多校區(qū)排課系統(tǒng)的設計研究

【摘 要】隨著我國教育事業(yè)的發(fā)展，為貫徹《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的精神和目標，各學校加快了教育信息化進程，實施數(shù)字化校園工程。但同時也隨著學校或培訓機構的不斷兼并與擴張，對教學管理的要求不斷提高。

本文對目前國內(nèi)市場主流教學管理系統(tǒng)進行了研究，深入分析多校區(qū)管理模式下的教學管理需求。系統(tǒng)采用了基于B/S、C/S混合模式下的三層架構，充分利用兩種模式的優(yōu)勢，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全性和高交互性，同時又體現(xiàn)了師生教學服務的窗口。系統(tǒng)緊緊圍繞多校區(qū)集中式管理，體現(xiàn)了嚴謹又靈活的設計思想。本文主要以蘇州網(wǎng)絡大學園教學管理系統(tǒng)為例，重點分析了排課系統(tǒng)的設計，經(jīng)過驗證系統(tǒng)實用有效，并成功推廣到周邊及所高校使用。

【關鍵詞】多校區(qū)；排課；約束；C/S

1.背景與技術分析

1.1 教學管理系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀

目前數(shù)字化校園平臺已廣泛應用于各大高等學校，中小學建設水平相對落后。其中，教學管理系統(tǒng)是數(shù)字化校園的核心模塊。系統(tǒng)掌握著學校幾乎所有的基礎數(shù)據(jù)，如學生、專業(yè)、課程、教室、教師信息等。同時，教學管理系統(tǒng)也是數(shù)字化校園中其他業(yè)務系統(tǒng)的應用基礎，是學校數(shù)字化校園實現(xiàn)的關鍵。國內(nèi)教務系統(tǒng)與21世紀初出現(xiàn)產(chǎn)品化系統(tǒng)，經(jīng)過多年的發(fā)展，目前國內(nèi)主流的教學管理系統(tǒng)產(chǎn)品廠商主要有三家。杭州正方、清華優(yōu)軟、湖南青果。他們在國內(nèi)的市場占有率在不斷提高。在開發(fā)技術上都采用目前成熟、先進的技術，并且在系統(tǒng)應用架構上基本都采用B/S、C/S的混合模式。

國外高校使用的教務管理系統(tǒng)大部分是自主研發(fā)的產(chǎn)品，或?qū)嵱瞄_源代碼經(jīng)過二次研發(fā)實現(xiàn)的系統(tǒng)。它們都遵行“Open Design”的設計理念，在功能應用中，系統(tǒng)只提供一個框架，在使用前需要做較大的基礎數(shù)據(jù)輸入及條件設置工作，不具有通用性。另外，國外高校的教學管理機構的職能、教學模式與國內(nèi)高校也存在較大的區(qū)別。

1.2應用技術分析

.NET Framework（.NET框架）是一款由微軟公司開發(fā)，致力于敏捷軟件開發(fā)（Agile softwaredevelopment）、快速應用開發(fā)（Rapidapplication development）、平臺無關性和網(wǎng)絡透明化的軟件開發(fā)平臺。它提供了一個跨語言的統(tǒng)一編程環(huán)境。.NET框架主要包含三個組成部分：公共語言運行庫（CLR：Common Language Runtime）、服務框架（Services Framework）和上層的兩類應用模板，包含傳統(tǒng)的Windows應用程序模板（Win Forms）和基于ASP NET的面向Web的網(wǎng)絡應用程序模板（Web Forms和Web Services）。有了這些功能用戶不必迷惑于 Win32API和COM，避免了DLL的版本和更新問題（常稱為DLL地獄），從而大大簡化了應用程序的發(fā)布和升級。

Web服務（Web Service）是一種全新的Web應用程序分支，Web服務是自包含、自描述、模塊化的應用，可以發(fā)布、定位、通過Web調(diào)用。其實Web service 就是一個應用程序，它向外界暴露出一個能夠通過Web進行調(diào)用的API。Web Service有兩部分組成SOAP與WSDL。

SOAP[ ]（Simple Object Access Protocol，簡單對象訪問協(xié)議）是由包括Microsoft、IBM、DevelopMentor、UserlandSoftware在內(nèi)的多家公司共同提出的技術規(guī)范，目的是實現(xiàn)大量異構程序和平臺之間的互操作性，從而使存在的應用程序能夠被廣泛的用戶訪問。

B/S模式的易操作維護性，已經(jīng)成為我們開發(fā)管理系統(tǒng)的首先方案，但C/S 模式也有其特定的應用需求，像國內(nèi)的財務ERP系統(tǒng)大部分都是此模式。綜合兩種模式的優(yōu)劣之處，本文選用了 C/S 與 B/S的 混合模式架構，它們分別體現(xiàn)了管理與服務的概念。但有些特殊模塊不僅是管理類模塊，同時也是服務類模塊，它們需要兩種模式的結合才能實現(xiàn)。例如：選課、成績管理模塊，管理員需要先在后臺設置后基礎數(shù)據(jù)再將選課、成績錄入功能開放給廣大師生。采用C/S與B/S混合模式的教務管理系統(tǒng)，充分發(fā)揮了C/S模式與B/S模式的優(yōu)勢[ 10]。

2 系統(tǒng)分析與設計

2.1應用需求分析

排課是所有教學管理中最為復雜、繁瑣、也是容易出錯的業(yè)務，課表的合理性更是影響到能否充分合理的利用全部資源，達到最佳教學效果。從宏觀管理角度來看，我們可以把教師、教室、課程都看作為學校開展教學的必要資源。如何充分利用現(xiàn)有教學資源來合理、科學的進行教學安排是教學管理的核心業(yè)務。本系統(tǒng)實現(xiàn)的排課功能包含初始化排課數(shù)據(jù)、自動排課、手工修改、課表打印、排課數(shù)據(jù)回傳等功能。另外，初始化排課數(shù)據(jù)是實施排課重要級，整個過程涉及到多張數(shù)據(jù)表及多個操作步驟，包括排課約束設置、優(yōu)先級設置等。

2.2 系統(tǒng)架構設計

本系統(tǒng)基于.Net Framework平臺開發(fā)，采用了Winform和Web兩種界面方式來分別實現(xiàn)C/S端和B/S端的功能。設計上采用標準的三層架構，包括表示層、業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。

1、表示層：C/S端表示層使用Winform和Web Service實現(xiàn)，在編碼上采用C#和VB.net。Winform的實現(xiàn)中使用Web Service調(diào)用，并通過App.config來配置Web Service的發(fā)布。B/S端表示層使用Aspx和部分Html實現(xiàn)，在頁面編碼上選擇C#、js和css相結合的方式實現(xiàn)；并使用Web.config來配置Web服務器及數(shù)據(jù)庫服務器的連接。

2、業(yè)務邏輯層：該層有四個模塊組成，業(yè)務處理模塊（TeachingBLL）、公共類庫模塊（Common）、系統(tǒng)管理模塊（System）、業(yè)務實體模塊（Model）；大多采用C#實現(xiàn)。

3、數(shù)據(jù)訪問層：用于實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的交互和訪問，從數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)或保存數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫。該類實現(xiàn)了對ADO.NET的封裝，封裝了一些常用的重復的數(shù)據(jù)庫操作，該層主要以C#和存儲過程實現(xiàn)。

2.3功能設計

排課問題實際上是一個在時間、學生、教師和教室的四維空間中，以教學任務和各種約束條件為基礎，在解決四個實體之間沖突的前提下找到最優(yōu)時空解。整個排課過程分為排課前準備工作，自動排課及課表修改和打印工作，業(yè)務流程復雜，需要設計全面的功能模塊來完成，具體功能模塊見圖1排課系統(tǒng)功能圖。

排課約束條件眾多，本文將各種排課約束條件劃分為三類。強制約束、特殊約束及優(yōu)化約束。

1、強制約束：系統(tǒng)必須實現(xiàn)的約束條件，優(yōu)先等級最高。

1）同一時間，同一教室只能排一門課。

2）同一時間，同一班級只能排一門課。

3）同一時間，同一教師只能排一門課。

2、特殊約束：系統(tǒng)必須實現(xiàn)的約束條件，優(yōu)先級次之。

1）排課時間限制，用于限制某一時間段不能排課。

2）教師時間限制，用于設置教師只能排課的時間或不能排課的時間。

3）教室時間限制，用于設置教室只能排課的時間或不能排課的時間。

3、優(yōu)化約束：系統(tǒng)不一定要實現(xiàn)的約束條件，目的是為了使課表編排的更合理，優(yōu)先級最低。

1）課程時間塊設置，用于設置同一課程上課間隔的優(yōu)先級，比如同一門課程上課時間間隔兩天優(yōu)先間隔一天。

2）課程排課設置，用于設置課程安排的優(yōu)先級，可以根據(jù)學院、專業(yè)、課程類別設置。

二、排課算法設計

系統(tǒng)采用基于多校區(qū)的遺傳算法，本文中不做詳細描述。

三、分課表的設計

由于課表的使用對象不同，我們需要設計不同類型的課表，而且為了便于課務管理系統(tǒng)設計了多種中課表。本文設計的子課表有班級課表、教師任務書、班級總課表、教師總課表、教室總課表。

此系統(tǒng)的特點是功能全面、細節(jié)到位、適應性強。系統(tǒng)在整個需求分析、設計、開發(fā)過程中緊緊圍繞多校區(qū)集中式管理的思想，以適應高校在多校區(qū)管理模式下的資源節(jié)約與整體調(diào)配。此外，系統(tǒng)需求進一步開發(fā)，完善各功能模塊。如排課模塊中的版塊課程安排、調(diào)課等功能；教師管理模塊中的教師工作量統(tǒng)計等功能。同時做好排課系統(tǒng)的接口預留，實現(xiàn)與管理單位其他系統(tǒng)的對接。

參考文獻：

[1] 李尚勇.基于.NET架構的高職院校調(diào)排課系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[碩士學位論文].電子科技大學，2006.

[2] 程廣平.基于.net 架構的高校教務管理信息系統(tǒng)的設計與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2007（11）.

[3] 謝星星，沈鼓卓.UML基礎與Rose建模實用教程.北京：清華大學出版社

作者簡介：

戴陽陽（1981.01-），女，漢族，江蘇張家港人，講師，碩士，主要從事云計算、金融大數(shù)據(jù)教學研究

（作者單位：蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術學院）