排课系统的设计与实现

毕业论文

高校排课系统

目 录

第一章 引言 ..................................................................................................................................... 1

1.1 研究背景 ............................................................................................................................. 1

1.2 研究的目的和意义 ............................................................................................................. 1

1.3 本人的主要工作和贡献 ..................................................................................................... 2

1.4 论文结构 ............................................................................................................................. 3

第二章 高校排课系统的现状分析 ................................................................................................... 4

2.1 国内教学教务管理模式与体制 ......................................................................................... 4

2.1.1 教务管理模式 ......................................................................................................... 4

2.1.2 教育管理体制 ......................................................................................................... 7

2.2 高校排课系统概述 ............................................................................................................. 9

2.2.1 排课系统的发展历史 ............................................................................................. 9

2.2.2 排课系统的现状分析 ........................................................................................... 12

2.3 教务管理信息化建设 ....................................................................................................... 13

2.3.1 管理信息系统的开发方式 ................................................................................... 13

2.3.2 管理信息系统开发中常见的问题 ....................................................................... 14

第三章 院校两级排课系统需求分析 ............................................................................................. 17

3.1 排课系统业务描述 ........................................................................................................... 17

3.1.1排课业务流程 ........................................................................................................ 17

3.1.2排课原则 ................................................................................................................ 18

3.2 业务需求分析 ................................................................................................................... 21

3.2.1 教学资源管理 ....................................................................................................... 21

3.2.2 教室资源分配管理 ............................................................................................... 22

3.2.3 教学计划管理 ....................................................................................................... 22

3.2.4开课计划管理 ........................................................................................................ 22

3.2.5 设置排课标志管理 ............................................................................................... 23

3.2.6 校级排课管理 ....................................................................................................... 23

3.2.7 院级排课管理 ....................................................................................................... 23

3.2.8 课程表管理 ........................................................................................................... 24

3.2.9非排课时段分配管理 ............................................................................................ 24

3.2.10教室使用表管理 .................................................................................................. 24

3.3非功能需求 ........................................................................................................................ 24

3.4.1开放性和标准性原则 ............................................................................................ 24

3.4.2可操作性和易用性 ................................................................................................ 24

3.4.3灵活性和可扩展性 ................................................................................................ 25

第四章 校院两级排课系统的设计 ................................................................................................. 26

4.1 总体功能设计 ................................................................................................................... 26

4.2系统功能模块设计 ............................................................................................................ 26

4.2.1教学资源管理 ........................................................................................................ 26

4.2.2 教室资源分配管理 ............................................................................................... 31

4.2.3教学计划管理 ........................................................................................................ 31

4.2.4 开课计划管理 ....................................................................................................... 42

4.2.5 设置排课标志管理 ............................................................................................... 52

4.2.6 校级排课管理 ....................................................................................................... 53

4.2.7 院级排课系统 ....................................................................................................... 62

4.2.8课程表管理 ............................................................................................................ 63

4.2.9非排课时段分配管理 ............................................................................................ 67

4.2.10 教室使用表管理 ................................................................................................. 69

4.3 系统数据库设计 ............................................................................................................... 71

4.3.1 数据库概念设计 ................................................................................................... 71

4.3.2 主要数据表设计 ................................................................................................... 72

第五章 校院两级排课系统的实现 ................................................................................................. 73

5.1 系统实现的技术路线 ....................................................................................................... 73

5.2 应用示例 ........................................................................................................................... 74

5.3 系统应用情况 ................................................................................................................... 79

第六章 总结和展望 ......................................................................................................................... 80

参考文献 ........................................................................................................................................... 81

第一章 引言

1.1 研究背景

课程表是一个学校日常教学工作和其他各项活动的指挥调度表。它不仅是学生和教师上课的依据，对学校其他工作的统一安排也有直接影响。高校排课工作是执行教学计划、实现学校培养目标的重要一环，是学校教学教务管理工作中最基本而又非常重要的一项，它是学校建立稳定的教学秩序的最根本的保证，是学校贯彻教育方针、培养合格人才的具体体现，并对学生的学习效果和课堂的教学质量有直接的影响。它不仅可以从侧面反映出学校领导的办学思想，也能体现出学校教育教学管理的能力和水平。

云南大学教务管理系统是2002年由云南大学立项，云南大学教务处和云南大学信息技术研究所共同开发，2003年云南大学教务管理系统投入使用。云南大学教务系统实现了我校教务管理的信息化、规范化和科学化，并与我校已经实施的办公自动化系统紧密结合，为实现数字云大打下了基础。

之前的排课系统是云南大学教务管理系统中的非常重要的一个子系统，排课系统实现了计算机辅助排课功能，对全校所上报并通过审核的开课计划由教务处统一进行排课处理，并生成排课课表以供学生选课及教学之用。目前的排课系统还只能靠教务处的教务人员凭借多年的排课经验借助计算机实现半自动化手工手工完成，这一般需要花费大量的时间和精力，而且为满足教师的特殊要求，要对排好的课表进行调整，每学期初的调课换课也是教务科必须的额外工作负担。随着在校学生规模数量的增加、办学层次和类别的增多，教室资源和教师资源的紧缺，排课工作日益复杂，全校4个年级76个本科专业一个学期近2000个教学班的课程由教务处统一进行安排很难完成。

1.2 研究的目的和意义

教务管理系统是学校最为核心的信息系统，排课系统又是教务管理系统中非常重要的一个子系统。学校的日常教学管理工作均围绕着它展开。排课系统体现

了各学校不同于其它学校的个性化的特点，又将随着学校的人才培养模式的改革而变化。它不仅可以从侧面反映出学校领导的办学思想，也能体现出学校教育教学管理的能力和水平。

随着Internet和信息技术的发展，我国高校教育信息化建设成为信息化建设的前沿阵地和信息时代的弄潮先锋。在国家对高等教育大力发展政策的刺激下，高校教育事业得到了迅速发展，在新的教务管理模式和管理体制下，如何利用有限的资源，以最优化的形式满足教务管理的需要成为了目前急需要解决的重要课题。在新的形势下，云南大学加大了信息化建设工程的力度，希望通过教育信息化建设对转变教育思想和观念，促进教学改革，全面推进校院两级管理体制，加快教育发展和管理手段的现代化起到积极作用。我校教务排课系统是整个信息化建设工程中的一个重要组成部分。

为适应我校现阶段和将来的发展需要，我校新开发的校院两级排课系统具有在校园网络环境下实现的对排课工作进行计算机管理的集成系统，通过校园网由教务处安排全校公共课程，学院安排专业课程，建立起及时、准确、全面、丰富的校院两级排课平台，高效率地完成排课工作，最大限度地提高学生的学习效率，调动教师的教学积极，全面推进高质量、高水平、高效率的教务管理，促进教学改革，合理有效地使用学校的一切可利用的教学资源，为高效高质量的办学提供有效的管理手段。

通过建立一个以网络应用为基础、高性能、高可靠性、高安全性的云南大学排课系统，并将管理思想与计算机技术、网络技术有机结合，开发出真正符合现代教育管理理念与学习规律、更稳定、功能更强，服务更全面的校院两级排课系统，才能更好地为学生和教学服务，让教务管理人员真正的将精力花在提高教学教务管理质量上，而不是简单和繁重的日常事务处理上。

1.3 本人的主要工作和贡献

本人的主要工作，是在分析了现有管理模式和管理体制的特点下，结合云南大学采用学分制的教务管理模式和推行学院制建设的管理体制等实际教学特点，作为主要的业务人员，参与了系统的开发，提出了基于校园网的校院两级排课系统的详细的功能需求分析，对排课工作流程、排课原则进行了详细的分析和描述，

从业务的角度提出了校院两级排课系统的功能描述和应达到的目标，并从输入、输出、处理过程和涉及到的数据库表进行了设计，实现了符合我校实际教学特点的校院两级计算机辅助排课。

1.4 论文结构

第一章对云南大学校院两级排课系统的研究背景、研究的目的和意义做了详细的介绍。

第二章对教务管理的模式和体制进行了说明和比较，介绍了高校排课系统的发展历史和现状分析，同时对国内高校教务管理信息化建设中系统的开发方式和开发中常见的问题进行了分析。

第三章对排课系统的业务流程、功能需求、运行环境、非功能需求进行了深入分析，对该系统的功能进行了全面的了解。

第四章以功能需求为基础，对各项功能的实现进行了详细的分析和设计。

第五章通过实例展示，描述排课系统的实现情况。

第六章是对排课系统开发过程的总结和展望。

第二章 声音监控系统的设计与实现的现状分析

2.1 国内教学教务管理模式与体制

近年来，随着我国高等教育的快速发展，高校办学规模不断扩大，学分制逐步推行，教学资源日益紧缺，使教务管理部门任务越来越繁重，不仅增大了工作量，更增大了工作难度，管理稍不到位，便容易出现失误[1]。为了能减少管理幅度，提高管理效率，各高校也在逐步探索学院制建设，学院制的实施不仅可以减少管理幅度，提高管理效率，而日也可以促进学科的发展，合理利用学校的教育资源，培养社会急需的复合型人才。随着改革开放和中国教育与世界教育的接轨，高校实行学院制是我国高等教育发展历史的必然选择。

各高校已充分认识到，加强教学管理是稳定和提高教学质量的重要手段和保障，教务管理工作是学校教学管理工作的中心枢纽。因此，顺应高等教育事业发展需要，建立一个既科学、规范，又具有可操作性的教务管理系统是各高等学校教学教务工作追求的目标[2]。现阶段，各高校通常的做法是，结合自己的管理特点，或者通过商业公司采用“量身定制”的方法，或者是自主设计，采取边研究、边总结、边实施、边改进的方法，开展教务管理及手段信息化的研究, 并取得了良好的效果。

2.1.1 教务管理模式

我国高等教育体制学年制、学年学分制、学分制并存，这种现象是我国高等教育发展过程中的一个必然，体现了高等教育的发展道路。随着我国高等教育改革的深入和发展，全面学分制已成为诸多高校教育的一种选择。从学年制到学年学分制，再到学分制，既是教育体制的改革，也体现了教育观念的改变。

一、学年制

学年制是由学校按学科、专业制定教学计划，规定学生的修业年限，应修课程，检查学生在规定的年限内是否完成了规定的课程，并将是否通过相应的课程考试、毕业设计作为能否准予毕业和授予学位的评判标准的一种教育体制。

学年制的教育模式，以培养专业人才为目标。即每一种专业，都有一套具体的教学计划，按照这个教学计划组织教学。学生毕业后，即可成为那一行的专家。各个专业的教学计划中，所列课程都是必修的，基本上没有选修科目。

自上世纪50年代初，我国的高等教育基本上是采用前苏联的做法，实行的是

学年制的教育管理模式。随着国民经济的发展，特别是改革开放后，这种过于专业化的教学模式已不能满足市场经济的需求，同时专业分得过细、过窄，也不利于学科的发展。因此，跨学科的学习及交叉学科的学习成为必然，渐而形成了学年学分制。

二、学年学分制

学年学分制是学年制与学分制的一种调和，它在20世纪80年代产生，是计划经济向市场经济过渡的产物，基本上顺应了我国国民经济发展的要求。

学年学分制其本质上可以认为是计划学分制，即在教学计划编制及执行中按学时计算学分，将所有课程分为必修课、限选课、任选课、实践课等。对理论课程按16—20学时计1学分，对实践课则按1周计1学分，通过计算，在教学计划中规定学生修满多少学分才能拿到毕业证书，与这种学分制相应的学籍管理是以学年或学期作为结算时段规定学生降级、退学标准的。

学年学分制中的必修课、限选课、实践课，基本上满足了某一专业的要求，限选课、任选课的开设，部分适应了交叉学科的要求，尽管这样还远远不够，但也从某种程度上满足了市场经济对人才一专多能的需求。由于学年学分制是按固定学期开设的，学生自主选课的范围很小，灵活性不够，对调动学生学习的主动性、自觉性也不明显，其原因是学年学分制还是按计划进行学习的，学生必须按课表的安排在指定教室听指定老师的讲课，从而完成必修课、限选课的学习。由此可见学生没有足够的自主权和选择权，学习过程中仍处于被动地位，个性发展和创造力培养也受到了局限，但它比学年制还是要灵活一些，从其体制上还是部分满足了市场的需求，尽管存在不少缺陷，但它毕竟从严格的计划模式中走了出来。

三、学分制

学分制导源于德国洪堡创立的柏林大学。柏林大学自创立之日起就实行课程选修制，并且形成了与选修制相契合的教育教学思想与理论体系，从此，选修制成为一种在一定教育理论指导下较为成熟的教育制度。美国人引进选课制的直接后果就是催生了学分制，可以说，没有选课制就谈不上学分制。选课制蓬勃兴起遇到的问题是如何计算学生毕业取得学位所必须完成的学习量，于是学分制应运而生。学分制1872年产生于美国哈佛大学后，得到了逐步的推广完善。学分制首先在美国产生并得以推广，是与美国包括市场经济、多元政治、教育地方自治等体制在内的国情分不开的。美国人信奉通才教育思想，强调发扬个性，倡导“个人本位”思想。

美国高等学校中所实行的是完全学分制，它只强调毕业所需的最低学分数，不明确规定修学年限。这种学分制的教学计划弹性较大，学生可以根据自己的能

力与兴趣安排个人的修学计划，还允许随时改变专业，有一个很大的选择空间。我国正式推行学分制的标志是1918年蔡元培在北京大学实行的“选科制”。1952年以前，在我国高等学校中普遍实行的是学分制管理。后来，随着计划经济4体制的运行，高等教育实行院系调整，开始实行学年制教学管理。直到1985年，《中共中央关于教育体制改革的决定》颁布以后，我国清华大学、北京大学、上海交通大学、浙江大学等学校才又开始推行学分制。教育部于1999-2000年提出了实现大学教育学分制的要求，这要求我国高校更改教学的核心制度，特别是体现教学制度的核心部分的教务管理，把学年制改为学分制。这是教学管理模式的改革，也是一项系统工程。云南大学从1999年也开始逐步采用学分制管理模式。

（一） 学分制的特征与内涵

1、学分制具有广泛的选择性

选课制是学分制的核心，学分制是建立在广泛的选课制基础上的，它承认学生的个别差异性，尊重学生的个性发展，强调学生的独立性和自主性，学生可以根据自己的基础、兴趣和特长在导师的指导下安排自己的学习进程，自主选择学习时间、年限、课程和任课教师，并允许学生主动、灵活地修读课程，以求得最佳学习效果，实现个体的需要，这样既可以调动学生学习的主动性和积极性，使学生主体作用得到充分地发挥，同时也有利于因材施教，为优秀学生脱颖而出创造条件。[3]

2、学分制具有较强的适应性

学分制采用的是模块结构的课程结构模式，学生选课时可以根据社会变化及市场经济发展的要求，选择自己的发展方向，以增强自身的适应性。

3、学分制有助于学科的交叉发展以及师资结构的调整

现在高校所设专业较细。实行学分制，学生可以在一定范围内任意选课，这样就打破了几十年来不变的专业设置，学校只能按专业大类来办学，拓宽了专业面，有助于学科的交叉发展，同时也为学生开拓了一条更加宽广的出路。从师资力量来看，我们现有的一些专业属长线专业，尽管师资力量雄厚，但学生并不多，这对一个大学而言，师资力量的配比显然不够合理，但是基于专业的局限，学校难以硬行调整，而学分制则可以引导教师自行调整所教课程，以吸引更多的学生来上课，这对教师本身业务素质的提高也有较大的促进作用，可以说，学分制自主调整了师资力量的配比。

4、学分制营造了较大的竞争氛围。

学分制通过选课制、选教制及选优制的实施，把竞争机制引进到教学中来，一方面可以激发教师不断更新教学内容，改进教学方法，把自身的知识水平，学术水平和教学水平最大限度发挥出来；另一方面，学分制也给学生带来了很大压

力和动力，学生要想顺利完成学业，就要尽可能使成绩最优。因此，无论是对教师还是学生，学分制都会使其自觉参与竞争，从而达到全面提高教学质量的目的。

（二） 学分制的优点

学分制与学年制、学年学分制相比，学分制顺应了社会发展和科技发展对人才培养的要求，正视了培养对象之间存在的差异，在此基础上，学分制表现出了相应的灵活性。实施学分制有以下几方面的优点。

1、有利于优化知识结构。学分制以开设大量选修课为前提，学生可以根据社会就业和个人发展需要进行专业学习，构建自己的知识体系，组成最优化的知识结构。

2、有利于因材施教，发展学生个性，培养各类型的人才。实施学分制后，可以充分发挥学生主体的能动作用，调动其积极性。对学有余力的学生可以充分发挥其聪明才智，多选修一些课程，以便突出其专长；对基础欠佳的学生，可以从实际出发，安排自己的学习计划及发展方向。

3、有利于充分利用学校的教育资源。实行学分制后，广大学生可以自由选课，教师可以利用学校的仪器设备等资源开设一些本专业外的特长课，这样有助于充分发挥教师的主动性、积极性，使学校的教育资源得到充分利用，从而发挥学校的综合优势。

4、有利于教学质量的提高，实施学分制后，学生可以自主选课、选教师，这对教师也是一种无形的压力，它可以促使教师不断地改进教学内容、教学方法、教学手段，从而提高教学质量。[4]

2.1.2 教育管理体制

我国高等教育体制改革经历了三个重要阶段，即从1985年《中共中央关于教育体制改革的决定》到1992年的酝酿阶段;从1992年到1997年的“十五大”召开的探索阶段;从1998年扬州会议后到现在的全面推进阶段[5]。在第一阶段中，大连理工大学(1984年)中国人民大学(1985)、华中理工大学 (1985)、青岛海洋大学(1988)等高校开始尝试实施学院制;第二个阶段中，中国人民大学、华中理工大学、清华大学、浙江大学、东南大学、南京大学、武汉大学、山东大学、吉林大学、厦门大学等高校也分别相继实施了学院制[6]。当前高等教育体制改革已进入全面推进阶段，高校内部管理体制改革也进入第三个高潮。到目前为止，中国几乎所有的大学都在内部管理体制改革的过程中进行了学院制改革。

一、 学院制的定义

学院制就是以学院为中心的大学校内管理体制，即学院在学校总的目标及原则指导下，拥有足够的与它担负的责任、任务相一致的权力，与担负责任及任务相适宜的权益，真正成为充满话力的办学实体，[7]是大学进行人才培养、推进学术发展和开展科技开发以及行政管理等过程中所采取的以学院为单位的一种组织形态(结构)及其运行规则。[8]

二、 学院制的内涵

从学院的职能角度看:现代大学的社会职能是人才培养、科研研究和社会服务，学院制下的学院作为大学三大社会职能的主要承担者和实践者，它理所当然地应成为组织开展人才培养、科学研究和社会服务的实体，同时具有配套的行政管理职能，而不应成为纯粹被动且自主权有限的机构。因此，学院制的构建应充分考虑到学院的职能。是否能充分发挥学院职能，是否有利于人才培养、科学研究和社会服务的开展便是衡量学院制的成功与否的重要标志之一。[9]

从学院性质来看:大学内部有行政权力和学术权力。大学中行使行政权力主体主要是指行政机构和行政人员，行政人员的权力主要表现为校长的权力、处长的权力及科长的权力等，行政权利的实施遵循下级服从上级、少数服从多数的原则，带有强制性，行政组织行使行政权力，关心的是人财物的配置和调遣，关心的是单位数量化绩效指标;学术权力的主体主要是从事教学和科研的学术人员，学术权力的客体是学术事务、学术活动和学术关系，学术权力的实施往往借助同行评议，通过学术感召力或权威魅力施加影响，学术组织行使学术权力，更关心知识动作的质量和学术声誉。[10]行政权力和学术权力的运作、行使以及相互作用产生了大学内部的合作、摩擦、协调和冲突。因此，如何解决行政权力和学术权力的关系问题，将影响大学的工作运行情况，从而影响到大学的办学质量和水平。学院制下的学院既是学校的行政管理机构，也是学术系统的基层组织，因此正确处理行政权力和学术权力的关系问题是学院制的内涵之一。

从行政管理的角度看:综合性大学拥有多个学科、多层次学生，并且规模都十分庞大，在这样的一个管理体系中实现学院制，通过组建学院、减小学校的管理幅度，使学院成为学校管理中心，在人事、经济、教学、科研等方面具有相当的自主权，充分调动学院的办学积极性、主动性和创造性，提高管理效益，促进学校事业的发展。[11]但同时，学院制的实行绝不是把大学变成以学院为新的利益

分割主体、相互隔离的完全松散型组织，否则将人为地造成大学中知识体系内部的分裂，影响学术的发展，也不利于学校资源的合理配置和有效利用。因此，实行学院制应实现集权与分权的有机统一。

三、学院制建设的优势

我国高校学院制建设有利于促进学科发展、提高教学科研的整体实力水平、充分利用教育资源、增强学校社会服务功能的原则，以学科建设为龙头进行校、院管理体制改革；[12]根据学校的办学特点和实际情况，明确校、院的管理职能，降低管理中心，调整管理跨度，规范管理行为，激发各级组织的活力；通过理顺校内管理组织的关系，形成科学决策、规范管理、有效监督的机制，提高学校教学科研组织的规模效益和整体管理水平。

2.2 高校排课系统概述

高校排课系统是高校教务管理系统中非常重要的一个子系统，它是学校教学教务管理工作中最基本而又非常重要的一项，它是学校建立稳定的教学秩序的最根本的保证，是学校贯彻教育方针、培养合格人才的具体体现，并对学生的学习效果和课堂的教学质量有直接的影响。它不仅可以从侧面反映出学校领导的办学思想，也能体现出学校教育教学管理的能力和水平。

2.2.1 排课系统的发展历史

国外从20世纪50年代末就对排课问题开展了研究。1963年Gotlieb对课程表问题做了形式化描述，提出了排课问题的数学模型。但由于在实践中遇到的困难，人们对排课问题的了解是否存在产生了疑问。1976年SEven和Cooper等人证明了排

[13]课问题是NP完全类问题，这就从理论的角度回答了排课实践中遇到困难的原因，

正式确立了排课问题的学术地位，把人们对课表编排复杂性的认识提高到了理论的高度。现代计算机尚未找到解决NP完全类问题的多项式算法，所以此后这一问题的研究大多离开理论研讨的轨道而转向经验方式，这使80年代的许多排课系统缺乏普适性。自Gotlieb提出排课问题数学模型之后，人们又对排课问题的算法作了许多探索，但由于排课问题是NP完全类问题，并且易受实际问题边界的影响，大多数求解结果都不理想。Ferland等人和吴金荣把排课问题化成整数规划来解

决，但计算量很大，而且仅仅适用于规模很小的课表编排，对于大规模复杂的排课情况，至今没有一个切实可行的算法。何永太和胡顺仁等人试图用图论中的染色问题来求解排课问题，可惜图的染色问题本身也是NP完全类问题。由于问题的复杂性，研究者探索利用启发式函数来解决排课问题，[16]通过模拟手工排课过程来实现计算机排课。由于实际的排课问题存在各种各样的限制条件与特殊要求，对这些因素处理的好坏就显得尤为重要。进入20世纪90年代后，国外对排课问题的研究仍然非常活跃。如印度Vastapur大学管理学院的Arabinda Tripathy、加拿大Montreal大学的JeanAubin和JacquesA. Ferland以及Charles Fleutent等}`'' o ArabindaTripathy的工作是以“人”为单位进行课表编排的。他运用拉格朗日松弛法和分支定界技术求解，这种方法的缺点是为了减少变量的个数，人为造成了科目间的冲突。A. Tripathy还研究了研究生课表编排问题，采用多重课组的方法来处理冲突，即根据学生选课的矛盾情况，将人数多的课程在一星期内开多次。JacquesA.Ferland等人则把排课问题分成两个子问题，时间表问题和分组问题。在时间表问题中，根据学生注册情况、教师和教室的可利用情况形成一个主时间表。对于选课人数较多的大课，一个星期要分成几个时间段来上，分组问题就是将学生分给各时间段。两个问题相互关联，通过惩罚因子来构造启发式函数。他们研制的SAPHIR课程调度决策支持系统分为数据处理、自动优化、交互优化等几个模块。该系统解决矛盾的主要方法也是采用多重课组。这与西方的教学管理体制是不可分的。另外一批学者还将模拟退火法应用到排课问题的研究中。[17]模拟退火法(Simulated Annealing)由Kirkpatrick等人1983年首先提出，[18]是人们从自然界固体退火过程中得到启发并从中抽象出来的一种随机优化算法。模拟退火法用于求解优化问题的出发点是基于物理中固体物质的退火过程与一般优化问题间的钥似性。在对固体物质进行退火处理时，先将它加温使其粒子可自由运动，以后随着温度的逐渐下降，粒子逐渐形成低能态晶格。若在凝结点附近的温度下降速率足够慢，则固体物质一定会形成最低能量的基态。优化问题也存在类似过程。模拟退火法被用来解决许多实际应用中的优化问题，取得了不错的效果，但用其解决排课问题，现在还处在模型实验阶段，还有许多问题要解决。

国内对排课问题的研究开始于80年代初期，所用方法包括模拟手工排课的人工智能、专家系统等方法。基于时间位图迭加匹配的算法定义了教学过程中的时

间位图、课时模式和时间匹配等概念，将排课问题转化为基于时间位图迭加匹配的课时模式查找问题，给出了相应的抽象具体排课过程，并对于排课过程中可能出现的冲突，探讨了三种回溯消除冲突方式。[19]基于优先级自动排课算法用了运筹学中分层规划的思想，把排课问题在数学上看作为一个时间、教师、学生和教室四维空间，以教学计划和各种特殊要求为约束条件的组合规划问题，采用了化整为零的思想并且提出了优先级的概念，有效地抽象了实际排课问题，缩小了求

[20]解问题的空间。基于专家系统的求解算法专家系统知识引入排课问题的求解中，

有效组织排课过程中的知识，使各种排课逻辑从程序中解放出来，能够便于各种排课经验的累计，使排课结果更加符合实际情况。

更多算法己经提出，它们都是一定程度上启发搜索求解方法，虽然有一定的借鉴意义，但它们存在以下几点不足之处:

(1)对于启发式搜索技术来说，搜索过程的启发信息依赖于实际情况，排课问题的求解只能针对个别的实际问题，不能形成一种通用的有效排课方法。

(2)引入专家系统技术的排课方法，虽然可以有效地组织排课规则和知识，但由于排课过程中各要素关联规则难以提取，并且实际求解效果也不理想。

(3)没有引入目标优化技术，课表的优劣判定的论述很少，只能在问题的某个方向进行搜索，不可能达到多个目标同时优化。

随着人工智能的发展，特别是在计算智能领域的拓展，借鉴于生物界进化思想和遗传机制的遗传算法，由于其超群的并行搜索能力，以及在解决优化问题中表现出来的高度鲁棒性，己经被广泛应用于各个领域。作为一种随机的优化与搜索方法，遗传算法有两个主要特性:[21]

(1)智能性。遗传算法在确定了编码方案、适应值函数及遗传算子以后，算法将利用演化过程中获得的信息自行组织搜索。适应值大的个体具有较高生存概率，它是具有“潜在学习能力”的自适应搜索技术。

(2)并行性。由于遗传算法采用种群的方式组织搜索，从而可以同时搜索解空间内的多个区域，并相互交流信息，这种搜索方式使得它虽每次只执行与种群规模成比例的计算，而实质上，据Goldberg DE推算已进行了大约。O(N)3次有效搜索。这使得遗传算法能以较少的计算获得较大的收益。

正是由于遗传算法的这两个特性，使得遗传算法迅速被应用于求解组合优化

的排课问题。Chen P C和Beasley对一般的排课问题使用了遗传算法进行求解，他们着重于遗传算法的全局最优解的搜索能力，避免了问题的局部最优解。日本的Sigeru用具有控制约束的遗传算法来解决大学排课问题，提高了遗传算法的搜索效率。姚新使用遗传算法优化了教师的合理利用，解决了在教室较少的情况下，如何对教室的利用进行合理的分配。[22]针对高中课程的特点，意大利的Corlorni等人使用遗传算法解决了排课问题。张春梅等人对大学课程进行分类，并对不同的课程使用具有自适应能力的遗传算法进行了安排。[23]他们针对自身所描述的排课问题进行求解，虽然在一定程度上取得了喜人的成果，但综合考虑其求解情况，仍有以下几点不足:

(1)求解问题的边界定义。由于各自的研究背景不同，他们考虑的往往是排课一般情况，有些甚至是理想状态的排课，对一于排课中更多的约束条件未予以考虑，而且问题的求解规模普遍偏小，使得实用程度较低，很难在学校中展开使用。

(2)问题的编码。一种较好的遗传算法的编码方式，不仅能够反映空间完备并无歧义的遗传信息，而且操作尽量简单，从而可以快速进行遗传操作和适应值的评定，继而影响算法整体的收敛时间。在以往的研究中，他们编码虽然通俗易懂，但不能很好地反映针对更多实际情况的遗传信息，而且操作很不方便。

(3)求解的目标。以往的应用中，采用惩罚函数居多，处理的都是单目标问题，即使有多个目标，往往也线性聚合成一个目标进行处理。这在多目标优化理论中，往往求解所得的是一个非劣解，而忽略了一组非劣解。

2.2.2 排课系统的现状分析

课程表是地方高校开展教学活动的指令性文件。在地方高校的传统排课方式下，课表编排主要是靠手工完成的，排课人员需要花费大量的时间和精力，并且容易出错，同时手工操作也不能满足资源需求的经常变化。

当前地方高校普遍利用计算机进行自动排课，不但能使教务人员从繁杂的排课任务中解脱出来，提高教务管理工作效率，而且能改善教学管理质量，合理、高效地利用有限的教学资源，使学校的各种教学活动、教学管理及其它相关的工作能够有序、规范地进行，维持正常的教学秩序，同时对推动教务管理的信息、

化起到非常重要的作用。由此出现了众多的计算机排课软件。

但是当前地方高校再采用计算机进行排课过程中，大多采用传统方法进行程序设计，把程序作为系统核心。系统中所使用的排课数据主要考虑了一般性排课原则，而对于不同学校的特点考虑不足，特别是学生层次的关注度不够。并且数据与程序结合过于紧密，程序的修改维护有很大难度，不便于系统扩充和升级，因此限制了系统的通用性。而且在发生特殊情形下，只能依赖于人工调整，虽然有很多地方高校先后购买过多个排课软件，但都不能圆满地解决课表编排的问题，造成了大量的浪费。同时课表编排问题涉及教师、教室、学生、课程及教学时间等多种因素的组合规划，具有规模大、约束条件复杂以及不断变化等特点，根据上文的分析，缺乏人性化，没有对学校内的学生进行考虑是问题存在的原因。

2.3 教务管理信息化建设

2.3.1 管理信息系统的开发方式

管理信息系统的开发主要有独立开发、委托开发、合作开发、购买现成软件4种方式。这4种方式各有优点和不足，需要根据使用单位的技术力量、资金情况、外部环境等各种因素进行综合考虑。不论哪种开发方式都需要有单位的领导和业务人员参加，并在系统的整个开发过程中培养、锻炼、壮大该系统的维护队伍。

1、独立开发

独立开发适合于有较强的技术开发团队，如大学、研究所、计算机公司等单位。独立开发的优点是开发费用少，实现后的系统能够适应本单位的需求且满意度较高，最为方便的是系统维护工作。缺点是由于不一定是专业开发队伍，容易受业务工作的限制，系统优化不够，开发水平较低，且由于开发人员是临时从所属各单位抽调出来进行管理信息系统的开发工作，这些人员在其原部门还有其他工作，所以精力有限，容易造成系统开发时间长，开发人员调动后，系统维护工作没有保证的情况。因此，一方面需要大力加强领导，实行"一把手"原则，另一方面可向专业开发人士或公司进行咨询，或聘请他们作为开发顾问。

2、委托开发

委托开发适合于无软件技术人员的单位。双方应签订管理信息系统开发项目协议，明确新系统的目标和功能、开发时间与费用、系统标准与验收方式、人员