基于語義WEB技術(shù)的專業(yè)課安排的分析和決策研究

趙浩婕　武海燕

摘要：高校的專業(yè)課程安排是教學管理工作中重要一環(huán)，在一定程度上，課程安排的科學性和高效性也體現(xiàn)出高校教學管理的水平。課程安排又涉及年級、班級、教師、課程等多方因素，課程和教師資源等一系列動態(tài)資源如何進行有效性安排，既做到省時省力，又達到最佳排課效果，具有極強的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：語義WEB；專業(yè)課；安排；決策

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）18-0108-02

安排課程對于每個高校都是開學前的一項重要而復雜的工作，如何管理隸屬于不同教研室的專業(yè)基礎課和專業(yè)課，如何安排給研究方向不同的專業(yè)課老師，既做到人盡其用，又起到最佳的教學效果，是擺在管理人員面前的嚴峻任務，而研發(fā)一套“基于語義WEB技術(shù)的專業(yè)課安排的分析和決策研究”就具有十分顯著的意義，本文將從系統(tǒng)需求、數(shù)據(jù)關(guān)系和實現(xiàn)等方面進行探討和研究。

1 專業(yè)課安排現(xiàn)狀

現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡是眾多網(wǎng)頁的集合，而搜索引擎正是通過網(wǎng)頁互相之間的鏈接來幫助用戶上網(wǎng)進行搜索。與此不同的是，“語義Web”將在更加微小的信息之間建立直接的連接，例如一條街道的地址與一份地圖等。語義Web的實現(xiàn)依賴于三大關(guān)鍵技術(shù)：可擴展標記語言（XML）、資源描述框架（RDF）和本體（Ontology）。

對于高校來講，傳統(tǒng)的排課模式是一級排課模式，即全校的所有課程都由教務處統(tǒng)一安排，好處是方便有機整合資源，而隨著教學改革的深化，招生形式的更新，以及專業(yè)和教學計劃隨著市場的變化，一級排課模式已經(jīng)不能滿足時代的要求。

為了適應每學期不盡相同的師資結(jié)構(gòu)和經(jīng)常修訂的培養(yǎng)方案和教學計劃，做到排課盡量“以人為本”，產(chǎn)生了二級排課模式。二級排課模式進一步明確了教務處和二級學院的分工，教務處為第一級，負責整體規(guī)劃資源和公修課的編排，二級學院主要負責專業(yè)課的人員安排。

對于高校來說，排課系統(tǒng)的具體工作涉及兩部分：首先由院系根據(jù)人才培養(yǎng)方案情況，結(jié)合教研室教師的師源情況，把所有課程和班級安排給本系承擔專業(yè)課程的具體老師，匯總結(jié)果后上報給教務處，由教務處再集體匯總所有院系的上報數(shù)據(jù)后再具體安排老師在什么時間什么地點上具體班級的課。

傳統(tǒng)的人工排課，主要問題是不可控因素多，且工作繁瑣，工作量巨大，計算機軟件技術(shù)應用于高校排課已經(jīng)迫在眉睫。充分發(fā)揮計算機速度上的優(yōu)勢，利用計算機軟件輔助排課，既提高了排課工作的科學性，又可大大減輕做工人員的工作強度，提高工作效率，從而使學校教務管理工作邁上一個新臺階。

目前，大多數(shù)的排課系統(tǒng)始終沒有一個合理的通用算法。由于各學校的實際情況不同，所以排課時如何充分利用教學資源成為排課系統(tǒng)的關(guān)鍵。

安排課程對于高校這一群體至關(guān)重要，成為每學期教學運行管理人員的核心工作。對于每個學校來說，每當一個新學期開始，首要任務就是該學期的課程如何安排的問題，而課程安排又涉及年級、班級、教師、課程等方方面面的因素。如何排出一個好且適用的課程表，是一項復雜的系統(tǒng)工程。

2 研究內(nèi)容

本課題重點解決高校院系的專業(yè)課程安排問題，根據(jù)院系的專業(yè)人才培養(yǎng)方案與具體課程情況，即由教研室主任首先確定本教研室在本學期將開設的所有課程，然后把課程合理安排給本教研室的老師；院系辦公室人員匯總各教研室課程數(shù)據(jù)后，再統(tǒng)計還沒有安排下去的課程，根據(jù)整個院系老師的任課情況，結(jié)合實際把課程全部安排下去，最后形成一個匯總結(jié)果數(shù)據(jù)與教務處的排課系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接。

即建立一個人和機器都容易理解的知識系統(tǒng)，運用語義WEB技術(shù)建立機器理解的知識和規(guī)則，將課程資源和教師資源分別用本體和邏輯規(guī)則來表示，進而實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化和通用化。

基于語義WEB技術(shù)的專業(yè)課安排的分析和決策研究為高校院系的專業(yè)課程安排工作提供全程無紙化的業(yè)務支持，提供一整套從專業(yè)人才培養(yǎng)方案課程導入、確定學期課程、課程安排、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)上報，到與教務系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接的信息化管理解決方案，并具備多條件查詢，排課數(shù)據(jù)導入導出等實用功能。

3 項目具體分析與實施

3.1 項目分析

通過深入調(diào)研和實體考查，以及和院系管理人員的充分溝通，發(fā)現(xiàn)在以前的專業(yè)排課系統(tǒng)中存在諸多難題：如院辦要根據(jù)培養(yǎng)方案統(tǒng)計整理出所有的課程情況，即每個專業(yè)在每個學期上的所有專業(yè)課程的情況；所有專業(yè)課程隸屬于教研室的情況；所有專業(yè)教師隸屬于教研室的情況；匯總、統(tǒng)計及調(diào)整專業(yè)排課情況。

整個系統(tǒng)分為四種角色，即系統(tǒng)專業(yè)管理員、系辦主任、教研室主任、教師；而每個角色具有如下功能。

1）系統(tǒng)管理員功能

確定教學大綱；系辦主任信息維護，包括添加、修改和刪除系辦主任信息。

2）系辦主任功能

（1）基礎信息維護，包括學年、學期的設置；排課時間段的設置；專業(yè)信息的管理維護；教研室信息的管理維護；班級信息的管理維護。其中，專業(yè)班級應該能根據(jù)當前系統(tǒng)學年根據(jù)一定的智能規(guī)則自動生成院系專業(yè)班級。

（2）公告管理。公告信息的維護，即系辦主任發(fā)布對專業(yè)課排課工作的最新安排，提示教研室主任在正確的排課時間段內(nèi)安排本教研室的專業(yè)課程；專業(yè)老師可以實時查看本人的任課信息。

（3）教師信息維護，即教師信息的添加、修改和刪除。這里的教師應包括兩種角色，一是教研室主任，另外一種是普通教師；值得注意的是院系領導也應隸屬于這兩種角色，并屬于某個教研室；為了滿足系統(tǒng)出現(xiàn)大數(shù)據(jù)時的情況，系統(tǒng)應支持批量添加和批量維護。

（4）課程信息維護。根據(jù)制定好的培養(yǎng)方案和教學大綱，包括要開設的所有課程信息進行添加、修改和刪除功能，這里的課程包括專業(yè)課、專業(yè)基礎課及選修課，同時支持課程信息的成批導入。

（5）查看排課情況；具體包括各教研室排課情況、所有教研室的綜合排課結(jié)果、教師任務量排名和曾經(jīng)上過該課的教師信息；查看歷年各教研室的綜合排課情況，這些數(shù)據(jù)作為院辦進行排課微調(diào)時的參考數(shù)據(jù)。

（6）課程微調(diào)。綜合各教研室提交上來的排課結(jié)果，結(jié)合教師的專業(yè)及歷史上課信息，把還未安排下去的課程安排給特定教師。

（7）導出排課信息；即根據(jù)教務管理系統(tǒng)的格式要求，導出院系專業(yè)教師課程表，并按照學期為單位排列數(shù)據(jù)。

（8）數(shù)據(jù)庫備份與恢復；即實現(xiàn)將當前數(shù)據(jù)庫整體備份整體恢復，為了提高備份和回復是效率，系統(tǒng)支持在特定情況下的增量備份。

（9）密碼修改。

3）教研室主任功能

（1）根據(jù)已有教學大綱信息，確定本教研室當前學期要開設的所有選修課；

（2）查看本教研室的所有教師信息；

（3）教研室主任排課。將屬于本教研室的所有課程安排到屬于本教研室的教師；

（4）查看本教研室的歷史排課情況；

（5）查看本教研室的排課結(jié)果；

（6）查看本教研室的教師任務量排名。

（7）密碼修改。

4）教師功能

（1）查看教師本人在當前學年學期的排課情況；

（2）查看教師本人歷年的任課情況；

（3）密碼修改.

3.2 擬解決的關(guān)鍵問題

1）教師資源和課程資源的邏輯規(guī)則表示

利用大數(shù)據(jù)的理論，借助于關(guān)聯(lián)算法把課程資源從院系的專業(yè)培養(yǎng)方案中抽取出來，獲取到所有專業(yè)在所有學期的開設專業(yè)課的情況，再從院系提供的大量數(shù)據(jù)中抽取到教師和課程的隸屬教研室情況。

2）與其他業(yè)務系統(tǒng)的無縫對接

為了能從院系的其他業(yè)務中獲取數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需要實現(xiàn)Excel數(shù)據(jù)導入功能；而為了和教務系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接，系統(tǒng)需要提供滿足教務系統(tǒng)要求的專業(yè)排課數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需要實現(xiàn)Excel數(shù)據(jù)的對接。

3）服務器對高并發(fā)的控制

為了使系統(tǒng)數(shù)據(jù)更加高效和準確，系統(tǒng)采用了線性隊列的處理方法對高并發(fā)數(shù)據(jù)進行控制，確保在數(shù)據(jù)大量并發(fā)情形下數(shù)據(jù)的高度一致性。

3.3 安全與創(chuàng)新

1）優(yōu)化信息登錄。通過采取分布式驗證和動態(tài)密鑰，結(jié)合登錄信息過濾等手段，進一步提高了信息驗證速度，最大程度實現(xiàn)非法請求信息攔截。

2）權(quán)限與角色功能優(yōu)化。采取角色與權(quán)限設計關(guān)聯(lián)規(guī)則、動態(tài)權(quán)限設置，實現(xiàn)角色管理與功能權(quán)限的動態(tài)管理。

3）數(shù)據(jù)庫信息加密。分別采取DES和MD5等加密方式，實現(xiàn)用戶名、密碼、數(shù)據(jù)庫、端口等關(guān)鍵信息加密，最大程度地保障系統(tǒng)信息通信安全。

4）完整性約束。系統(tǒng)中合理利用數(shù)據(jù)約束，保持各種記錄信息的完整性，信息記錄內(nèi)容不能為空；各種數(shù)據(jù)間相互聯(lián)系的正確性；相同數(shù)據(jù)在不同記錄中的一致性。保證主關(guān)鍵字（被引用表）和外部關(guān)鍵字（引用表）之間的參照關(guān)系。

3.4 專業(yè)課排課系統(tǒng)特點

利用系統(tǒng)實現(xiàn)專業(yè)課安排，相比于傳統(tǒng)的排課方式，本系統(tǒng)帶有如下特點：

（1）充分滿足了排課數(shù)據(jù)的實時性要求，最大限度地減少了數(shù)據(jù)冗余；

（2）能滿足不同類型的課表查詢要求；

（3）極大地方便了期末時教師對于教學工作量的計算與統(tǒng)計；

（4）具備極強的課程信息化管理功能，包含了教師及課程的合理安排與調(diào)度等功能；

（5）方便了教務管理系統(tǒng)的課程管理。

4 結(jié)束語

研究并解決高校中院系的專業(yè)課程安排問題，根據(jù)院系制定的專業(yè)人才培養(yǎng)方案和具體專業(yè)課程情況，實現(xiàn)院辦把課程資源安排到教研室，教研室主任把課程安排給本教研室的專任教師，然后由系辦綜合統(tǒng)計，再酌情安排剩余課程資源，最后把排課結(jié)果提交到教務處，整個流程實現(xiàn)規(guī)范、高效，既提高了排課效率，又進一步提升整個院系教學質(zhì)量和教研水平，達到建立優(yōu)良的教學秩序的目的。

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