DSE ICT｜關聯式資料庫與 SQL 備課指引（導師用）

DSE ICT｜關聯式資料庫與 SQL 備課指引（導師用）｜主鍵外鍵、正規化與查詢效率

2026-11-02

學生識抄 SELECT * FROM Student，但講不出為何要拆表、為何要開索引。這一堂用三張表和兩條成本算式，把「資料庫設計」變成可以批分的判斷。

本堂目標　學生能夠：① 用主鍵與外鍵講出兩張表如何連接，並用 1,200 名學生中 120 人未選課（10.0%）示範孤兒記錄的檢查方法；② 把一張夾雜學生姓名與課程名稱的選課表拆成 1NF／2NF／3NF 三張表，講出更新異常、插入異常與刪除異常各自如何消失；③ 比較全表掃描 1,200 次比較與索引 11 次，講出查詢快約 109 倍，同時講出索引在寫入與空間上的代價。

01　先備知識（開課前 3 分鐘快檢）

以下任何一項未過關，本堂就會卡住，先補該項：

技能	快檢題	過關標準
資料表	一張表有欄位與記錄	每行一筆記錄，每欄只放一種資料
對數	二的幾次方接近 1,200	約 10.2，向上取整要 11 次比較
百分比	120 佔 1,200 幾成	10%

02　課堂流程（60 分鐘）

時間	環節	導師做什麼	學生做什麼
0–10 分	一張亂表	學生姓名、課程、導師全塞在一張表	指出三個重複位
10–22 分	主鍵與外鍵	獨一無二 vs 指回另一張表	算出 120 人未選課
22–34 分	正規化	1NF、2NF、3NF 逐步拆表	拆成三張表
34–44 分	SQL 查詢	WHERE、GROUP BY、HAVING、JOIN	寫出三條查詢
44–54 分	索引與成本	全表掃描對比 B 樹索引	算出快 109 倍
54–60 分	離場檢查	三題即場批	三題全對

03　講解腳本（照著說就可以）

第一幕：兩張表靠一條鍵接上

學生表 Students 有 1,200 行，選課表 Enrolments 有 4,860 行，平均每人 4,860 ÷ 1,200 = 4.05 科。
主鍵是每行獨一無二的識別，例如 student_id；外鍵是寫在另一張表、指回主鍵的欄位，例如 Enrolments.student_id。
外鍵管的是參照完整性：Enrolments 出現的每個 student_id，Students 必須有這一行，否則叫孤兒記錄。檢查很機械：SELECT COUNT(DISTINCT student_id) FROM Enrolments 得 1,080，1,200 − 1,080 = 120 人未選課，佔 10.0%。
刪除規則要一齊講：ON DELETE CASCADE 會連選課一齊刪，ON DELETE RESTRICT 會阻止刪除。答題要寫出選哪一個和理由，而不是只寫「外鍵」。
合成主鍵（student_id + course_id）也是一條考點：它保證同一人同一科不會重複報名。

要學生講：為何 student_id 可以在 Enrolments 重複出現，但不可以重複出現在 Students（一個是外鍵，一個是主鍵）。

第二幕：拆表不是潔癖，是防止三種異常

原本一張表同時放 student_id、student_name、course_id、course_name、teacher_name。問題有三個：更新異常（改了課程名稱要改 4,860 行，漏一行就前後不一致）、插入異常（新課程未有人報名就無法記錄）、刪除異常（刪走最後一個學生，連課程資料一齊消失）。
拆成 Students（student_id、name）、Courses（course_id、course_name、teacher）、Enrolments（student_id、course_id、grade）之後：1NF 每格只有一個值；2NF 非主鍵欄位要依賴整個合成主鍵，所以 grade 留在 Enrolments，course_name 搬去 Courses；3NF 去掉傳遞依賴，teacher 只依賴 course_id 就留在 Courses。
同一個課程資料由 4,860 次重複變成 40 行（4,860 ÷ 121.5），更新一次就一致。
代價是查詢要 JOIN 兩三張表，這就是「拆表換一致性」。

要學生講：拆表之後查詢變慢，為何仍然值得（一致性與異常消失換少量 JOIN 成本）。

第三幕：索引是拿寫入換讀取

沒有索引時，找一個 student_id 要逐行比對，最壞情況 1,200 次比較。有 B 樹索引就等於每次砍一半，比較次數約 log₂1,200 ≈ 10.2，向上取整 11 次，快約 1,200 ÷ 11 = 109 倍。
但索引不是免費：每個索引要多佔空間，每次 INSERT／UPDATE／DELETE 都要同時改索引，所以寫入多的表不宜亂開。
幾時值得開：常在 WHERE、JOIN 或 ORDER BY 出現的欄位；幾時不值得：只有幾十行的小表、選擇性極低（例如性別只有兩個值）的欄位。
SQL 題要按口訣寫：SELECT 揀欄、FROM 揀表、WHERE 篩行、GROUP BY 分組、HAVING 篩組、ORDER BY 排序。HAVING 與 WHERE 的分別幾乎每年都考：WHERE 在分組前篩行，HAVING 在分組後篩組。

要學生講：為何在性別欄位開索引幫不到多少（選擇性低，仍要讀大量行）。

04　必教題型與步驟

題型	例子	步驟	答案
設計	由需求畫出三張表與鍵	找主體 → 定主鍵 → 加外鍵 → 檢查異常	三表＋兩條外鍵
SQL	寫查詢	SELECT → FROM → JOIN → WHERE → GROUP BY → HAVING	語法齊全
計算	索引比較次數	ceil(log2(行數))	11 次
解釋	正規化消除哪種異常	逐層講 1NF、2NF、3NF	每層一個例子

合理性檢查（一定要教）：主鍵必須獨一無二且不可為空，外鍵可以重複。
索引比較次數用 log₂，不是除以 2 的次數直接相加。
1,200 ÷ 11 = 109.1，不是 109 萬倍；單位是「倍」不是「百分比」。
HAVING 不可以放在 GROUP BY 之前。
拆表後 JOIN 的條件要寫在 ON 或 WHERE，漏寫會變成笛卡兒積（1,200 × 4,860 行）。

05　獨立練習三題

題目	答案	想觀察什麼
1,200 名學生、4,860 條選課的平均科數	4.05 科	4,860 ÷ 1,200
1,080 人選課，幾多人未選	120 人（10.0%）	1,200 − 1,080
1,200 行表的索引最壞比較次數	11 次	ceil(log2 1,200)

06　學生常見錯誤與糾正句

錯誤	學生通常這樣寫	導師這樣說
把外鍵當主鍵	答「student_id 在 Enrolments 是主鍵」	「Enrolments 嘅主鍵係 student_id 加 course_id，單一條 student_id 只係外鍵。」
正規化只寫「減少重複」	答「3NF 就係唔重複」	「要講消除邊種異常：更新、插入、刪除，各舉一個。」
索引一定好	答「所有欄位都開索引就最快」	「寫入要維護索引，選擇性低嘅欄位開咗幫助有限。」
JOIN 漏寫條件	答「SELECT * FROM A, B」	「漏 ON 就變成 1,200 乘 4,860，答題會被扣分。」

07　家課建議（直接指到練習卷題號）

中學 ICT 章節索引　資料庫單元練習第 4 至 9 題
中學備課指引總覽　其他科目對照
本站 ICT 練習卷專區　Paper 2 資料庫部分

08　離場檢查（最後 5 分鐘）

題目	答案	判定
未選課人數與比例	120 人／10.0%	三題全對＝可進正規化
索引比較次數	11 次	錯一題＝下堂前重講對數
HAVING 與 WHERE 分別	分組後 vs 分組前	錯兩題以上＝回到第三幕

09　導師常問

要背 SQL 全部語法嗎？

不必。SELECT、WHERE、GROUP BY、HAVING、JOIN、ORDER BY 六個夠應付大部分題目。

一定要拆到 3NF 嗎？

考試答 3NF；實際系統有時為速度刻意反正規化，要講明代價。

索引同主鍵有咩關係？

主鍵通常自動有索引，但額外索引是獨立決定，要按查詢模式開。

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本頁為 TutorZone 導師備課指引，內容由 TutorZone 團隊編寫；題目與流程為原創，並非任何學校或出版社的教材。