Разработка базы данных «состояние здоровья учащихся» (на примере МОУ СОШ №44)

Федеральное агентство  по образованию Российской Федерации

ГОУ ВПО «Нижнетагильская государственная социально-педагогическая академия»

Кафедра информатики  и МОИ

 

 

ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ

Зав. кафедрой информатики  и МОИ

___________________ Л.Е Гуторова

«__» _________ 2009 г.

 

РАЗРАБОТКА  БАЗЫ ДАННЫХ «СОСТОЯНИЕ ЗДОРОВЬЯ

УЧАЩИХСЯ» (на примере МОУ СОШ №44)

выпускная квалификационная работа

 

Исполнитель: студентка 41-И группы,

бакалавр физико-математического

образования (профиль  «Информатика»)

О.В. Чебурина

 

Руководитель: доцент кафедры

ИиМОИ, к.п.н., Александрова Н.В.

 

 

Рецензент: доцент кафедры  ИиМОИ,

к.п.н. Мащенко М.В.

 

 

Нижний Тагил

2009

 

Оглавление

 

 

 

Введение

Основы современной  информационной технологии составляют базы данных (БД) и системы управления базами данных (СУБД), роль которых как единого средства хранения, обработки и доступа к большим объемам информации постоянно возрастает. При этом существенным является постоянное повышение объемов информации, хранимой в БД, что влечет за собой требование увеличения производительности таких систем. Резко возрастает также в разнообразных применениях спрос на интеллектуальный доступ к информации. Это особенно проявляется при организации логической обработки информации в системах баз знаний, на основе которых создаются современные экспертные системы.

Записи школьного врача, результаты обследований, дата вакцинации для каждого учащегося должны фиксироваться в электронной форме и оставаться доступными для последующего использования. Внедрение современных информационных технологий в области здравоохранения окажет кардинальное воздействие на такие характеристики медицинского обслуживания, качество, повсеместная доступность.

Для автоматизации учета  состояния здоровья больных используются могут использоваться такие программы как «Электронная медицинская карта» и «МедКарта». Однако данные программы школьному врачу применять достаточно сложно, так как они, с одной стороны, позволяют реализовать не все функции школьного врача, а с другой – достаточно сложны и для работы с ними требуется специальная подготовка кадров. Это обуславливает необходимость разработки базы данных для автоматизации ведения врачом необходимой документации.

Целью данной работы является автоматизация ведения врачом МОУ СОШ №44 документации, необходимой для учета состояния здоровья учащихся.

Объект исследования - процесс автоматизации ведения документации школьным врачом.

Предмет исследования – документы, содержащие сведения о состоянии здоровья учащихся (отчеты школьного врача, медицинские справки, сведения об учащихся и т.д.).

Для решения поставленных задач использовались методы научного исследования: изучение и анализ литературы и нормативных документов; беседы с учителями школ, школьным врачом и администрацией, по проблеме исследования для выяснения процессов, подлежащих автоматизации; систематизации; проектирование; моделирование; тестирование БД; анкетирование школьного врача МОУ СОШ №44.

Для достижения цели необходимо выполнить следующие задачи:

1. Проанализировать предметную область деятельности школьного врача.
2. Провести сравнительную характеристику программных продуктов для автоматизации ведения документации школьным врачом.
3. Разработать базу данных для школьного врача, которая позволит автоматизировать ведение документации, необходимой для учета состояния здоровья учащихся.

 

Глава 1

Теоретические основы проектирования баз данных

1.1. Понятие базы данных. Модели данных

Фундаментальные идеи современных информационных и коммуникационных технологий базируются на концепции базы данных. Согласно этой концепции, все данные должны быть организованы в базы данных с целью адекватного отображения изменяющегося реального мира и удовлетворения информационных потребностей пользователей. При этом под данными понимается информация, представленная в определенном виде, позволяющем автоматизировать ее сбор, хранение и дальнейшую обработку человеком или информационным средством [1].

Определим понятие «база данных» и рассмотрим и ее назначение.

М.П. Малыхина считает, что база данных – это организованная структура, предназначенная для хранения информации [1].

И. Харитонова, В. Михеева понимают под базой данных информационную модель, позволяющую хранить данные о группе объектов, обладающих одинаковым набором свойств [2].

А.Д. Хомоненко, В.М. Цыганкова, М.Г. Мальцева, В.А. Каймин считают, что база данных представляет собой совокупность специальным образом организованных данных, хранимых в памяти системы и отображающих состояние объектов и их взаимосвязей в рассматриваемой предметной области [3].

Ю.А. Шафрин считает, что  база данных (в общем смысле) – совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области или ее разделе [4].

В таблице 1 (приложение 1) приведен контент-анализ понятия «база данных».

Следует отметить, что  хранимые в базе данные имеют определенную логическую структуру, то есть описываются некоторой моделью представления данных (моделью данных). К числу классических относятся следующие модели данных [3]:

– иерархическая,

– сетевая,

– реляционная.

Рассмотрим данные модели.

Иерархическая модель

Иерархическая модель – это логическая модель данных в виде древовидной структуры [16]. В иерархической модели связи данными можно описать с помощью упорядоченного графа (или дерева). Упрощенно представление связей между данными в иерархической модели показано на рис. 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Представление связей в иерархической модели

Для описания структуры  иерархической БД на некотором языке  программирования используется тип данных «дерево». Иерархической базой данных является Каталог папок Windows (рис.2), реестр Windows (рис.3), доменная система имен подключенных к Интернету компьютеру [15].

Рис.2 Иерархическая модель данных, представленная в виде папок Windows

Рис.3 Иерархическая модель данных, представленная в виде реестра Windows

Таким образом, достоинства иерархической модели является эффективное использование памяти ПК и хорошие показатели выполнения основных операций над данными. Недостатком данной модели является громоздкость для обработки информации с достаточно сложными связями, сложность понимания, допустимость только навигационного принципа доступа к данным, доступ к данным производится только через корневое отношение

Сетевая модель

Сетевая модель – это логическая модель данных в виде произвольного  графа [16]. Сетевая модель данных позволяет отображать разнообразные взаимосвязи данных, обобщая тем самым иерархическую модель данных (рис. 4).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для описания схемы сетевой  БД используется две группы типов: «запись» и «связь». Тип «связь» определяется для двух типов «запись»: предка и потомка. Переменная типа «связь» являются экземплярами связей.

Сетевая база данных образуется обобщением иерархической за счет допущения объектов, имеющих более одного предка, т. е. каждый элемент вышестоящего уровня может быть связан одновременно с любыми элементами следующего уровня. При этом на связи между объектами в сетевых моделях не накладывается никаких ограничений.

Сетевой базой данных фактически является Всемирная паутина глобальной компьютерной сети Интернет (рис.5) [31]. Гиперссылки связывают между собой огромное количество документов в единую распределенную сетевую базу данных.

 

Рис.5. Всемирная паутина глобальной компьютерной сети Интернет

К числу важнейших операций манипулирования данными баз  сетевого типа можно отнести следующие [3]:поиск записи в БД; переход от предка к первому потомку; переход от потомка к предку; создание новой записи; удаление текущей записи; обновление текущей записи; включение записи в связь; исключение записи из связи; изменение связей и т.д.

Таким образом, к достоинствам указанной модели относится эффективность реализации по показателям затрат и оперативности и возможность доступа к данным через значения нескольких отношений, недостатки заключается в высокой сложности для понимания и выполнения обработки информации в БД обычным пользователем и допустимость только навигационного принципа доступа к данным. Сетевая модель является универсальной, однако достаточно сложной для проектирования и разработки.

Реляционная модель

Реляционная модель данных предложена сотрудниками фирмы IBM Эдгаром Коддом и основывается на понятии отношение (relation) [3].

Отношение представляет собой множество элементов, называемых кортежами [3]. Наглядной формой представления отношений является привычная для человеческого восприятия двумерная таблица.

Таблица имеет  строки (записи) и столбцы (колонки). Каждая строка таблицы имеет одинаковую структуру и состоит из полей. Строкам таблицы соответствуют кортежи, а столбцам - атрибуты отношения (рис. 6) [1]. Атрибут описывает данные о сущности, которые нужно сохранить.

Рис. 6. Реляционная модель данных

С помощью одной таблицы удобно описывать такой вид связей между данными, а именно деление одного объекта (явления, сущности, системы и проч.), информация о котором хранится в таблице, на множество подобъектов, каждому из которых соответствует строка или запись таблицы. При этом каждый из подобъектов имеет одинаковую структуру или свойства, описываемые соответствующими значениями полей записей.

Реляционная модель данных широко используется при построении баз данных, так как она проста в использовании, и информация, введенная в одну таблицу, может быть связана с одной или несколькими записями из другой таблицы.

При проектировании реляционной  модели данных необходима нормализация.

Нормализация – это процесс, позволяющий гарантировать, эффективность структур данных в реляционной базе данных [8]. Реляционная база данных считается эффективной, если она обладает следующими характеристиками: отсутствие избыточности, минимальное использование null-значений, предотвращение потери информации.

Одни и те же данные могут группироваться в таблицы (отношения) различными способами, т.е. возможна организация различных  наборов отношений взаимосвязанных информационных объектов. Группировка атрибутов в отношениях должна быть рациональной, т.е. минимизирующей дублирование данных и упрощающей процедуры их обработки и обновления.

Определенный набор  отношений обладает лучшими свойствами при включении, модификации, удалении данных, чем все остальные возможные  наборы отношений, если он отвечает требованиям нормализации отношений.

Нормализация  отношений - формальный аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц), который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) базы данных [7].

Анализ литературы [3, 7] позволяет сделать вывод, что существует 5 нормальных форм и нормальная форма Бойса-Кодда. Однако на практике используются три нормальные формы отношений и разработан механизм, позволяющий любое отношение преобразовать к третьей (самой совершенной) нормальной форме.

Первая нормальная форма  требует, чтобы все значения полей  были атомарными (неразложимое) и все записи уникальными.

Модель находится во второй нормальной форме, если она, во-первых, находится в первой нормальной форме; и, во-вторых, не содержит не ключевых атрибутов, находящихся в частичной функциональной зависимости от первичного ключа. Не ключевой атрибут - это атрибут, который не был выбран ключевым. Уникальный первичный ключ позволяет однозначно идентифицировать каждую строку столбца.

Модель находится в  третьей нормальной форме, если она  находится во второй нормальной форме  и не имеет транзитивных зависимостей. Транзитивная зависимость – это зависимость между не ключевыми атрибутами.

При проектировании базы данных может возникнуть избыточность данных (повторение данных в базе данных), аномалия обновлений (противоречивость данных, вызванная их избыточностью и частичным обновлением), аномалия удалений (непреднамеренная потеря данных, вызванная удалением других данных), аномалия ввода (невозможность ввести данные в таблицу, вызванная отсутствием других данных). Нормализация позволяет защитить целостность данных, устранять избыточность и дублирование информации.

Следует отметить, что в последние годы появились, и стали более активно внедрятся на практике следующие модели данных:

– постреляционная,

– многомерная,

– объектно-ориентированная.

Постреляционная модель