高校自動(dòng)排課系統(tǒng)研究與應(yīng)用

姚孝生，姚興平

（1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)技術(shù)學(xué)院，安徽合肥230011；2.安徽涉外經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院，安徽合肥230011）

高校自動(dòng)排課系統(tǒng)研究與應(yīng)用

姚孝生1,2，姚興平1,2

（1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)技術(shù)學(xué)院，安徽合肥230011；2.安徽涉外經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院，安徽合肥230011）

在當(dāng)今這個(gè)時(shí)代，高校的教育事業(yè)在逐漸發(fā)展，課程究竟如何去編排將會(huì)對(duì)對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)與文化素養(yǎng)的提高產(chǎn)生影響.學(xué)生人數(shù)越來越多，排課這項(xiàng)教學(xué)工作變的比較麻煩和棘手.每個(gè)教學(xué)管理者最重要的一項(xiàng)工作就是怎樣科學(xué)并且合理的編排課程表.課程表是作為一個(gè)學(xué)校每天教學(xué)工作的"指揮表"，是教學(xué)管理中的重要環(huán)節(jié).通過手工去排課，不僅浪費(fèi)時(shí)間和人力，而且用人工方式去編制一份合理可靠并且可以充分利用學(xué)校現(xiàn)有資源的課表也是很不容易得一件事.因此非常需要開發(fā)一套既合理又方便的高校排課系統(tǒng).

排課系統(tǒng)；B/S；ASP.NET

1 課題研究的背景、目的及意義

人們已經(jīng)深刻認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)功能的強(qiáng)大.高校排課系統(tǒng)這個(gè)軟件非常切實(shí)可用，對(duì)于學(xué)校課程管理來說非常重要，很好的展現(xiàn)出了計(jì)算機(jī)在教學(xué)工作中發(fā)揮的作用.

學(xué)校排課系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)教育模式所產(chǎn)生的各種缺陷，課程的編排是學(xué)校的教學(xué)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是學(xué)校教學(xué)秩序能夠正常進(jìn)行的最重要的保證.隨著學(xué)院規(guī)模不斷擴(kuò)大，招生數(shù)量不斷增加，定會(huì)導(dǎo)致教師數(shù)量增加、新課程的開設(shè)以及新教學(xué)的設(shè)施增設(shè)等各種問題的出現(xiàn).所有的這些都將會(huì)增加學(xué)校制定課程以及學(xué)院各個(gè)系負(fù)責(zé)教學(xué)工作人員對(duì)課程編排工作的負(fù)擔(dān)，如果負(fù)責(zé)教學(xué)的部門仍然用現(xiàn)有的人工的方式來管理排課，一定會(huì)更加加重教學(xué)負(fù)責(zé)人在排課時(shí)所承受的負(fù)擔(dān)，如任課教師沖突、課程沖突、隨機(jī)性不夠等等.

自動(dòng)排課系統(tǒng)一定會(huì)使學(xué)校的全部課程規(guī)劃的工作管理顯得更為體系化，規(guī)范化，程序化，大大提升了處理信息的準(zhǔn)確度和速度，并且能夠及時(shí)、精確、高效的查詢和修改課程的情況.

當(dāng)前來說人為排課實(shí)在浪擲了好多人力，物力.在信息化的時(shí)代，以計(jì)算機(jī)作為基礎(chǔ)的信息化管理必然會(huì)取而代之傳統(tǒng)的管理方式.采用自動(dòng)排課系統(tǒng)已逐漸成為學(xué)校治理現(xiàn)代化，科學(xué)化的主要標(biāo)志，它使學(xué)校的教學(xué)管理工作帶來了特別好的的經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)效益.主要體現(xiàn)在：大大提高了課程管理的效率大大減少了每門課程的課程安排過程中流程瑣碎、雜亂、長(zhǎng)周期濫用的弊病.通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)排課，使教學(xué)管理人員快速掌握整個(gè)學(xué)校的教學(xué)情況，極大的提高了教務(wù)管理的工作效率，加快了現(xiàn)代化進(jìn)程.排課自動(dòng)生成的系統(tǒng)管理的自動(dòng)化操作以及信息電子化全面的提高了學(xué)校對(duì)課程安排的一個(gè)管理水平.因此，針對(duì)高校管理的特點(diǎn)和要求，我設(shè)計(jì)并開發(fā)了一套切實(shí)可用的排課系統(tǒng).2.系統(tǒng)環(huán)境與開發(fā)工具的簡(jiǎn)介

這是基于B/S模式來設(shè)計(jì)的一套排課系統(tǒng)，前臺(tái)的開發(fā)工具是ASP.NET 2.0，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的管理工具是SQL Server 2005，開發(fā)環(huán)境是Microsoft Visual Studio 2005，其Web服務(wù)器是IIS 5.1及以上版本.

B/S結(jié)構(gòu)是自WEB出現(xiàn)后的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，WEB瀏覽器主要應(yīng)用在客戶端.這類結(jié)構(gòu)模式使得客戶端趨于統(tǒng)一，而且使系統(tǒng)功能都集中到服務(wù)器上，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)和使用.

在客戶機(jī)上僅僅只需要安設(shè)一個(gè)瀏覽器（Browser），比方Netscape Navigator，或者Internet Explorer，服務(wù)器安設(shè)Oracle、Sybase、Informix或者SQL Server等數(shù)據(jù)庫.B/S架構(gòu)的模型如圖1所示，瀏覽器是通過Web Server和數(shù)據(jù)庫之間交互.

圖1 B/S模式體系結(jié)構(gòu)原理圖

B/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)起來非常容易且方便，僅僅只要改動(dòng)一下網(wǎng)頁，就能使全部的用戶可以同步更新.開發(fā)不僅簡(jiǎn)單且有較強(qiáng)的共享性.

頁面框架：母版頁的特性可以輔助用戶建立起統(tǒng)一布局以及外觀的頁面.主題以及皮膚可以使ASP.NET一次性設(shè)置一種服務(wù)器控件的外觀風(fēng)格.在應(yīng)用程序的編譯器中，ASP.NET 2.0也提供了幾種可供選擇的解決方案，從而大大擴(kuò)展了編譯的范圍選擇，開發(fā)人員能夠根據(jù)具體需要選擇.

2 高校自動(dòng)排課系統(tǒng)分析與研究

從排課系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)來說，系統(tǒng)分析是很重要的.首先在性能方面排課系統(tǒng)是要求在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上能夠作出快速的反應(yīng)，操作平臺(tái)是拿WindowsXP專業(yè)版作為標(biāo)準(zhǔn)，硬件的配置是用內(nèi)存2GB來作為標(biāo)準(zhǔn).應(yīng)該將基本信息的添加以及修改部分的反應(yīng)時(shí)間控制在3秒鐘以內(nèi)，查詢部分的時(shí)間至少應(yīng)該控制在5秒鐘之內(nèi)，關(guān)于課表這一部分的信息最主要的原因是由于工作量比較大，而且處理起來方法很多，因此響應(yīng)時(shí)間相對(duì)來說會(huì)比較慢，但是在添加以及修改部分響應(yīng)時(shí)間不能夠太長(zhǎng).系統(tǒng)總的占用硬盤所需空間盡量不能超過50MB，系統(tǒng)在總的運(yùn)行過程中所占用的內(nèi)存不能夠過多，并且在功能的運(yùn)行期間CPU的利用率高達(dá)70%以上的時(shí)間不能持續(xù)時(shí)間太久，課程表在數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)中，單條記錄最好不要超過0.5KB.

經(jīng)濟(jì)可行性是衡量一個(gè)正在開發(fā)的系統(tǒng)的成本效益的一個(gè)指標(biāo).這是最關(guān)鍵的可行性分析.我們的目標(biāo)是以低成本創(chuàng)造高效率.排課系統(tǒng)是通過用計(jì)算機(jī)來自動(dòng)的解決各類教學(xué)資源在利用上的沖突以及不均衡等問題，使排課時(shí)間的分配更加均勻，這就極大的節(jié)約了時(shí)間且提高了工作效率.減少了了人力、物力和財(cái)力的浪費(fèi)，因此可見，在經(jīng)濟(jì)上來說開發(fā)此系統(tǒng)是完全可行的.

3 高校自動(dòng)排課系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對(duì)排課系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析之后，需要對(duì)系統(tǒng)的功能模塊和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì).

3.1 功能設(shè)計(jì)

排課系統(tǒng)主要是分為四個(gè)模塊：系統(tǒng)管理模塊、用戶登錄以及密碼管理等功能；資源管理模塊：完成教師，教室，班級(jí)以及課程等基本信息的增添、刪除或修改等功能；排課管理模塊：包括自動(dòng)排課管理和手動(dòng)調(diào)課管理兩個(gè)部分；輸出管理模塊：按照用戶的權(quán)限，根據(jù)相應(yīng)的需求，實(shí)現(xiàn)了班級(jí)、教師和教室的查詢和打印輸出管理模塊：該模塊可以實(shí)現(xiàn)課程查詢，并可打印操作.

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

班級(jí)課程表是對(duì)數(shù)據(jù)信息的一個(gè)集合.最關(guān)鍵的用處都是為了方便人查看對(duì)不清楚的條目的詮釋，班級(jí)課程表的作用也是在軟件分析、設(shè)計(jì)過程中為人提供描述數(shù)據(jù)的信息.

班級(jí)課程表(ClassCourse)

4 高校自動(dòng)排課系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

通過一系列的準(zhǔn)備工作，已經(jīng)完成了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分析.以下則是對(duì)排課系統(tǒng)進(jìn)行的詳細(xì)設(shè)計(jì)，也就是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用.

圖2 排課主界面

4.1 排課主界面

管理員用戶可以通過使用他們的用戶名和密碼，通過排課系統(tǒng)登陸界面，進(jìn)入管理員的主界面，能夠完成系統(tǒng)設(shè)置、排課管理、資源管理和輸出管理功能的界面.點(diǎn)擊一下某個(gè)模塊的標(biāo)志之后，在頁面的左側(cè)就會(huì)出現(xiàn)這個(gè)模塊能夠完成的一個(gè)功能操作，能夠通過點(diǎn)擊在左側(cè)欄中的相應(yīng)的功能，在右側(cè)欄就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的一個(gè)操作界面，能夠根據(jù)自己的需求來信息進(jìn)行管理.本論文主要是對(duì)于管理員的界面中的許多主要功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的介紹.圖2表示管理員排課的主界面.

4.2 添加班級(jí)功能實(shí)現(xiàn)

首先要對(duì)表中的一些資源信息進(jìn)行一個(gè)初始化的操作，在數(shù)據(jù)庫中需要分別建立新的班級(jí)信息表、課程信息表、教室信息表、教師信息表.然后把數(shù)據(jù)庫中原來所存儲(chǔ)的信息都分別要進(jìn)行查詢且要讀取到各個(gè)新建立的表中，進(jìn)行初始化自動(dòng)排課.

接下來對(duì)課程表進(jìn)行組合，先要隨機(jī)的選擇一個(gè)課時(shí)通過預(yù)先定義好的課時(shí)表，并且將通過一個(gè)變量存儲(chǔ)這個(gè)課時(shí)，之后再對(duì)課程進(jìn)行選擇，在新建的課程信息表里隨機(jī)選擇一門課程，同時(shí)可以在教師的信息表里選擇能夠教授這門課的老師，并且依據(jù)課時(shí)的信息來計(jì)算這門課程和已經(jīng)所選擇的課時(shí)的適應(yīng)度，假如適應(yīng)度可以達(dá)到預(yù)先定義的那個(gè)數(shù)值時(shí)將可以繼續(xù)進(jìn)行下一步，如果沒有辦法達(dá)到適應(yīng)度，那么就需要再次的隨機(jī)的選擇一門課程而且要將上一次已經(jīng)選好的記錄從新建的課程信息表中給刪除.在選擇課程與教師之后再對(duì)教室進(jìn)行選擇，在新創(chuàng)建的教室信息表里通過使用隨機(jī)數(shù)選擇一個(gè)教室的信息同時(shí)要根據(jù)課程信息以及教室的信息來計(jì)算適應(yīng)度，判斷該門課程能否在這個(gè)教室里進(jìn)行授課，假如該教室不能滿足已經(jīng)選定的課程的要求，那么將要重新選擇教室，而且要在新建立的那張教室信息表里將剛選擇過的那條記錄給刪除.假如適應(yīng)度能夠滿足要求，就可以繼續(xù)的進(jìn)行下一個(gè)階段，繼續(xù)所進(jìn)行的工作是選擇上課班級(jí)，同樣需要通過隨機(jī)數(shù)在暫存的那張班級(jí)信息表里選擇一個(gè)班級(jí)，同時(shí)和已經(jīng)選擇過的資源信息來對(duì)適應(yīng)程度進(jìn)行計(jì)算，達(dá)到一定要求之后，就可以生成一條基本完整的課程表信息，并且存入到課程表中.

教師資源是包括在編教師與每個(gè)教師所要教授的課程，以及所上過的課程的一個(gè)評(píng)價(jià)值.同一課程也許會(huì)有多名教師可以開課，在資源分配能夠允許的狀態(tài)下，會(huì)自然的選擇評(píng)價(jià)值較高的教師來上這門課.時(shí)間資源則是指允許可用的一個(gè)時(shí)間段.除此之外，根據(jù)每學(xué)期的教學(xué)大綱，本學(xué)期各個(gè)班級(jí)（專業(yè)）所要上的課程及每個(gè)科目一周的課時(shí)都要進(jìn)行預(yù)定.同時(shí)，我們還必須考慮到不同時(shí)間段內(nèi)的上課效果.適當(dāng)定義相應(yīng)的評(píng)價(jià)系數(shù)后，排課問題就相當(dāng)于優(yōu)化時(shí)間表的問題.

5 總結(jié)

本次系統(tǒng)開發(fā)主要是利用計(jì)算機(jī)來求解學(xué)校課表的一個(gè)安排問題，設(shè)計(jì)的結(jié)果大體上還是令人比較滿意的.在自動(dòng)排課的編碼方案方面，今后可能還要準(zhǔn)備考慮更加復(fù)雜的課程安排的要求.

〔1〕石俊萍.高校自動(dòng)排課系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].軟件導(dǎo)刊，2010(5).

〔2〕陳建平，李堅(jiān)，令瘋，崔振兵，黃春艷.高校自動(dòng)排課系統(tǒng)核心算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].肇慶學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(2).

〔3〕王珊，薩師煊.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論[M].北京：高等教育出版社，2006.

TP31

：A

：1673-260X（2017）03-0025-02

2016-11-12

安徽省質(zhì)量工程一般研究項(xiàng)目（2013jyxm500）