一種基于web2.0的人性化排課系統(tǒng)

張明寶 李雨

［摘要］傳統(tǒng)的排課系統(tǒng)忽視了人性化的用戶需求特征，使得其所排課表盡管可行，但是教師的滿意度卻不高。針對(duì)該問題，論文提出一種基于web2.0思想構(gòu)建的人性化排課系統(tǒng)。該系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)通過教師與教務(wù)員的協(xié)商和配合共同進(jìn)行排課，既高度體現(xiàn)了教師的排課需求又簡(jiǎn)化了教務(wù)人員的排課負(fù)擔(dān)。論文對(duì)其工作過程及其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)作了詳細(xì)的描述。

［關(guān)鍵詞］排課系統(tǒng)web2.0人性化

［中圖分類號(hào)］TP391.6［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］2095-3437（2014）06-0054-03

前言

高校的課表編排是教學(xué)管理的核心工作，對(duì)高校合理組織教學(xué)資源意義重大。課表編排工作是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及學(xué)校的數(shù)十個(gè)專業(yè)和成千上萬(wàn)名教師和學(xué)生。課表編排的合理與否、科學(xué)與否，將直接影響課堂教學(xué)的效率和教學(xué)的整體效果。課表編排是一個(gè)基于約束的多目標(biāo)優(yōu)化問題，使用數(shù)學(xué)方法解決這一問題是構(gòu)建計(jì)算機(jī)排課系統(tǒng)的關(guān)鍵。鄧曦輝（2012）引入貪心算法建立了一種自動(dòng)排課系統(tǒng)，使用局部最優(yōu)策略通過多階段編排來(lái)解決傳統(tǒng)全局最優(yōu)求解的高代價(jià)問題。邢芳（2011）使用Agent技術(shù)設(shè)計(jì)了一種智能排課系統(tǒng)，并且引入了教師滿意度指標(biāo)作為智能化程度的度量標(biāo)準(zhǔn)。王璐（2009）詳細(xì)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于web的課表編排系統(tǒng)，提出一套完整的課表編排算法并且給出了算法實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的排課研究重點(diǎn)在于強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化處理，解決課表編排時(shí)教師、學(xué)生、教室、時(shí)間等相關(guān)因素的沖突問題。教師、學(xué)生與教室、時(shí)間這些物理性因素同等對(duì)待，忽視了人的屬性，使得現(xiàn)有排課系統(tǒng)缺乏人性化特征，教師和學(xué)生接受排課結(jié)果但并不滿意。針對(duì)這一問題，本文從課表編排的人性化需求入手，借鑒web2.0思想提出一種強(qiáng)調(diào)用戶滿意度的課表編排系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問題作了系統(tǒng)闡述。

一、課表編排的人性化需求

伴隨著中國(guó)高等教育改革的不斷發(fā)展，高校的專業(yè)、學(xué)生、教師和規(guī)模急劇擴(kuò)大，很多高校紛紛建立新校區(qū)，過去完整的校園被分割為幾個(gè)部分。在這種環(huán)境下，課表編排工作要考量的因素急劇增加，受到的約束也越來(lái)越多，很多計(jì)算機(jī)自動(dòng)排課系統(tǒng)開始捉襟見肘，需要越來(lái)越多的人工干預(yù)。為了減少教務(wù)人員的工作量，簡(jiǎn)化各類矛盾和沖突的化解工作，很多高校出臺(tái)了嚴(yán)格的課表編排制度，對(duì)教師加以約束，要求教師無(wú)條件接受排課系統(tǒng)編排的課表結(jié)果。這就使得教師對(duì)排課系統(tǒng)的滿意度急劇下降。教師在涉及自身時(shí)間安排的排課問題上沒有任何的自由度，大家對(duì)于這種剛性的、不人性化的排課系統(tǒng)紛紛表達(dá)不滿。

很多高校由于擴(kuò)招使得教學(xué)資源日益緊張，使用排課系統(tǒng)來(lái)編排調(diào)度這些資源的優(yōu)化使用確實(shí)難度很高，但是我們應(yīng)該看到，在所有這些資源中教師才是最重要的資源。只有讓教師滿意，這樣的排課結(jié)果才能最大限度地發(fā)揮教師的能動(dòng)性，才能提高教學(xué)效率和效果?？梢姡诵曰攀俏覀?cè)O(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)排課系統(tǒng)的最重要考量因素，而這恰恰長(zhǎng)期被人們所忽視。本文在現(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上，借鑒web2.0的思想提出一種簡(jiǎn)單且高度強(qiáng)調(diào)人性化的課表編排方法，力求解決這一長(zhǎng)期被忽視的問題。

二、Web2.0思想在排課系統(tǒng)中的應(yīng)用

Web2.0是萬(wàn)維網(wǎng)發(fā)展的一種新方向，它是以維基、推特、臉譜網(wǎng)和人人網(wǎng)等為代表，依據(jù)六度分隔理論和一系列互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)的新一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式。Web2.0的核心理念在于強(qiáng)調(diào)大眾參與性、自由開放性和簡(jiǎn)單實(shí)用性。

今天絕大多數(shù)排課系統(tǒng)都是基于web1.0的中心化模式，即由教務(wù)人員發(fā)布排課結(jié)果，廣大教師被動(dòng)使用這一結(jié)果。我們可以借鑒web2.0的思想，將排課活動(dòng)轉(zhuǎn)變成教務(wù)人員和教師共同參與的活動(dòng)，大家通過共享的排課應(yīng)用平臺(tái)通過溝通和協(xié)商來(lái)共同完成排課過程。這樣既滿足了教師的排課需求，又能夠有效地降低教務(wù)人員的排課負(fù)擔(dān)，真正體現(xiàn)出人性化的特征。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要我們構(gòu)建一個(gè)基于web2.0的排課系統(tǒng)，它應(yīng)該具有大眾參與性、自由開放性和簡(jiǎn)單實(shí)用性這些鮮明特征。

三、基于web2.0的排課系統(tǒng)的工作過程

基于web2.0的排課系統(tǒng)將完整的排課過程劃分為四個(gè)階段，依次為基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備階段、協(xié)商排課階段、教務(wù)員排課階段和課表發(fā)布階段。前兩個(gè)階段的引入體現(xiàn)了web2.0開放性和參與性的特點(diǎn)。圖1所示為完整的排課算法過程。

基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備階段是指排課機(jī)構(gòu)在取得完整的課程計(jì)劃、教學(xué)日歷、教師上課計(jì)劃和教室使用計(jì)劃后制定本次排課的約束規(guī)則集，然后利用排課系統(tǒng)提供的工具將其導(dǎo)入。排課約束規(guī)則集是教師自我排課時(shí)應(yīng)該遵循的約束條件，譬如不允許一門課程連著上、某些課程不允許排在晚上等等。它既反映了教學(xué)管理部門對(duì)排課的要求，又體現(xiàn)了實(shí)際排課時(shí)必須要考慮的各類條件的限制。這一工作非常關(guān)鍵，對(duì)教務(wù)人員提出了很高的要求，也是本排課系統(tǒng)使用時(shí)的難點(diǎn)。

協(xié)商排課階段是指排課機(jī)構(gòu)完成基本資料的導(dǎo)入以后，向教師發(fā)布協(xié)商排課通告，開放教師協(xié)商排課平臺(tái)，約定協(xié)商排課的起止時(shí)間階段，要求大家主動(dòng)參與自己相關(guān)課程的編排。排課系統(tǒng)記錄排課結(jié)果嚴(yán)格遵循“先到先得”的原則。教師登錄排課系統(tǒng)界面按照自身需要指定所需的上課時(shí)間和上課地點(diǎn)，然后提交。后臺(tái)系統(tǒng)需要對(duì)每次用戶的提交進(jìn)行校驗(yàn)。首先使用排課約束規(guī)則集校驗(yàn)本次排課結(jié)果，若遇沖突則返回提交失敗提示并要求用戶重新選擇，若無(wú)沖突則校驗(yàn)該次提交所需時(shí)間、地點(diǎn)是否已被別人占用。若被別人占用，系統(tǒng)返回占用者聯(lián)系方式讓其與占用者協(xié)商讓對(duì)方取消相關(guān)占用。如果協(xié)商不成，要么該教師另選其他時(shí)間或地點(diǎn)，要么留待下一階段教務(wù)人員解決。

只要教師積極參與，在協(xié)商排課階段，絕大多數(shù)教師都能獲得自己需要的課程安排。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要注意幾點(diǎn)問題：（1）排課機(jī)構(gòu)制定的體現(xiàn)本校排課政策和實(shí)際約束條件的排課約束規(guī)則集應(yīng)該是完備的；（2）嚴(yán)格遵循教師先到先得的原則；（3）排課者一旦獲得對(duì)某一時(shí)間和地點(diǎn)的占用將保持獨(dú)占性，別人無(wú)權(quán)取消其占用，只有其本人才能夠取消。（4）引入并發(fā)控制機(jī)制避免兩人或多人同一時(shí)刻選中相同資源的沖突發(fā)生。

排課機(jī)構(gòu)設(shè)定的協(xié)商排課時(shí)間到期，立即關(guān)閉教師協(xié)商排課平臺(tái)，下面進(jìn)入教務(wù)員排課階段。該階段和傳統(tǒng)排課系統(tǒng)的工作沒有任何差別，即教務(wù)員將仍然沒有完成編排的課程統(tǒng)一編排。教務(wù)員可以先設(shè)定某一順序，譬如按照未完成排課教師的工號(hào)次序或者課程號(hào)次序，讓排課系統(tǒng)按照遍歷算法自動(dòng)排課。系統(tǒng)自動(dòng)編排每一門課同樣要通過排課約束規(guī)則集校驗(yàn)和資源占用校驗(yàn)。自動(dòng)排課結(jié)束以后，由教務(wù)員手工編排由于沖突而剩余的課程。

課表發(fā)布階段即排課機(jī)構(gòu)將已經(jīng)編排好的課表向教師公布，教師若需要進(jìn)一步調(diào)整可以向排課機(jī)構(gòu)反饋，排課人員按照教師需求重新設(shè)定，排課系統(tǒng)依據(jù)排課約束規(guī)則集和資源占用情況進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)通過則修改成功；校驗(yàn)不通過則由教務(wù)部門裁決。課表發(fā)布期結(jié)束，則產(chǎn)生最終的課表，不再允許隨便變動(dòng)。

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圖1 基于web2.0排課系統(tǒng)工作過程

四、沖突校驗(yàn)機(jī)制的設(shè)計(jì)

通過上述排課工作過程的描述，可以認(rèn)識(shí)到該算法過程的技術(shù)關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)一種有效的沖突校驗(yàn)機(jī)制。無(wú)論是教師自主排課還是教務(wù)員啟動(dòng)的自動(dòng)排課或者手動(dòng)排課，都需要校驗(yàn)排課約束規(guī)則集和資源占用沖突校驗(yàn)。資源占用沖突校驗(yàn)主要是檢查課程在時(shí)間和地點(diǎn)兩個(gè)方面有無(wú)沖突，只需通過數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)定好的固定約束校驗(yàn)就可以實(shí)現(xiàn)，故不再討論。

排課約束規(guī)則集既要反映學(xué)校教學(xué)安排的政策又要能夠表達(dá)實(shí)際排課條件的種種限制，建立完備的約束規(guī)則集需要考慮很多因素。同時(shí)，為了簡(jiǎn)化排課人員的工作負(fù)擔(dān)，適應(yīng)各種應(yīng)用環(huán)境的需要，排課系統(tǒng)應(yīng)具有很好的靈活性。根據(jù)這些要求，排課約束集描述應(yīng)該采用一種簡(jiǎn)單的并且是可定制的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。我們采用將約束規(guī)則與軟件代碼相分離的方式實(shí)現(xiàn)。該方式將排課約束規(guī)則集構(gòu)建過程分為四個(gè)步驟：排課約束規(guī)則描述—>約束規(guī)則映射—>SQL完整性約束語(yǔ)句—>寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶只需要使用排課約束規(guī)則描述工具按照其引導(dǎo)通過點(diǎn)選的方式即可完成一條條約束規(guī)則的構(gòu)建，這些約束規(guī)則自動(dòng)通過約束規(guī)則映射機(jī)制轉(zhuǎn)換為使用SQL語(yǔ)言表述的完整性約束語(yǔ)句并且寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。限于篇幅本文不再具體展示該過程的技術(shù)細(xì)節(jié)。

五、結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)高校排課系統(tǒng)忽視了高校教師的人性化需求，盡管可行，但是教師的滿意度很低。本文借鑒web2.0的思想設(shè)計(jì)了一種人性化的排課系統(tǒng)。其強(qiáng)調(diào)教師和教務(wù)人員利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)共同合作安排課程體現(xiàn)了參與性和開放性的特點(diǎn)，其所使用的將約束規(guī)則與代碼實(shí)現(xiàn)相分離的實(shí)現(xiàn)方法充分體現(xiàn)了簡(jiǎn)單實(shí)用的特性。本文建立的排課系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)就在于其吸收了web2.0的這些特征，其實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，值得推廣應(yīng)用。

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［責(zé)任編輯：雷艷］