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基于网络的微机实验室排课系统分析与设计

时间:2015-12-08 14:55 来源:第一论文网 作者:lunwenwang 点击:
本文是在高校课程编排算法和已完成大规模课程安排的基础上进行实践环节实验室排课算法,并开发而成小型自动排课系统。排课问题的研究主要是解决各种教学资源如实验室、教师的合理有效利用问题,避免教师、班级在上课时间、地点上的冲突,使排课时间分配均匀。在算法设计中为排课操作设置了不同的优先级,逐级排课,有效解决了实验室少而课程集中的问题,提高了排课的成功率。另外,系统为教师和教室分别设计了排课级别,从而能够避免教学资源过于集中地使用,实现均衡化利用,亦可能够结合各课程情况适当调节班机的课程和人数。
  一、引言
 
  对于一个公共的面向全校的微机实验室来说,他就是全校的教学、科研试验基地。其最大特点就是人员流量大,使用频率高,服务的专业课程种类繁多,硬件维护任务重,不但要满足各类的教学需要外,往往还承担着学生自由上机的工作,这些对微机实验室的管理提出了更高的要求,要不断加强对实验室自动化管理的程度。
 
  如今我校微机实验室的教学安排工作主要是靠任课教师携带相关的课程任务书在规定的时间内,到计算中心来安排实验室,基本是采取先到先占用的方式。即授课教师需要专程到实验室填报课表,来得早的老师就填报一些相对硬件环境好,机器数量多的实验室,而一些对硬件要求较高或全院性质大课的课程可能不能及时地选到最适合的环境,在某种程度上造成了资源配置不优化。人力物力上造成浪费。如今的办公软件系统的应用、校园网的建立。高校下属各单位的许多资料、数据都可以通过校园网传送,网络排课系统不仅可以解决人力,无力资源的浪费,而且还可以适应数据的动态变化。是计算机从实际上真正地为师生服务。
 
  二、系统的功能和基本原则
 
  1 功能
  系统基于B/S结构无需考虑客户端的兼容性,而且后台数据库系统的改变不会影响客户端,用户可以方便地从网上访问本系统,不同用户登陆进入不同的界面拥有不同的权限,能够满足用户不同的需要。
  (1)操作简单,易学易用
  (2)数据录入和维护方便
  (3)实时显示有关信息
  (4)自动校验和人工调整相结合,解决冲突。
  (5)实现多途径访问并生成多种表格
 
  2 基本原则
  课表编排实际上可归为从教师、学生、教室、课程、时间5种资源中选在时间空间上分布合理且没有冲突的资源配置问题。这是一个多因素的优化决策,也是组合规划中的典型问题。课表问题的求解过程就是对任何一门课寻找一个合适的老师和合适的时间与实验室对应,在安排时不能发生冲突,同时尽量满足经验常识。
 
   为了避免课表编排过程中产生冲突,需要确定一些原则作为课表编排的依据,这些原则的科学性将直接影响课程表质量的高低,一般来说,课表编排的基本原则和约束条件包括以下几类:
 
  (1) 优先顺序
  1 按实验课程性质以及所需的微机实验室的软硬件条件的优先顺序依次为多媒体三维立体设计类、平面艺术设计类、计算机基础课程类等。主要依据所需应用软件对显卡、内存及cpu要求来划分。
  2 按听课人数的优先顺序为从大班到小班,尽量先保障公共基础课程。
  3 按课程学时数的优先顺序为从多学时到少学时
  以上优先顺序可以适当调整或者添加。
 
  (2) 约束条件
  1 常规排课 一门实验课从学期的开始到结束都有一位教师来担任完成,且每周课时数相对稳定,学生人数也相对固定。那么也要相对固定实验教室
  2 分段排课 同一门课,由于实践环节的实验内容不同,需要有多个教师分段带实验,每个阶段的实验学时也可能有所不同。
  3 网上选修课程安排 学生的选修课程一般都不局限于一个班级或者某个专业,有的甚至是全院选修,而在开学初教务处也无法准确统计选修人数,因此只能提供给这类课程尽量大的实验空间。
  4 考试教室分配 各开课单位核定考试科目及学生人数。在合适的时间范围内安排考试教室。
  5 可手工调整 对于自动排课失败发生冲突的课程应该具有手工调整功能。 
 
  (3)避免下列冲突及时间分配模式
  1 同一时间同一班级上一门以上的课
  2 同一时间同一教师上一门以上的课
  3 同一时间同一微机实验室安排一门以上的课程(此种情况可手工调整,如在同一时间上课班级实验设备不够的情况)
 
  三、设计思想和构架
 
  3.1设计思想
  3.1.1充分利用网络优势,实行计算机分布式排课,计算机排课需要计算机在校园网的各种时间是否发生冲突进行检查。现在的计算机实验室安排是由任课教师在学期的前三周内自己到实验室填报课表完成,经常出现教师忘记带教学计划和学生名册难以准确填报课表或者未在规定时间内来填报课表的情况,为微机实验室的正常运行工作带来很大的麻烦。因此计算机排课就是将排课任务分解,通过校园网落,实行分布式计算机排课。
 
  3.1.2 将计算机排课与微机实验室管理、教学计划管理结合起来。计算机排课与微机实验室管理、教学计划管理有密切的关系,他们可以为计算机排课提供必要的基础数据,即往期微机实验室使用情况基本学期开课情况等,因此可以直接通过教务处的教学计划任务产生排课所需的基础数据。
  3.1.3 以“周”作为排课时间的单位,适应各种形式的排课要求。周以下每日分成多个学时段可连续的学时段合并使用。需要指定该门课的授课条件:起始周和终止周、周学时数及时间范围等信息。
 
  3.1.4 对排课部门实行优先级管理为了使计算机排课有序进行,需要对排课部门赋予不同的优先级,优先级高的部门先排课,例如大型公共课目如计算机文化基础,这种课程是全校范围的公共必修课程,需要实验机房数量多而且授课时间比较集中;若公共机房不能满足课程要求还要由专业实验室来承担部分课程量,因此在管理上就要给予某系部或专业教师优先。
 
  3.1.5 实现方法
  充分利用微机实验室资源,在资源有限的情况下,实现排课目的;
  (1)单双周课程抢占资源处理;例:当某一个实验室资源被某门课程
  单周占用以后,本系统将自动地对此实验室的双周资源进行复制,当某一课程双周上课需要安排时,便会有抢占此资源。从而达到资源的充分利用,防止出现某一个教室单周上课,双周闲置的状态。
2)资源的及时释放;例:当某一个课程占用了某一个实验室前半学
  期资源时,本系统将自动复制后半学期资源,以便其他课程进行抢占,防止出现前半个学期有课但是后半个学期闲置的情况。
 
  3.2系统框架设计
  用户可以通过IE浏览器向WEB服务器发送请求,Web服务器接受请求,通过程序服务器的ODBC引擎,从数据库服务器获取数据并进行必要的处理,返回其输出端给客户端,从而能实现与客户端进行信息资源交互的目的。数据库服务器用来存储查询系统中所用到的各种数据。系统的客户端之需要一个浏览器即可,用库可以通过浏览器进行信息查询。
 
  3.2.1系统运行环境的设计采用B/S结构来实现。硬件环境主要依赖学校的校园网络。各教学部或二级学院连在校园网络上的计算机,可作为排课系统的客户机,网络操作系统采用Windows2003server,数据库采用 SQLserver,数据库服务器设在教网中心。客户端开发工具采用VisualBasic 6.0,客户端软件主要是采用无数据源方式SQL server连接,其连接代码如下:
  Set db= New ADODB. Connection
  Db. ConnectionTimeout :20
  Dim server As String
  Open shjwz1.txt ForInput As { I 1
  Line Input # 1. server 
  Close # 1 
  db. Open “ driver=SQL server;server: ”& server &”; uid=sa; PWD=; database=db
  其中,变量s rv r 存放服务器ip地址,存放在文件shjwz1.txt中,当服务器的ip地址改变时只需要修改该文件的内容既可,无需修改程序;sa时SQLServer
  的管理员,也可使用其他的数据库用户名;没有设口令字,即PWD是空值;db是数据库名。
 
  3.2.2分布式排课的实现方法。 所谓分布式排课就是各个部门或授课教师在网络环境下各自输入设计自己的排课数据,分别进行排课,但不互相影响排课结果,各部门在排课的过程中既相对独立又互相联系,主要分成两块:教学承担的相关系部或教师;新学期教学任务确认录入阶段,这部分可以由教务处提供应该安排在计算中心上机环节的课程基本数据;当教师需要进行排课时可以在相应的数据表上搜索当其完成一个阶段的排课工作之后做上完成标记。
 
  3.2.3以“周”为时间单位进行排课的实现方法。在为课程指定任课教师的同时设定该课程上课的起始周和终止周,默认的情况下起始周数都是1,终止周数为20周。计算机排课是首先对从第一周开始上课的课程进行排课,如果排课中要求分段排课,则需要再次排课基础上生成以后各周的排课结果。在生成各周的排课结果时,都是在上课周排课结果的基础上,删除本周截止的课程,并对本周开始上课的课程进行排课,其他课程保持不变。
  组织结构图
 图一
  图解:
  a 基本的系部、专业设置管理与维护。二级学院、系部、专业设置情况课程任务书设置与维护:包含课程号、课程名、开课系部或主讲教师、实践学时数、考试时间
  教师资源的管理与维护:教师名、教师所属系部及电话
  班机信息设置与维护:班机编号、班级人数
  微机实验室管理与维护:实验室编号、实验室类型和约束(包括软硬件信息)、微机实验室容量
  b根据教学计划任务录入本学期的信息:本学期的开课课程名称、任课教师、实践班级、课程进度(相应的周数和周学时数)、以及教学任务的一些约束条件(例如所需的软硬件环境、是否可以合班上课等)
  c查询、统计、输出打印功能。能够查询微机实验室实践课程表,包括班级课程表、教师课程表、实验室课程表的查询及打印
  d数据备份与数据恢复功能。将相关数据备份,恢复误删除数据等;利用计算机排课,要尽量做到排课效率高、课表分布合理、教师课程安排科学、排课运行速度快等特点
 
  四、数据库设计
 
  数据库的设计主要是对排课中的数据和资源进行定义、建模。本系统的数据库设计如下:
  (1) 排课系统资源的设置与维护。建立一系列的代码表:教学科研单位的系表、专业表、班级表、课程设置情况表、教师表、可用时间表等。
  (2) 教学进程设置。根据学院的教学任务书抽出实验环节学时课程安排。
  (3) 实验室教学计划的设置与维护。建立教学任务书表及上课班级表。这两个表之间是一对多的关系,即一条任务书对应有多个上课班级。
  (4) 建立本学期的课表。以上这些是排课系统的基本数据表,课表的查
  询、打印使用的都是一些中间数据,只从基本表中生成一些临时表来完成。
 
  五、 结束语
 
  计算机排课系统采用Visual Basic 6.0语言进行编程。并与SQL数据库相连接,适应排课时数据运做的动态变化.该系统适用于各高校学期初的实验室课程编排工作上。它的主要功能
  可总结如下:
  (1)运用自动排课,灵活自主的为学校各个班级进行课程的编排:
  (2)避免了教师冲突和教室冲突,使硬件资源不再发生矛盾:
  (3)数据的动态变化,用户可对数据库中的数据进行编辑、添加和删除。
 
参考文献
[1] 齐玉斌 基于网络的全因素课表编排系统的设计与实现 河北科技师范学院学报 2005
[2] 陈琦 基于校园网络的高校教务管理系统的研究 西安理工大学硕士学位论文 2001

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