實(shí)驗(yàn)室排課系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[圖表相關(guān)]

1、實(shí)驗(yàn)室排課系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作 者 計(jì)家瑞指導(dǎo)教師 趙會洋摘要 為提高實(shí)驗(yàn)室的資源利用率，減輕管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，方便學(xué)生、實(shí)驗(yàn)室管理人員與教師之間的交互和溝通，系統(tǒng)提出了用計(jì)算機(jī)代替手工排課的方法，設(shè)計(jì)了一個(gè)利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室排課的系統(tǒng)。通過對手工排課過程的調(diào)研與分析，設(shè)計(jì)出了實(shí)驗(yàn)室排課系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，給出并利用回溯算法實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室排課及課表的導(dǎo)出與打印等功能。實(shí)驗(yàn)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(dǎo)出與打??；自動(dòng)排課；回溯算法1. 引言自動(dòng)排課是在傳統(tǒng)人工排課經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，利用計(jì)算機(jī)模擬人腦來選擇合適的方案進(jìn)行排課。許昌學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)機(jī)房承擔(dān)著

2、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、軟件學(xué)院的教學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，由于近兩年來學(xué)院的辦學(xué)規(guī)模不斷擴(kuò)大，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也在逐步發(fā)展。高質(zhì)量的教學(xué)需要高效率的管理支持，隨著開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式的改革和學(xué)院辦公信息化項(xiàng)目的推廣，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室人工管理模式已經(jīng)不能滿足我們工作學(xué)習(xí)的需求，無法有效合理的提高實(shí)驗(yàn)室資源的利用率。實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)排課系統(tǒng)的實(shí)施，不僅可以提高計(jì)算機(jī)機(jī)房的管理水平、教學(xué)質(zhì)量，而且可以使實(shí)驗(yàn)室達(dá)到高效、有序、網(wǎng)絡(luò)化的管理。2. 系統(tǒng)需求分析排課是高等院校教學(xué)管理中一項(xiàng)重要而復(fù)雜的工作，自動(dòng)排課算法是一個(gè)NP完全問題，集成了時(shí)間、空間的雙重約束，從數(shù)學(xué)上來講，排課問題是一個(gè)在時(shí)間、教師、學(xué)生和教室四維空間，以

3、教學(xué)計(jì)劃和各種特殊要求（如指定時(shí)間、指定教室、排課等級）為制約條件的組合規(guī)劃問題，其實(shí)質(zhì)是解決各個(gè)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(xué)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(shí)間、只指定時(shí)間沒有指定教室、只指定教室沒有指定時(shí)間，最后對既沒有指定時(shí)間又沒有指定教室的課程進(jìn)行安排。（2）周五下午不能排課，排課時(shí)間為周一至周五，每天上午、下午各兩節(jié)課，共十八個(gè)上課時(shí)間段。（3）滿足周課時(shí)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(shè)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(dǎo)出到Word或者Excel。（7）可打印基本信息、教學(xué)計(jì)劃和課表信息。（8）設(shè)置一個(gè)簡易留言板，用戶可以進(jìn)行留言，管理員可以對留言板進(jìn)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(shí)驗(yàn)室排課系統(tǒng)的面向?qū)ο笫撬惺褂脤?shí)驗(yàn)室的教師、學(xué)生及實(shí)驗(yàn)室管理人員，因此要求系統(tǒng)應(yīng)該是使用方便、簡單且盡量適合不同層次、不同使用習(xí)慣的用戶使用。（2）系統(tǒng)操作上應(yīng)該簡單、方便、界面簡潔美觀。（3）系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上應(yīng)該具有很好的可擴(kuò)展性，以便于以后的進(jìn)一步開發(fā)和維護(hù)。2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)架是應(yīng)用系統(tǒng)研制成功的基石，整個(gè)系統(tǒng)

5、的操作都是圍繞著數(shù)據(jù)庫表進(jìn)行的，因而如何建立數(shù)據(jù)庫表，每個(gè)表應(yīng)具有哪些項(xiàng)目等，對節(jié)省存儲內(nèi)存、減少運(yùn)算量、簡化程序設(shè)計(jì)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(shè)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(xué)計(jì)劃表（plan2）、用戶信息表（userinfo）、留言信息表（liuyan）、時(shí)間表（t_info）、排課單元表（unit）。3. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)是一個(gè)基于WEB的實(shí)驗(yàn)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(xué)生主界面，登陸時(shí)系統(tǒng)會根據(jù)使用者角色的不同，系統(tǒng)會進(jìn)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(dòng)排課系統(tǒng)的運(yùn)行是在基本信息錄入完畢之后進(jìn)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(jìn)行正確的錄入及處理。進(jìn)入到自動(dòng)排課頁面，頁面首先會提醒用戶選擇要排課的學(xué)年和學(xué)期，選擇之后單擊確定進(jìn)行排課，單擊清除對已經(jīng)存在的排課信息進(jìn)行清除。自動(dòng)排課算法設(shè)計(jì)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(shè)有三級用戶：學(xué)生用戶、教師用戶和管理員用戶，登錄系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)將判斷用戶身份，根據(jù)用戶身份的不同進(jìn)

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(jìn)行查看、編輯、刪除、添加、導(dǎo)出和打印。另外作為實(shí)驗(yàn)室排課系統(tǒng)的最高級別用戶，其可以進(jìn)行自動(dòng)排課，并能對排課進(jìn)行清除。 （2）教師用戶：教師作為教學(xué)活動(dòng)的重要指導(dǎo)者和參與者，其可以對各信息進(jìn)行查看、編輯、刪除、添加、導(dǎo)出和打印。其主要特點(diǎn)是可以根據(jù)自身的需要指定教室，指定時(shí)間等，以提高排課的有效性。（3）學(xué)生用戶：學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的重要參與者，在該實(shí)驗(yàn)室排課系統(tǒng)中，學(xué)生用戶可以對相關(guān)部分信息進(jìn)行查看、導(dǎo)出和打印，但是對各信息無權(quán)修改或者刪除。學(xué)

8、生用戶擁有最低權(quán)限。4. 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)4.1 母版頁設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室排課系統(tǒng)是一個(gè)基于WEB的系統(tǒng)，名稱為LRS。母版頁可以極大地簡化為站點(diǎn)創(chuàng)建一致外觀的任務(wù)，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(hù)強(qiáng)度提供了有利的支持【2】。母版頁設(shè)計(jì)界面如圖3所示。圖3 母版頁設(shè)計(jì)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(shè)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(xué)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(shè)計(jì)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(xué)生用戶、教師用戶和系統(tǒng)管理員。用戶登錄時(shí)系統(tǒng)將判斷用戶身份，根據(jù)使用者的不同進(jìn)入不同的功能界面。登錄界面設(shè)計(jì)如圖4所示。圖4 登錄頁面設(shè)計(jì)4.3 管理員用戶功能設(shè)計(jì)管理員用戶作為實(shí)驗(yàn)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(xué)計(jì)劃管理模塊、自動(dòng)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(jìn)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(xué)計(jì)劃管理教學(xué)計(jì)劃是實(shí)驗(yàn)室排課的重要依據(jù)，管理員用戶可以對教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行查詢、添加和刪除。 (3)自動(dòng)排課自動(dòng)排課是實(shí)驗(yàn)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(xué)計(jì)劃等信息，對各課程進(jìn)行自動(dòng)排課，并生成排課單元unit表。管理員可以選擇要進(jìn)行排課的學(xué)年、學(xué)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(xué)年學(xué)期的課程安排則顯示提示信息，提醒用戶此學(xué)年學(xué)期的課程已經(jīng)安排過，否則進(jìn)行排課，成功后提

11、示用戶排課成功信息。當(dāng)基本信息發(fā)生更改后，管理員需要對課程進(jìn)行重新安排，此時(shí)單擊“清除”則可以對排課單元中已經(jīng)存在的各信息進(jìn)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(xué)計(jì)劃信息和各課表信息進(jìn)行的導(dǎo)出或打印等操作，其中導(dǎo)出包括導(dǎo)出到Word和Excel。教學(xué)計(jì)劃導(dǎo)出與打印頁面如圖7所示。圖7 教學(xué)計(jì)劃導(dǎo)出與打印頁面（6）留言板實(shí)驗(yàn)室作為教學(xué)活動(dòng)的一個(gè)特殊地點(diǎn)，對教學(xué)活動(dòng)的正常進(jìn)行起著不可或缺的作用，但實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常會遇見設(shè)備損壞或者由于用戶使用不當(dāng)而照成的軟

12、硬件不能正常運(yùn)行等問題，此類問題單靠管理人員發(fā)現(xiàn)后再維護(hù)耗時(shí)長且不便，因此在這里設(shè)立留言板的作用不僅僅是為了給用戶提供了一個(gè)交流平臺，更重要的是提供一個(gè)用戶將需求及設(shè)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(shí)驗(yàn)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(wù)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(jìn)行修改，并可以通過修改用戶的角色達(dá)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(gè)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(shè)計(jì)教師用戶可以對基本信息進(jìn)行修改、刪除或者添加，但是不能進(jìn)行自動(dòng)排課、管理用戶信息、教學(xué)計(jì)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(xué)計(jì)劃管理自動(dòng)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(biāo)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(xué)計(jì)劃管理模塊只能對教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行查詢，而不能對教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行添加或刪除。4.5 學(xué)生用戶功能設(shè)計(jì)學(xué)生用戶

14、在實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)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(xué)計(jì)劃信息進(jìn)行查看，但不能對其進(jìn)行添加、修改或刪除操作，與管理員用戶相比，學(xué)生用戶具有的權(quán)限功能如表2所示。表2 學(xué)生用戶與管理員用戶權(quán)限對比表基本信息管理教學(xué)計(jì)劃管理自動(dòng)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(xué)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(biāo)注的代表用戶沒有此模塊的任何權(quán)限，如學(xué)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(jìn)行添加、修改或刪除。5 系統(tǒng)總結(jié)本文通過對實(shí)驗(yàn)室排課問題的研究與分析，設(shè)計(jì)了一種基于B/S架構(gòu)的實(shí)驗(yàn)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(shí)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(hù)都能在網(wǎng)絡(luò)的任一地方進(jìn)行，不再受限于特定機(jī)器或地點(diǎn)。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(dòng)排課問題規(guī)模大、約束復(fù)雜等特點(diǎn)，本系統(tǒng)還有很多需要改進(jìn)的地方，如得到的課表的適應(yīng)度低且算法復(fù)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(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室的自動(dòng)排課功能，為實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)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(jìn)與實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)整上，從而提高系統(tǒng)的實(shí)用性。參考文獻(xiàn)1 段德亮，余健，張仁才等.C#課程設(shè)計(jì)案例精編M.北京：清華大學(xué)出版社，2008.132 王珊，薩師

16、煊.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論M.北京：高等教育出版社，2007.1173 李純蓮，劉玉寶.C#使用開發(fā)教程M.北京：北京交通大學(xué)出版社，2008.2202454 張泊平.現(xiàn)代軟件工程M.北京：北京交通大學(xué)出版社，2009.085 王小科，梁冰，呂雙等.C#開發(fā)典型模塊大全M.北京：人民郵電出版社，2009.27526 丁士鋒.C#實(shí)用開發(fā)詳解M.北京：電子工業(yè)出版社，2008.1531787 賽奎春.C#開發(fā)經(jīng)驗(yàn)技巧寶典M.北京：人民郵電出版社，2007.6028 鄭耀東.ASP.NET 2.0編程指南M.北京：人民郵電出版社，2007.139 陳國順，付衛(wèi)華.Net Framework類庫概述J.現(xiàn)代

17、情報(bào)，2003.23（12）：5810 劉瑞新.C#網(wǎng)絡(luò)編程及應(yīng)用M.北京：機(jī)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 on