高校專業(yè)大類分流算法設(shè)計與系統(tǒng)應(yīng)用①

宋安玲，任喜偉，姚 斌

1(西安交通大學(xué)城市學(xué)院，西安 710018)

2(陜西科技大學(xué) 電子信息與人工智能學(xué)院，西安 710021)

在我國高等教育招生培養(yǎng)模式的不斷改革下，“大類招生，分流培養(yǎng)”培養(yǎng)模式上世紀(jì)80年代后期由北京大學(xué)首次提出[1，2].此后，在清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、北京師范大學(xué)等高校相繼試點(diǎn)，并逐步推廣至全國其他高等院校[3，4].“大類招生，分流培養(yǎng)”創(chuàng)新培養(yǎng)模式主要分為3 個階段.第一階段為高考考生填報專業(yè)大類志愿階段，考生填寫完畢后，各高校按照專業(yè)大類目錄錄取考生；第二階段為高校按專業(yè)大類通識培養(yǎng)階段，該培養(yǎng)階段一般為大學(xué)前兩年；第三階段為學(xué)生專業(yè)大類分流階段，本階段按照學(xué)生具體專業(yè)(非專業(yè)大類)志愿，將學(xué)生分流至具體專業(yè)深入學(xué)習(xí)專業(yè)課[5，6].本文主要探討第三階段中專業(yè)大類分流過程的算法設(shè)計和信息系統(tǒng)建設(shè)問題，為高校“大類招生，分流培養(yǎng)”模式的進(jìn)一步推廣提供技術(shù)支持.

1 專業(yè)大類分流過程分析

專業(yè)大類分流一般在大學(xué)二年級結(jié)束前進(jìn)行，專業(yè)大類分流過程有3 個步驟.第一步，學(xué)生填報所在大類中的具體專業(yè)志愿，填報志愿只針對專業(yè)大類中的專業(yè)進(jìn)行填報，不能填報專業(yè)大類之外的專業(yè).學(xué)生可根據(jù)自身對專業(yè)的喜好，以及學(xué)分績點(diǎn)等因素參考填報.第二步，學(xué)校(院)根據(jù)辦學(xué)實(shí)際情況，確定具體專業(yè)人數(shù)，對專業(yè)大類進(jìn)行專業(yè)分流.第三步，學(xué)校(院)根據(jù)大類分流結(jié)果，確定專業(yè)班人數(shù)，對專業(yè)進(jìn)行分班[7，8].

目前，專業(yè)大類分流過程很多高校還采用人工分流的方式，其弊端是分流工作量大、投入老師多、花費(fèi)時間長、且容易出錯.將專業(yè)大類分流工作信息化，借助信息系統(tǒng)讓計算機(jī)程序幫我們完成繁瑣復(fù)雜的專業(yè)大類分流過程，可降低工作量、節(jié)約成本、節(jié)省時間、且不易出錯[9-11].據(jù)調(diào)查，已有一步部分高校借助計算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行專業(yè)大類分流，并取得了一定效果，但是他們對大類分流過程智能化算法的研究還不夠深入，簡捷性，可操作性不夠[12，13].接下來，本文就如何實(shí)現(xiàn)高校專業(yè)大類分流信息系統(tǒng)展開研究，設(shè)計大類分流算法和專業(yè)分班算法，開發(fā)信息系統(tǒng)界面，并將系統(tǒng)應(yīng)用于高校專業(yè)大類分流過程，總結(jié)系統(tǒng)應(yīng)用成效.

2 專業(yè)大類分流系統(tǒng)設(shè)計

專業(yè)大類分流信息系統(tǒng)按照模塊化設(shè)計思想，設(shè)計3 個模塊，分別是志愿填報模塊，大類分流模塊，專業(yè)分班模塊.

2.1 志愿填報模塊

志愿填報模塊是專業(yè)大類分流信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊，主要完成數(shù)據(jù)收集功能.系統(tǒng)必須將各專業(yè)大類包含的所有專業(yè)全部展現(xiàn)在頁面上，供學(xué)生選取填報，填報過程中學(xué)生不能隨意涂改專業(yè)代碼或名稱.學(xué)生需要填寫的內(nèi)容有：專業(yè)大類、學(xué)生學(xué)號、學(xué)生班級、學(xué)生姓名、第一志愿、第二志愿、第三志愿、第四志愿、第五志愿、提交密碼等信息.學(xué)生填報完畢并提交后，學(xué)生的志愿填報信息就會保存在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，為大類分流模塊和專業(yè)分班模塊提供數(shù)據(jù).

2.2 大類分流模塊

大類分流模塊是專業(yè)大類分流信息系統(tǒng)的核心模塊，主要完成學(xué)生所填志愿的大類分流任務(wù).大類分流算法主要有兩種，一種是分?jǐn)?shù)優(yōu)先錄取算法，即最先錄取分?jǐn)?shù)在前的學(xué)生志愿，按照學(xué)生所填志愿先后依次錄取，稱為學(xué)生分?jǐn)?shù)優(yōu)先錄取算法；另一種志愿優(yōu)先錄取算法，即最先錄取第一志愿的學(xué)生，并參照分?jǐn)?shù)排序先后依次錄取，稱為學(xué)生志愿優(yōu)先錄取算法.本文重點(diǎn)介紹第二種大類分流算法.

學(xué)生志愿優(yōu)先錄取算法描述如下：

Step 1.把學(xué)生填報的志愿數(shù)據(jù)依次按照學(xué)生志愿和學(xué)分績點(diǎn)兩個維度進(jìn)行降序排序；

Step 2.首先找到第N個學(xué)生第一志愿，并設(shè)置預(yù)錄取，只記錄在程序控件中，不保存至數(shù)據(jù)庫，N從1 開始；

Step 3.該志愿人數(shù)加1；

Step 4.判斷該志愿預(yù)錄取是否已錄完，如果未錄完，則獲取下一個學(xué)生記錄；否則獲取某一專業(yè)的超額錄取志愿集合；

Step 5.獲取第M個超額志愿學(xué)生記錄，M從1 開始，獲取該學(xué)生下一志愿；

Step 6.判斷該志愿是否已經(jīng)錄滿，如果已錄滿，則獲取該學(xué)生的下一志愿；否則記錄該學(xué)生錄取情況；

Step 7.超額志愿集合減1；

Step 8.判斷超額志愿是否已經(jīng)分配完畢，如果未分配完畢，則學(xué)生記錄加1；否則，進(jìn)入下一步；

Step 9.在控件中獲取分流結(jié)果，并逐一保存至數(shù)據(jù)庫，結(jié)束程序.

志愿優(yōu)先錄取算法流程圖如圖1所示.

2.3 專業(yè)分班模塊

專業(yè)分班模塊是專業(yè)大類分流信息系統(tǒng)的輔助模塊，主要完成學(xué)生大類分流后的輔助分班工作.專業(yè)分班錄取算法主要有兩種，一種是按照分?jǐn)?shù)由高到低依次劃段，直線分班錄取，稱為直線樣式專業(yè)分班算法；另一種是按照分?jǐn)?shù)由高到低間隔劃段分班，間隔劃分時采用先順后逆曲線分班錄取，稱為曲線樣式專業(yè)分班算法，或采用一直順向的折線專業(yè)分班錄取算法.本文重點(diǎn)介紹曲線樣式專業(yè)分班錄取算法.

曲線樣式專業(yè)分班算法描述如下：

Step 1.選某一專業(yè)，將本專業(yè)所有學(xué)生按照學(xué)分績點(diǎn)由高到低降序排序，并選擇班數(shù)方向正向操作；

Step 2.獲取第N個學(xué)生記錄，N從1 開始；

Step 3.判斷班人數(shù)是否已經(jīng)超出，如果已超出，則結(jié)束分班；否則進(jìn)入下一步；

Step 4.判斷班個數(shù)是否已經(jīng)超出，如果已超出，則班數(shù)方向反方向操作，班個數(shù)清零，班人數(shù)加1，學(xué)生記錄數(shù)減1；否則進(jìn)入下一步；

Step 5.保存分班結(jié)果，班個數(shù)加1；

Step 6.判斷分班是否結(jié)束，如果未結(jié)束，則獲取下一個學(xué)生記錄；否則結(jié)束程序.

曲線樣式專業(yè)分班算法流程圖如圖2所示.

圖1 學(xué)生志愿優(yōu)先大類分流算法流程圖

3 專業(yè)大類分流系統(tǒng)應(yīng)用

本文以陜西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院16 級專業(yè)大類分流為例，按照專業(yè)大類分流工作實(shí)際需求和上述算法設(shè)計，開發(fā)專業(yè)大類分流信息系統(tǒng)界面，并結(jié)合本學(xué)院2018年專業(yè)分流具體工作，說明專業(yè)大類分流信息系統(tǒng)應(yīng)用過程.

圖2 曲線樣式專業(yè)分班算法流程圖

3.1 系統(tǒng)應(yīng)用過程

2016年該校按照3 個專業(yè)大類招生，3 個專業(yè)大類分別為計算機(jī)類、電子信息類和電氣類.計算機(jī)類包含3 個專業(yè)，分別是網(wǎng)絡(luò)工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程；電子信息類包含4 個專業(yè)，分別是電子科學(xué)與技術(shù)、光電信息科學(xué)與工程、電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)；電氣類包含3 個專業(yè)，分別是電氣工程及其自動化、測控技術(shù)與儀器、自動化.學(xué)生經(jīng)過“大類招生，分流培養(yǎng)”培養(yǎng)模式第二階段，即大一和大二兩年的專業(yè)大類通識教育后，學(xué)院共有758 名學(xué)生參與專業(yè)大類分流.

基于.NET 框架，編寫C#程序設(shè)計代碼，訪問MS SQL Server 數(shù)據(jù)庫，開發(fā)專業(yè)大類分流信息系統(tǒng)[14-16].該系統(tǒng)采用學(xué)生志愿優(yōu)先錄取大類分流算法和曲線樣式專業(yè)分班算法，系統(tǒng)使用操作流程分3 個步驟.

(1)學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況和未來規(guī)劃，選擇填報志愿.填報志愿界面如圖3所示.

圖3 信息系統(tǒng)填報志愿界面

(2)按照學(xué)生志愿優(yōu)先錄取算法，對每一個專業(yè)大類的填報志愿進(jìn)行分流.大類分流界面如圖4所示.

圖4 信息系統(tǒng)大類分流界面

(3)按照曲線樣式分班錄取算法，對每一個分流后的專業(yè)進(jìn)行分班.專業(yè)分班界面如圖5所示.

圖5 信息系統(tǒng)專業(yè)分班界面

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用效果

按照上述系統(tǒng)應(yīng)用過程，操作專業(yè)大類分流信息系統(tǒng)軟件，最終獲得該學(xué)院2018年專業(yè)大類分流結(jié)果.具體的大類分流和專業(yè)分班結(jié)果如表1所示.

陜西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院2017年和2018年專業(yè)大類分流工作均借助專業(yè)大類分流信息系統(tǒng)，降低了工作量、節(jié)約了時間、減少了失誤.系統(tǒng)應(yīng)用主要成效體現(xiàn)在：

表1 專業(yè)大類分流結(jié)果統(tǒng)計表

(1)參與專業(yè)大類分流工作老師人數(shù)減少，由原來的5、6 位老師降低到1、2 位，不再需要填寫大量的表格，記錄學(xué)生填寫志愿的情況，分析大類分流的結(jié)果，統(tǒng)計專業(yè)分班的結(jié)果.

(2)節(jié)約了的大量時間，原來需要2 至3 周才能完成的工作，現(xiàn)在最多需要3 天就可以完成，工作時間大大縮短，提高了工作效率.

(3)減少了工作失誤，原來人工操作，任務(wù)量大，還容易出錯，現(xiàn)在只需輕輕一點(diǎn)，計算機(jī)程序會自動完成，做到零失誤.

4 總結(jié)

專業(yè)大類分流工作是我國高校教學(xué)管理過程中一項(xiàng)重要的工作.本文分析了我國高校專業(yè)大類分流過程，設(shè)計志愿填報模塊、大類分流模塊和專業(yè)分班模塊，并主要設(shè)計了學(xué)生志愿優(yōu)先錄取大類分流算法和曲線樣式專業(yè)分班算法.最后，將開發(fā)的專業(yè)大類分流信息系統(tǒng)應(yīng)用于陜西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)大類分流過程，應(yīng)用效果表明該信息系統(tǒng)大大提高了實(shí)際工作效率，為高校專業(yè)大類分流過程提供了技術(shù)支持，為推動全國大類分流過程信息化發(fā)揮了作用.