DESC ou bien ORDER BY nbemprunt DESC (non accepté par Access) ou bien ORDER BY 2 (2 pour 2ème colonne) R11 : Quel est le nombre d emprunt par CD (numéro cd, nombre d emprunt)? SELECT numerocdco, COUNT(numeroEmpruntCo) nbemprunt FROM CONTENU GROUP BY numerocdco R12 : Quels sont les CD qui on été empruntés plus de 3 fois? SELECT numerocdco, COUNT(numeroEmpruntCo) nbemprunt FROM CONTENU GROUP BY numerocdco HAVING COUNT(numeroEmpruntCo)>3 (attention HAVING nbemprunt>3 interdit!) R13 : Quel est le CD dont le prix d'achat est le plus élevé? SELECT * FROM CD WHERE numcd= (SELECT MAX(prixAchatCd technique de requête imbriquée FROM CD) R14 : Quels sont les CD qui n'ont jamais été empruntés? SELECT * FROM CD WHERE numcd NOT IN ou bien SELECT CD.* FROM CD LEFT OUTER JOIN CONTENU ON CD.numCd=CONTENU.numeroCdCo WHERE numeroemprunt IS NULL (SELECT DISCTINCT numerocdco FROM CONTENU) version requête imbriquée version jointure externe Page 21/22

22 Bibliographie et sites Internet Site du CERTA ( Réseau de ressources pour l'informatique de gestion Des livres chez Pearson Education Chez Eyrolles Pour me joindre Hervé L'helguen BTS SIO (Services Informatiques aux Organisations) Lycée Camille Sée Colmar Page 22/22