電子校歷自動生成系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉 哲，宋佳豪，潘夢瑤

（延安大學(xué)數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)學(xué)院，延安 716000）

0 引言

高等學(xué)校各項工作的良好運轉(zhuǎn)，離不開廣大教學(xué)管理人員的辛勤付出。然而面對教學(xué)工作過程中的復(fù)雜性、多樣性，大多數(shù)工作都是通過人工的方式去手動完成的。其中就包括了一部分內(nèi)容枯燥、重復(fù)率高，實際上又可以通過計算機程序自動完成的工作。教務(wù)人員每天都要花費大量的時間和精力去完成這些工作。因此，如果能夠通過計算機程序的方式，輔助完成這類工作，可以有效解決教學(xué)管理過程中存在的問題，提升教學(xué)管理水平［1-3］。而校歷文件的制定，是高校教學(xué)計劃有序執(zhí)行過程中必不可少的一環(huán)。如何能夠?qū)⑵渲兴N含的價值更加充分、高效地利用起來［4-6］，具有非常重要的研究價值。

1 實驗設(shè)計

本次實驗使用計算機編程語言Python 3.11進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，使用Python 標(biāo)準(zhǔn)庫Calendar 獲取日歷相關(guān)數(shù)據(jù)，使用Python 的第三方庫xlwt將組織好的數(shù)據(jù)內(nèi)容寫入目標(biāo)文件中，并對其進(jìn)行排版。

1.1 主要組件介紹

Calendar 是Python 中與日歷信息相關(guān)的一個標(biāo)準(zhǔn)庫，該模塊提供了豐富的對年、月、日等數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的函數(shù)，使用時無需安裝，可以直接通過import 語句導(dǎo)入。模塊主要包括三大類：Calendar、TextCalendar和HTMLCalendar。其中，Calendar是其它兩個類的基類，可以用來創(chuàng)建一個普通的日歷對象。TextCalendar 一般用來創(chuàng)建一個純文本的日歷對象，使用HTMLCalendar 生成HTML 格式的日歷對象。

xlwt 是Python 中常見的用來生成Excel 類型文件的第三方工具包，使用時需要通過pip 命令安裝后才能導(dǎo)入，推薦通過鏡像源的方式進(jìn)行安裝［7］，表1 列出了一些質(zhì)量較高的Python 鏡像源。需要注意的是，xlwt主要用于將組織好的數(shù)據(jù)和相關(guān)的文本格式信息寫入新建的工作表文件中，不能直接編輯一個已經(jīng)存在的工作表文件。

表1 常用的國內(nèi)鏡像站

1.2 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)的基本生成步驟如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程

（1）創(chuàng)建一個空白的Excel 文檔，等待數(shù)據(jù)寫入。

（2）按學(xué)期中的月份進(jìn)行遍歷。邏輯上，將當(dāng)前學(xué)期的第一個月記為起始月start_month，將當(dāng)前學(xué)期的最后一個月記為結(jié)束月end_month，使用函數(shù)range（start_month，end_month+1）遍歷訪問當(dāng)前學(xué)期的月份。

（3）添加工作表，初始化標(biāo)題行。例如，2022—2023 學(xué)年第二學(xué)期的起始月是2 月，結(jié)束月是7 月。那么，需要按照從“2 月”到“7月”的順序和命名方式，在工作簿中依次創(chuàng)建每張工作表，用于存放對應(yīng)的日歷數(shù)據(jù)。每次迭代只創(chuàng)建當(dāng)前月的日歷工作表，并初始化工作表的列標(biāo)題行，分別是周序號、一、二、……、六、日。其中，“周序號”一列下的數(shù)據(jù)，取值范圍是教學(xué)執(zhí)行計劃中的第一周到最后一周的序號，依次遞增。

（4）當(dāng)前月日歷數(shù)據(jù)的獲取和整理。創(chuàng)建Calendar 日歷對象，通過調(diào)用函數(shù)monthdayscalendar（year，month），獲取當(dāng)前月的日歷數(shù)據(jù)，整理出相關(guān)的中間變量，等待后續(xù)程序的使用。

（5）按周次進(jìn)行遍歷。例如，當(dāng)前迭代月是2023 年3 月，3 月1 日對應(yīng)星期三，3 月31 日對應(yīng)星期五。那么，3 月份在日歷中會對應(yīng)5 行數(shù)據(jù)，按周次遍歷應(yīng)遍歷5次，其它月份的遍歷依此類推。

（6）數(shù)據(jù)的寫入和格式化。將當(dāng)前周次的日歷數(shù)據(jù)，按照設(shè)定好的排版格式，寫入對應(yīng)的單元格中。例如，2023年3月1日正處于開學(xué)后的第一周內(nèi)。那么，程序應(yīng)該在對應(yīng)列標(biāo)題下的單元格中，寫入的數(shù)據(jù)依次是［‘第1 周’，‘’，‘’，‘1’，‘2’，‘3’，‘4’，‘5’］。

（7）構(gòu)建剩余月份的日歷工作表。重復(fù)步驟（2）～（6）。

2 難點與解決方案

本部分選取了實驗過程中遇到的一些難點問題，給出解決方案，總結(jié)如下。

問題一：如何讓日期出現(xiàn)在正確的列標(biāo)題下。

如何確定每個月的日期數(shù)據(jù)，與列標(biāo)題的對應(yīng)關(guān)系。例如，如果當(dāng)前月的第一天，對應(yīng)的列標(biāo)題是周三。那么，同一行中對應(yīng)列標(biāo)題是周一和周二的單元格，應(yīng)該是沒有內(nèi)容的。

通過查詢calendar模塊的官方文檔，以及不斷的測試、對比，最終挖掘出了模塊中的功能函數(shù)monthdayscalendar（year，month）。該函數(shù)通過傳遞實參年和月，能夠返回具有如下所示的日期格式數(shù)據(jù)。

［［0，0，1，2，3，4，5］，［6，…，12］，［13，…，19］，［20，…，26］，［27，28，0，0，0，0，0］］

示例中的數(shù)據(jù)是2023 年2 月的日歷數(shù)據(jù)，其中的數(shù)字1～28 代表當(dāng)前月中實際有的日期，0代表非當(dāng)前月的日期數(shù)據(jù)。可以看出，以周為計數(shù)單位，當(dāng)前月的日歷數(shù)據(jù)（外層的大列表），共包含5個完整的周（內(nèi)層列表），即外層的大列表一共有5個列表類型的元素。而每個內(nèi)層列表中的元素，按順序依次對應(yīng)周一、周二、……、周日。通過這種方式，就可以建立日期數(shù)據(jù)與列標(biāo)題之間的映射關(guān)系。當(dāng)將日期數(shù)據(jù)寫入工作表時，如果當(dāng)前單元格對應(yīng)的內(nèi)容是數(shù)字0，則跳過。

問題二：教學(xué)周序號的確定。

高等院校教學(xué)計劃的執(zhí)行、工作安排的制定都是以周為單位進(jìn)行的。程序自動構(gòu)建時，如何正確地輸出當(dāng)前周次對應(yīng)的教學(xué)周序號。

正常情況下的邏輯是，設(shè)定一個變量week_index代表周序號，將該變量的值初始化為1，并關(guān)聯(lián)到開學(xué)第一周的日歷數(shù)據(jù)。當(dāng)每次輸出完一周的日歷數(shù)據(jù)時，讓變量week_index 的值加1，然后關(guān)聯(lián)第二周的日歷數(shù)據(jù)，以后的周序號依此類推。如果某個月的最后一天是星期二，對應(yīng)教學(xué)執(zhí)行計劃的第5周。那么下個月的第一天會是星期三。但是，當(dāng)輸出下個月第一周的日歷數(shù)據(jù)時，不能將教學(xué)周的序號自動加1。因為當(dāng)前月的最后一天與下個月的第一天，屬于同一個周。

解決辦法是，當(dāng)輸出每個月第一周的日歷數(shù)據(jù)時，判斷其中是否包含非當(dāng)前月的日歷數(shù)據(jù)，例如［0，0，1，2，3，4，5］。這種情況下，就認(rèn)定教學(xué)周序號week_index的值不需要加1。

問題三：Excel 文件的行高和列寬的設(shè)置問題。

xlwt工具包的官方幫助文檔極少，開發(fā)的過程中相關(guān)功能的實現(xiàn)和函數(shù)的使用，主要來源于網(wǎng)絡(luò)上的教程。但行高和列寬的設(shè)置方法，經(jīng)過測試后均以失敗告終。最終，通過閱讀工具包的源代碼結(jié)合之前的測試，行高和列寬的設(shè)置代碼如表2所示。兩個乘號左邊的數(shù)字是基本尺寸單位，行高和列寬的設(shè)置，主要通過修改乘號右邊的數(shù)字調(diào)試后確定。

表2 行高列寬的設(shè)置方法

3 實驗結(jié)果與分析

本次實驗主要從兩個方面對程序自動構(gòu)建的電子校歷文件進(jìn)行驗證：①日期數(shù)據(jù)是否正確地顯示在對應(yīng)的列標(biāo)題下；②教學(xué)周的序號與日期數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)是否正確。為此，調(diào)閱了2020—2021、2021—2022、2022—2023 三個學(xué)年的校歷文件進(jìn)行對比。

實驗結(jié)果表明：通過系統(tǒng)自動生成的不同學(xué)年、學(xué)期的電子校歷文件，與相應(yīng)的紙質(zhì)校歷中的數(shù)據(jù)完全匹配，并且構(gòu)建過程不超過2秒。電子校歷文件能有效提升教務(wù)人員完成特定事務(wù)的工作效率，將教務(wù)人員從枯燥的行政工作中解放出來，增加幸福指數(shù)。其應(yīng)用場景廣泛多樣，例如，每個學(xué)期開始時都必須要盡快制作的學(xué)期實驗教師值班安排表，就可以使用電子校歷文件的方式來快速完成，如圖2 所示。亦可以將電子校歷當(dāng)作備忘錄來使用，記錄教學(xué)執(zhí)行計劃中相應(yīng)節(jié)點的工作事項。需要時可以方便地查閱以前的工作事項記錄，制定新的教學(xué)安排。相比于傳統(tǒng)純文本形式的記錄，電子校歷更加美觀大方、一目了然，易于事后翻閱和文件存儲。

圖2 電子校歷形式的值班安排表

4 結(jié)語

電子校歷自動生成系統(tǒng)在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)管理工作中的實際需求進(jìn)行研究，具有較強的應(yīng)用價值。在提升工作效率的同時，將教務(wù)人員從枯燥的行政工作中解放出來，減輕工作壓力，增加幸福指數(shù)。