浙工院教務(wù)管理排課子系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

【摘 要】高校教務(wù)管理是高校教育信息管理現(xiàn)代化的基礎(chǔ)及關(guān)鍵，在對我院原有教務(wù)管理系統(tǒng)進行詳細分析的基礎(chǔ)上，運用結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法和快速原型法相結(jié)合的方法開發(fā)出了一套適合我院實際情況的學(xué)分制環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)教務(wù)管理系統(tǒng)。本文介紹了教務(wù)管理系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計，重點論述了學(xué)分制環(huán)境下排課子系統(tǒng)的分析、設(shè)計與實現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】教務(wù)管理系統(tǒng)；排課子系統(tǒng)；學(xué)分制；數(shù)據(jù)庫設(shè)計

1.需求分析

該課題是根據(jù)學(xué)分制教務(wù)管理的特點以及國家和教育廳各部門有關(guān)教務(wù)管理的規(guī)定組織開發(fā)的一個管理信息系統(tǒng)，具有教務(wù)網(wǎng)絡(luò)管理的規(guī)范性、科學(xué)性、及時性等特點，可以完成高校教務(wù)管理的計劃、組織、運行、評價、統(tǒng)計等多種功能，能夠滿足和適應(yīng)高等職業(yè)院校的教務(wù)網(wǎng)絡(luò)管理需求。另外鑒于各高職院校的管理模式均有一定的特殊性，所以該系統(tǒng)將留有一定的調(diào)整空間和余地，使該系統(tǒng)有較大的推廣價值和應(yīng)用價值。

2.總體設(shè)計方案

2.1 開發(fā)模式

本系統(tǒng)使用B/S模式的開發(fā)方案，WEB服務(wù)器采用Windows2003 Server+IIS，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器使用Microsoft SQL Server2000，用ASP和Dreamweaver作為客戶端開發(fā)工具，使用到的CASE工具有Microsoft Visio2003，Microsoft Project2003。

排課是一個設(shè)計多種因素的動態(tài)組合規(guī)劃問題，它要保證各種教學(xué)資源不產(chǎn)生沖突，并且要滿足教師的要求和教室資源等方面的約束條件。目前國內(nèi)外常用的排課算法主要采用遺傳法、模擬退火算法、專家系統(tǒng)方法、回溯算法、優(yōu)先級算法等。根據(jù)高職院校網(wǎng)絡(luò)教務(wù)管理系統(tǒng)的功能，對排課問題進行了一般描述，提出了改進的排課策略。

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺

本系統(tǒng)是在學(xué)院原有教務(wù)管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行開發(fā)的，原有系統(tǒng)為本系統(tǒng)提供了很多現(xiàn)成的比較規(guī)范的技術(shù)文檔、數(shù)據(jù)資料；學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、教務(wù)處及各系部對本系統(tǒng)的開發(fā)給予了高度的重視和大力的支持。這些為本系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了保障。

本著節(jié)約的原則，新系統(tǒng)基本沿用原有系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，新系統(tǒng)的只需要增加一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、一臺WEB服務(wù)器、一臺應(yīng)用服務(wù)器；另一方面，本系統(tǒng)采用的主要是自主開發(fā)的方式，因此大大降低了系統(tǒng)的開發(fā)費用。系統(tǒng)的運行和維護將由本學(xué)院的相關(guān)教師承擔，所以系統(tǒng)的運行和維護費用也很低。

本系統(tǒng)采用如下網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，如圖1所示：

l)內(nèi)部局域網(wǎng)與外部Intemet站點之間通過數(shù)據(jù)交換器交換數(shù)據(jù)，既保證內(nèi)部辦公網(wǎng)數(shù)據(jù)安全，外部站點又可以與內(nèi)部系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。

2)外部站點有獨立的域名，可以通過校園網(wǎng)間接接入因特網(wǎng)，也可通過其它方式直接接入因特網(wǎng)。保證站點能接受外部用戶不間斷訪問。

3)其它校區(qū)、院系教學(xué)點的局域網(wǎng)用戶可以通過撥號接入局域網(wǎng)辦公。

本系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，B/S/S(瀏覽器/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)服務(wù)器)模式。相比傳統(tǒng)B/S模式，三層/多層模式多了一個中間層服務(wù)器。中間層服務(wù)器呈組件形式，封裝了所有的業(yè)務(wù)規(guī)則。使得當業(yè)務(wù)發(fā)生變化時，只需改變服務(wù)器組件，前端客戶端和后端數(shù)據(jù)庫服務(wù)器無需作任何變動，便于維護和易于擴展。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

排課是落實教學(xué)任務(wù)、實施教學(xué)活動的依據(jù)。因此排課是學(xué)校教學(xué)管理中十分重要，又相當復(fù)雜的管理工作之一，是為學(xué)校所設(shè)置的課程安排時間和地點，合理配置教師資源，使整個教學(xué)能夠有計劃和有秩序地進行。排課管理子系統(tǒng)提供智能排課、輔助調(diào)課和課表查詢等功能模塊，智能判斷各種沖突條件并以直觀方式顯示，并提供時時“空閑班級”、“空閑教室”、“空閑教師”查詢，使課程的安排更加人性化和合理化。排課子系統(tǒng)主要功能模塊有：初始參數(shù)設(shè)置、排課數(shù)據(jù)管理、自動編排課表、排課漏課處理、課表調(diào)整處理、課表沖突檢查，下面對各模塊的界面和技術(shù)實現(xiàn)給予詳細的敘述。

一般地，對排課問題描述如下：

(l)定義課程實體型：Course（課程編號，課程名稱，教師姓名，教學(xué)班編號，上課時間片，上課人數(shù)，教室類別，周學(xué)時，課程類別），則所有待排課程可以表示成該課程實體型的一個實體或元素。

(2)定義時間片：將每周的上課天數(shù)Days、每天上課節(jié)數(shù)Chapt、每節(jié)課的時間Times規(guī)定好，時間片即為上課的單元，可以一節(jié)一個時間片，也可以兩節(jié)、三節(jié)組合成一個時間片，用Tij表示，i表示每周上課的第i天，j表示每天上課的第j個時間片。

(3)那么排課問題就可以描述為：按照一定排課算法或策略，將待排課程集合。

Course中的每個元素，賦予一個合理的、符合約束條件的時間片Tij。

研究排課問題，解決排課系統(tǒng)的最終目標是給出排課問題的最優(yōu)解，相當于將教師任教的課程填充到設(shè)置好的時間片上，一般情況下排課問題總有解。許多研究者提出了一些基于某個初始解，通過迭代求最優(yōu)解的算法，但算法的時間復(fù)雜度是課表規(guī)模的指數(shù)級，實現(xiàn)有一定的難度，因此求最優(yōu)解仍是理論上的。如果排課結(jié)果滿足了所有的約束條件，那么它至少是次優(yōu)解。

為了降低排課問題的復(fù)雜度，以求得次優(yōu)解(滿意解)為目標，在課程的編排中應(yīng)遵循一定的規(guī)則(約束條件)，只有按照基本規(guī)則來進行課程的編排才能夠減少沖突的發(fā)生，這些基本規(guī)則主要有以下幾條：

1)一個教師在同一天同一個時段內(nèi)不能安排兩個班的課。

2)一個班級在同一天同一個時段內(nèi)不能安排兩門課。

3)一個教室在同一天同一個時段內(nèi)不能安排兩個班的課。

4)教室的容量必須大于所上課班級的學(xué)生數(shù)。

5)一個班在同一天里不能重復(fù)上一門課。

6)一個教師一天內(nèi)所上的課不能超過規(guī)定的節(jié)數(shù)(如6節(jié))。

依據(jù)以上這些規(guī)則，對排課時可能遇到?jīng)_突進行分類，可以分為兩大類：

硬沖突：包括規(guī)則1)、2)、3)、4)所引起的沖突，發(fā)生這些沖突，教學(xué)工作將無法正常開展，因此這類沖突必須要避免。

軟沖突：包括規(guī)則5)、6)所引起的沖突，發(fā)生這些沖突會影響教學(xué)效果，所以這類沖突不一定非要避免。

具體實現(xiàn)算法如下：

(1)確定待排教師。根據(jù)排課計劃，按教師的周課時總數(shù)、班級類型、未排課時數(shù)降序排序，逐個對任課教師排課。合班課、課時多的教師排課優(yōu)先。

(2)初排。從第一個教師的第一門課的第一個任課班級開始，動態(tài)建立教師、教室、班級的空閑時間數(shù)組，檢測空閑時間，分類處理約束條件，確定排課時間片，記錄排課結(jié)果。

(3)排平行班。再考慮另一個平行班的排課，先檢測另一班的相關(guān)空閑時間，分類處理約束條件，確定排課時間片，記錄排課結(jié)果。若有多個平行班，繼續(xù)第3步，如無平行班，則轉(zhuǎn)第4步。

(4)下一輪排課。進行該課程的下一輪排課。體現(xiàn)均勻排課原則，排課間隔天數(shù)為T，記錄排課結(jié)果。一般地，當?shù)谝惠喤耪n在周I后，下一輪排課應(yīng)在周(I+T)以后排課。

(5)下一輪平行班排課。同第3步。

(6)重復(fù)第4、5步，直到該教師該門課程的未排課時全部為0。

(7)重復(fù)第2一6步排該教師的其他課程和其他教師的課程。

在排課中“記錄排課結(jié)果”，包含將排在Tij時間片上的課程、任課教師、教學(xué)地點等信息分別記錄在相應(yīng)的表中，修改空閑時間數(shù)組，并將最近排課的信息標記，以便在出現(xiàn)沖突時，進行回溯重排。按照上述排課策略，得到的滿足給定約束條件的課表一定是次優(yōu)解（目標解）。

3.結(jié)束語

通過這套系統(tǒng)，將學(xué)院還停留在非網(wǎng)絡(luò)化辦公的模式上的教務(wù)流程進行設(shè)計重組，使教務(wù)管理流程適合網(wǎng)絡(luò)化辦公。通過專門開發(fā)的接口，將學(xué)院原有的教務(wù)系統(tǒng)與新開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)教務(wù)管理系統(tǒng)成功集成。成功實現(xiàn)了學(xué)分制下的排課系統(tǒng)，為學(xué)院教學(xué)資源的合理、有效的利用創(chuàng)造了條件。

參考文獻：

[1]王樹利.教務(wù)管理排課軟件的系統(tǒng)設(shè)計[J].華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(社會科學(xué)版)，2003，6.

[2]鮑嘉，馬永強，盧堅.Dreamweaver8完美網(wǎng)頁設(shè)計[M].中國青年出版社，2006.

[3]于鵬.VBScript/ASP網(wǎng)頁設(shè)計語言教程[M].電子工業(yè)出版社，2004.

[4]郭玲.ASP在排課系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技信息，2007(15).

[5]張光慧.高等教育信息化的概念和教育信息化的內(nèi)涵[J].教育信息化，2005，2.