1、實驗室排課系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)作 者 計家瑞指導教師 趙會洋摘要 為提高實驗室的資源利用率，減輕管理人員的勞動強度，方便學生、實驗室管理人員與教師之間的交互和溝通，系統(tǒng)提出了用計算機代替手工排課的方法，設計了一個利用計算機實現(xiàn)實驗室排課的系統(tǒng)。通過對手工排課過程的調(diào)研與分析，設計出了實驗室排課系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，在此基礎上，給出并利用回溯算法實現(xiàn)了實驗室排課及課表的導出與打印等功能。實驗結(jié)果表明，該方法具有很高的可行性和有效性。關(guān)鍵詞 導出與打??；自動排課；回溯算法1. 引言自動排課是在傳統(tǒng)人工排課經(jīng)驗的基礎之上，利用計算機模擬人腦來選擇合適的方案進行排課。許昌學院計算機科學與技術(shù)學院計算機機房承擔著

2、計算機科學與技術(shù)學院、軟件學院的教學實驗任務，由于近兩年來學院的辦學規(guī)模不斷擴大，實驗室的建設也在逐步發(fā)展。高質(zhì)量的教學需要高效率的管理支持，隨著開放式實驗教學管理模式的改革和學院辦公信息化項目的推廣，傳統(tǒng)的實驗室人工管理模式已經(jīng)不能滿足我們工作學習的需求，無法有效合理的提高實驗室資源的利用率。實驗室自動排課系統(tǒng)的實施，不僅可以提高計算機機房的管理水平、教學質(zhì)量，而且可以使實驗室達到高效、有序、網(wǎng)絡化的管理。2. 系統(tǒng)需求分析排課是高等院校教學管理中一項重要而復雜的工作，自動排課算法是一個NP完全問題，集成了時間、空間的雙重約束，從數(shù)學上來講，排課問題是一個在時間、教師、學生和教室四維空間，以

3、教學計劃和各種特殊要求（如指定時間、指定教室、排課等級）為制約條件的組合規(guī)劃問題，其實質(zhì)是解決各個因素之間的沖突。2.1 系統(tǒng)的功能分析本系統(tǒng)的最終用戶是學生、教師和管理員，處理要求如下所示。（1）先排有指定要求的課程，指定要求包括指定教室和指定時間、只指定時間沒有指定教室、只指定教室沒有指定時間，最后對既沒有指定時間又沒有指定教室的課程進行安排。（2）周五下午不能排課，排課時間為周一至周五，每天上午、下午各兩節(jié)課，共十八個上課時間段。（3）滿足周課時要求。（4）可根據(jù)使用用戶的不同，將課表分為班級課表、教室課表、教師課表和總課表。（5）管理員可以設置用戶權(quán)限、用戶初始密碼及添加、刪除用戶。（

4、6）可分別將基本信息和課表信息導出到Word或者Excel。（7）可打印基本信息、教學計劃和課表信息。（8）設置一個簡易留言板，用戶可以進行留言，管理員可以對留言板進行管理。（9）不同級別的用戶，具有不同級別的用戶權(quán)限。2.2 系統(tǒng)的性能需求（1）系統(tǒng)使用方便、簡單，基于實驗室排課系統(tǒng)的面向?qū)ο笫撬惺褂脤嶒炇业慕處?、學生及實驗室管理人員，因此要求系統(tǒng)應該是使用方便、簡單且盡量適合不同層次、不同使用習慣的用戶使用。（2）系統(tǒng)操作上應該簡單、方便、界面簡潔美觀。（3）系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上應該具有很好的可擴展性，以便于以后的進一步開發(fā)和維護。2.3 數(shù)據(jù)庫設計數(shù)據(jù)庫的構(gòu)架是應用系統(tǒng)研制成功的基石，整個系統(tǒng)

5、的操作都是圍繞著數(shù)據(jù)庫表進行的，因而如何建立數(shù)據(jù)庫表，每個表應具有哪些項目等，對節(jié)省存儲內(nèi)存、減少運算量、簡化程序設計等都是非常重要的【1】。本系統(tǒng)建立了數(shù)據(jù)庫表LRS，在LRS數(shù)據(jù)庫表中設立了以下幾張表結(jié)構(gòu)，包括教師信息表（teacher）、教室信息表（lab）、班級信息表（class）、課程信息表（course）、任課信息表（lessons）、教學計劃表（plan2）、用戶信息表（userinfo）、留言信息表（liuyan）、時間表（t_info）、排課單元表（unit）。3. 系統(tǒng)總體設計3.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)是一個基于WEB的實驗室排課系統(tǒng)，它主要包括登陸界面，管理員主界面，教師

6、主界面，學生主界面，登陸時系統(tǒng)會根據(jù)使用者角色的不同，系統(tǒng)會進入不同的操作界面，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2 排課流程自動排課系統(tǒng)的運行是在基本信息錄入完畢之后進行的，基本信息包括教師信息，教室信息，班級信息，課程信息，任課信息，因此在排課之初，需要對基本信息進行正確的錄入及處理。進入到自動排課頁面，頁面首先會提醒用戶選擇要排課的學年和學期，選擇之后單擊確定進行排課，單擊清除對已經(jīng)存在的排課信息進行清除。自動排課算法設計的排課流程如圖2所示。圖2 排課流程圖3.3 登錄子系統(tǒng)系統(tǒng)設有三級用戶：學生用戶、教師用戶和管理員用戶，登錄系統(tǒng)時，系統(tǒng)將判斷用戶身份，根據(jù)用戶身份的不同進

7、入不同的功能界面。3.4 用戶管理子系統(tǒng)本子系統(tǒng)的功能根據(jù)使用者權(quán)限的不同而有所不同。其具體的介紹如下所示。（1）管理員用戶：具有最高權(quán)限，其可以對各信息進行查看、編輯、刪除、添加、導出和打印。另外作為實驗室排課系統(tǒng)的最高級別用戶，其可以進行自動排課，并能對排課進行清除。 （2）教師用戶：教師作為教學活動的重要指導者和參與者，其可以對各信息進行查看、編輯、刪除、添加、導出和打印。其主要特點是可以根據(jù)自身的需要指定教室，指定時間等，以提高排課的有效性。（3）學生用戶：學生是教學活動的重要參與者，在該實驗室排課系統(tǒng)中，學生用戶可以對相關(guān)部分信息進行查看、導出和打印，但是對各信息無權(quán)修改或者刪除。學

8、生用戶擁有最低權(quán)限。4. 系統(tǒng)詳細設計4.1 母版頁設計實驗室排課系統(tǒng)是一個基于WEB的系統(tǒng)，名稱為LRS。母版頁可以極大地簡化為站點創(chuàng)建一致外觀的任務，ASP.NET2.0提供的母版頁功能，為提高工作效率、降低開發(fā)和維護強度提供了有利的支持【2】。母版頁設計界面如圖3所示。圖3 母版頁設計在母版頁中添加了Web用戶控件top.ascx、menu.ascx、link.ascx、bottom.ascx。（1）用戶控件top.ascx用來顯示頁面頂部的logo、聯(lián)系管理員、收藏本站、設置主頁等內(nèi)容。（2）用戶控件menu.ascx用來顯示登錄日期以及一些常用的鏈接。（3）用戶控件link.ascx

9、用來顯示到許昌學院和百度的友情鏈接。（4）用戶控件bottom.ascx用來顯示與本系統(tǒng)有關(guān)的一些基本的聯(lián)系方式。4.2 登錄頁面設計本系統(tǒng)的功能根據(jù)使用者的不同而不同，主要有三種用戶：學生用戶、教師用戶和系統(tǒng)管理員。用戶登錄時系統(tǒng)將判斷用戶身份，根據(jù)使用者的不同進入不同的功能界面。登錄界面設計如圖4所示。圖4 登錄頁面設計4.3 管理員用戶功能設計管理員用戶作為實驗室排課系統(tǒng)的最高權(quán)限管理者。管理員用戶的管理模塊主要有基本信息管理模塊、教學計劃管理模塊、自動排課模塊、課表信息模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、留言板、用戶管理模塊和關(guān)于我們模塊。（1）基本信息管理基本信息包括教室信息、教師信息、班級信息、課

10、程信息、任課信息，管理員用戶可以對此類信息進行查看、編輯、修改、添加或刪除，其中教師信息管理界面如圖5所示。圖5 教師信息管理頁面（2）教學計劃管理教學計劃是實驗室排課的重要依據(jù)，管理員用戶可以對教學計劃進行查詢、添加和刪除。 (3)自動排課自動排課是實驗室排課系統(tǒng)的核心，是系統(tǒng)開發(fā)和研究的關(guān)鍵所在。系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的教室、教師、班級、課程、任課、教學計劃等信息，對各課程進行自動排課，并生成排課單元unit表。管理員可以選擇要進行排課的學年、學期，單擊“確定”開始排課，如果排課單元unit表中已經(jīng)存在該學年學期的課程安排則顯示提示信息，提醒用戶此學年學期的課程已經(jīng)安排過，否則進行排課，成功后提

11、示用戶排課成功信息。當基本信息發(fā)生更改后，管理員需要對課程進行重新安排，此時單擊“清除”則可以對排課單元中已經(jīng)存在的各信息進行清除。（4）課表信息根據(jù)課表使用者的不同，可以把課表分為教師課程表、班級課程表、教室課程表、總課表，其中教師課表如圖6所示。圖6 教師課表（5）數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理部分主要是對基本信息、教學計劃信息和各課表信息進行的導出或打印等操作，其中導出包括導出到Word和Excel。教學計劃導出與打印頁面如圖7所示。圖7 教學計劃導出與打印頁面（6）留言板實驗室作為教學活動的一個特殊地點，對教學活動的正常進行起著不可或缺的作用，但實驗室經(jīng)常會遇見設備損壞或者由于用戶使用不當而照成的軟

12、硬件不能正常運行等問題，此類問題單靠管理人員發(fā)現(xiàn)后再維護耗時長且不便，因此在這里設立留言板的作用不僅僅是為了給用戶提供了一個交流平臺，更重要的是提供一個用戶將需求及設備現(xiàn)狀反饋給管理員的途徑。管理員可以添加留言信息、查看留言信息、修改或者刪除留言信息。（7）用戶管理考慮到參與實驗室排課系統(tǒng)人員的特殊性，在此系統(tǒng)中沒有新用戶注冊功能，以防止非法用戶竊取教務信息。管理員用戶在用戶管理模塊擁有的功能包括自身密碼的修改和管理用戶信息，在管理用戶信息中，管理員可以對用戶的用戶名、密碼進行修改，并可以通過修改用戶的角色達到修改用戶權(quán)限的目的。（8）關(guān)于我們?yōu)榱颂岣呦到y(tǒng)的可操作性，系統(tǒng)創(chuàng)建了一個關(guān)于我們模塊

13、，主要是為用戶提供系統(tǒng)相關(guān)信息。4.4 教師用戶功能設計教師用戶可以對基本信息進行修改、刪除或者添加，但是不能進行自動排課、管理用戶信息、教學計劃和留言信息，除此之外，教師用戶幾乎擁有管理員的所有的權(quán)限。與管理員用戶相比，教師用戶具有的權(quán)限功能如表1所示。表1 教師用戶與管理員用戶權(quán)限對比表基本信息管理教學計劃管理自動排課課表信息數(shù)據(jù)處理留言板用戶管理關(guān)于我們管理員教師注：代表用戶擁有該模塊的所有操作權(quán)限，代表用戶擁有該模塊的部分操作權(quán)限，不做標注的代表用戶沒有此模塊的任何權(quán)限，如教師用戶在教學計劃管理模塊只能對教學計劃進行查詢，而不能對教學計劃進行添加或刪除。4.5 學生用戶功能設計學生用戶

14、在實驗室自動排課系統(tǒng)中擁有的權(quán)限級別最低，可以對部分基本信息、教學計劃信息進行查看，但不能對其進行添加、修改或刪除操作，與管理員用戶相比，學生用戶具有的權(quán)限功能如表2所示。表2 學生用戶與管理員用戶權(quán)限對比表基本信息管理教學計劃管理自動排課課表信息數(shù)據(jù)處理留言板用戶管理關(guān)于我們管理員學生注：代表用戶擁有該模塊的所有操作權(quán)限，代表用戶擁有該模塊的部分操作權(quán)限，不做標注的代表用戶沒有此模塊的任何權(quán)限，如學生用戶在基本信息管理模塊只能查看基本信息，而不能對基本信息進行添加、修改或刪除。5 系統(tǒng)總結(jié)本文通過對實驗室排課問題的研究與分析，設計了一種基于B/S架構(gòu)的實驗室排課系統(tǒng)，在排課的前置作業(yè)中，教師

15、用戶可以結(jié)合自身排課的需求，指定教室、時間，另外基于Web使得排課作業(yè)協(xié)調(diào)、課程安排以及系統(tǒng)維護都能在網(wǎng)絡的任一地方進行，不再受限于特定機器或地點。雖然系統(tǒng)的完成有了一定的成果，但是礙于筆者自身知識的局限性和自動排課問題規(guī)模大、約束復雜等特點，本系統(tǒng)還有很多需要改進的地方，如得到的課表的適應度低且算法復雜，沒有考慮到合班問題，沒有考慮人工調(diào)整課表問題。系統(tǒng)實現(xiàn)了實驗室的自動排課功能，為實驗室自動排課提供了有利的支持，下一步的工作將致力于算法的改進與實現(xiàn)手動調(diào)整上，從而提高系統(tǒng)的實用性。參考文獻1 段德亮，余健，張仁才等.C#課程設計案例精編M.北京：清華大學出版社，2008.132 王珊，薩師

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17、情報，2003.23（12）：5810 劉瑞新.C#網(wǎng)絡編程及應用M.北京：機械工業(yè)出版社，2004.194274Design and realization of curriculum arrangement in laboratoryJi Jia-rui Abstract：In order to increase resource utilization rate of laboratory, and to ease labour intensity of staff members as well as widen the reaction and communication among

18、 students, staff members and teachers, the system raised the method of substituting mannual curriculum arrangement by computers and designed a curriculum arrangement in laboratory via computer. The system designed a fuctional construction of curriculum arrangement in laboratory, through the research and analysis on the process of mannual curriculum arrangement. Based