学生排课系统分析与设计

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。

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排课系统分析

2.1 排课系统业务描述

排课是每个学期都必须面临的一件繁重的日常教务工作，是为下学期教学工作能顺利组织实施的一个前提条件。排课管理是高校每个学期教学教务管理工作的一个主要内容，是整个综合教学教务管理系统中必不可少的部分。排课也是一项复杂而精细的工作，需要考虑的因素很多，涉及到方方面面，归纳起来主要有五方面相互作用、相互关联的因素，即课程、教师、时间、班级以及教室。如何把各要素科学、规范、高效地进行优化组合，以保证教学秩序的稳定，促进教学质量的提高，这是每所高校都面临的课题。本论文以昆明理工大学排课为背景，对校院两级排课进行设计。

2.2排课业务流程

学院先制定各个专业的教学计划，根据教学计划的要求、实际招生人数、教师资源情况等，上报每学期要开设的课程，教务处审核学院上报的开课计划，审核通过后，根据学院上报的开课计划，将教室资源进行分配到各学院或者作为公用教室，由教务处对公共课程（包括公共英语、马列课、公共体育、计算机基础、高等数学等）进行分组分班处理，并对各公共课程教学班安排时间和教室，然后对各个专业的开课计划设置开始排课标志，由各学院在分配到各学院使用的教室资源中安排本学院专业课的上课时间和教室。其业务流程如下图所示：

2.3 排课原则

课程、时间、教师、班级、教室是排课的五大基本要素，排课实际上是对这五个组成要素进行优化组合，使之符合教育、教学规律，符合学生身心发展。编排者必须对这五要素的信息有较全面的了解：（1）课程包括课程名称、课程性质（如：学科基础课、专业必修课、专业选修课、公共必修课、通识教育课、实验课、实践课等）、总学时、理论学时、实验（实践）学时、周学时以及课程的授课方式（如：多媒体教学、普通教学、双语教学等）。

（2）时间包括每个学期的教学周数、每周上课的天数、每天上课的节次等。

（3）教师包校内教师和外聘教师，公共课和专业课教师，教师的所在院系、职称、学历、进修情况等。

（4）班级：所在院系、年级、专业、班级人数。

（5）各校区教室的楼房信息，如：所在校区、门牌号、所在楼层、教室容量、教室类型、所属部分情况。

3排课系统管理

图2-1 排课业务流程图

根据排课工作流程和排课原则，排课系统应具备教学资源管理、教室资源分配管理、教学计划管理、开课计划管理、设置排课标志管理、校级排课管理、院级排课管理、课程表管理、非排课时段分配管理、教室使用表管理等功能。

3.1 教学资源管理

所谓教学资源管理就是从人力、物力两个方面入手对其相关信息进行规范化、统一化、系统化管理以保证教学工作得以顺利开展。其系统设计目标是：

(1)、通过教室资源管理模块对全校所能提供的教学场所进行管理，包括对校区、教学楼、普通教室、实验室、多媒体教室、体育场等教学资源信息进行管理；

(2)、提供教室资源的各种查询统计报表以满足不同管理人员对教室资源的利用； (3)、提供教室使用单位的分配功能，以保证对一些特殊用途教室的预先分配与预留；

(4)、通过对教室资源的管理，保证每个学期排课所用教室的信息准确；

(5)、通过教师资源管理模块对全校（主要是教学人员）教师的信息进行统一管理，其数据主要由人事部门提供的本校教师以及各个学院聘请的外聘教师组成；

(6)、通过教师资源管理模块管理开课教师信息，为每个学期的开课以及教师安排提供一个准确的教师资源库；

(7)、为教学管理提供教师信息的各种统计查询功能。

3.2教室资源分配管理

对每个学期用于教学之用的教室、实验室等教室分配到各学院或者作为公用教室，在每个学期进行排课或者非排课时段教室分配之前，必修首先对该学期的教室资源进行分配，只能使用已经分配过的教室资源在当前学期进行时段安排。

3.3 教学计划管理

所谓教学计划管理就是从专业设置、教学计划框架、课程设置、教学计划要求、毕业条件几个方面入手对其相关信息进行规范化、统一化、系统化管理以保证教学工作得以顺利开展。其系统设计目标是：

(1)、通过院系专业维护模块对全校所开设专业的专业信息进行管理，包括对专业的类别、开设学院、学制、所授学位等信息进行管理，为整个综合教学教务管理系统提供统一的专业基础信息；

(2)、通过教学计划管理模块为专业教学计划所涉及的各种信息提供整体管理方案，包括创建和维护教学计划的各种信息体（如课程设置、毕业学分要求、课程修读模式、培养目标等）；

(3)、提供教学计划的整体复制功能（即在创建新的教学计划时允许全部继承某一份已有教学计划数据）；

(4)、提供教学计划调整功能，以调整教学计划的执行年份以及控制课程有效性； (5)、为教学计划的管理提供一个“校—院”两级管理模式的操作机制，允许校级用户控制院级用户对本学院所设专业的教学计划进行管理的权限；

(6)、为院级用户提供方便的上报课程教学大纲的用户界面；

(7)、为教学计划数据的使用提供各种方便的统计查询以及数据转出功能。

3.4开课计划管理

所谓开课计划管理就是以教学计划课程库为源头，结合各个学院师资力量以及上课学生情况，上报每个学期各个专业年级学生的开课计划课程表，以提供排课系统所需要的原始开课教学班。其系统设计目标是：

(1)通过学期信息管理模块设置每个学期的学期信息，包括学期时间范围、该学期允许的最大排课时段、该学期考试安排时间等信息的管理；同时，通过设置开课学期为全校上课开课计划提供统一控制；另外，通过设置一个当前学期来初始化教务系统中各个模块的学期信息；

(2)通过专业课开课计划管理模块为全校各个学院提供统一的、方便的开课计划编辑环境；

(3)通过素质课开课计划管理模块为各个学院自己开设本学院的素质课提供统一的操作平台；

(4)提供以专业年级为单位的开课计划整体上报机制，以方便开课计划以及课程表的管理；

(5)为开课计划的管理提供一个“校—院”两级管理模式的操作机制，允许校级用户控制院级用户对本学院所开设的课程计划进行管理的权限，使用用户所在部门来划分各个用户的数据处理范围；对于教学处有权限的用户可以管理全校的开课计划，而各个学院的用户只能管理本学院的开课计划；但都使用统一的操作界面；

(6)为院级用户提供方便的上报开课计划的用户界面，同时为以专业年级为单位的开课计划的审核上报提供便捷的操作方式；

(7)提供开课计划相关的各种信息的查询统计功能。

3.5 设置排课标志管理

主要包括“学院开始排课”、“学院排课结束”标志。对各专业已经审核通过的专业课开课计划成批地设置“学院开始排课”标志和各专业具体某一门公共课程（包括公共英语课、马列课、计算机、公共体育、高数课）单独设置“开始排课”标志，设置后，学院将不能修改开课计划，授课学院（部门）可以安排本学院（部门）所授课程（包括专业课、公共必修课、素质选修课）的上课时间和教室，教务处可以安排所有课程的上课时间和教室。设置“学院排课结束”标志后，学院将不能修改已安排的上课时间和教室。教务处可以修改上课时间和教室。

3.6校级排课管理

可对公共课程（包括公共英语课、马列课、计算机、公共体育、高等数学等）进行分组分班处理，并参照上学期的排课情况安排上课时间和教室，也可自动完成排课，可安排、调整全校所有课程的上课时间和教室。

3.7院级排课管理

各学院可对设置“学院开始排课”标志的专业课程，在已分配到的教室资源中进行安排上课时间和教室。有两种安排方式，一是先安排时间，系统根据教学班的教学方式、预计开课人数来查询相对应类型和容量的教室进行安排；二是先根据相应类型和容量教室的空闲时段来安排课程。

3.8 课程表管理

通过课程表管理模块来生成、查询、打印、导出全校各个专业年级的规范的课程表。

4.排课系统设计

4.1 总体功能设计

在排课系统的设计过程中，充分考虑了整个高校教学教务管理工作的连贯性，以及各块业务之间操作上具有相对独立的特点，同时采用“自顶向下”的分析方法和模块化设计方法，对整个教务系统进行业务分析和设计，以确保系统中各个业务模块的相互协调和各自操作上的独立。

如图4-1所示，在排课系统的设计过程中，将系统划分为比较独立的10个功能模块进行相应的设计和开发

4.2系统功能模块设计 4.2.1教学资源管理

教学资源是组织教学工作的必不可少的软、硬件资源。在高校，大量的课程都是通过上课教师在特定教室组织的。鉴于此，在本综合教学教务管理系统中将用于组织学生进行教学活动的场所（教室、实验室、体育场）以及组织教学的教师作为教务活动中的教学资源，纳入整个综合教学教务管理系统进行统一管理。

4.2.1.1教室资源管理

教室资源分校区、教学楼、教室三级管理。本模块负责校区、教学楼、教室资源的添加、删除、修改等功能。能够对教室资源实现树形层次管理，不同的教室资源分布在不同的树节点层次。可以维护各层次教室资源的属性。其逻辑设计思想如图4-2所示。

4.2.1.2教师资源管理

本模块采用树状结构的方式按部门对教师进行管理，用户可针对所属部门的老师进行增加、修改、删除，同时提供相应的信息统计功能。从人事部门导入历史数据，同时提供手动增加方式，导入的数据项有：教师编号、教师姓名、教师类型（本校，外聘）、性别代码、所在（所聘）学院代码、所在单位（其它具体单位）、出生日期、职务代码、民族代码、学位等级代码、学历代码、职称代码、普通话等级代码、获得教师资格证日期、通讯地址、邮政编码、联系电话、电子邮箱地址、教师简介、照片、备注、教师密码，然后从人事部门获得教师基本信息。之后系统会自动提取全校所有部门及所属部门的教师的信息，并以树状结构显示。其逻辑设计思想如图4-4所示。根据逻辑设计思想绘制教师资源管理业务数据流程图如图4-5

所示。

4.2.2 教室资源分配管理

对每学期要使用的教室预分配到各学院或者作为公用教室。由教务科从Web页面进行选择输入数据项的教室代码、教室名称、使用单位、管理单位，教室资源使用单位和管理单位属性，将修改数据直接提交到数据库中。提取数据直接填充属性列表。提取全部教室，按指定顺序排序进行使用单位和管理单位的属性修改。校验数据是否真正修改，可以撤消修改。

4.2.3教学计划管理

教学计划作为人才培养目标的体现，规范着学科的知识结构、专业课程设置以及获得本专业学位所必须达到的毕业条件。它是实现各专业培养目标的总设计图，是组织实施管理教学工作的起点和基础，也是检验教学管理工作，保证教学质量的基本依据。教学计划管理是高校教学管理工作的主要内容，是整个综合教学教务管理系统中必不可少的部分，是保障开课计划管理系统、排课管理等系统得以顺利实施的基础。

教学计划管理分为院系专业维护、新建教学计划、培养目标管理、毕业学分管理、课程库管理、修读模式管理、教学大纲上报、教学计划调整等8个子功能模块。教学计划管理业务数据流程如图4-6所示：

4.2.3.1院系专业维护

该模块主要用于维护学院、专业、系所基本信息以及在学校内部进行相应的机构调整。如将一个专业从一个学院调整到另外一个学院，同时将该专业所对应的教学计划以及学生一起调整到另外一个学院。

4.2.3.2新建教学计划

该模块用于新建一份教学计划管理目录或者继承一份旧教学计划的所有信息并生成一份新的教学计划。它主要用来形成一份教学计划的控制属性，用户手工输入教学计划所属专业、教学计划执行起始年份、教学计划执行结束年份、教学计划登记日期、或者是一份旧的教学计划代码（主要是用于继承旧教学计划的内容生成新的教学计划），

图4-6 教学计划管理业务数据流程图

然后得到一份新教学计划总表,或者从已存在的教学计划继承的一份完整的教学计划（包括教学计划总表，教学计划培养目标，教学计划学分要求，教学计划课程，教学计划课程修读模式）。

4.2.3.3培养目标管理

该模块用于管理教学计划中各种修读模式的培养目标信息。在本系统中培养目标信息定义为一个不超过2000字的大文本，该模块主要用于维护教学计划培养目标表。用户手工输入教学计划代码、修读模式、具体培养目标信息，得出教学计划培养目标表。

4.2.3.4毕业学分管理

该模块主要用于管理具体某份教学计划的各种学分下限要求，其目的是为该专业的学生毕业时进行已修学分审核提供审核条件。在本系统中采用下限控制方式来设置毕业应取得学分的要求，如总学分下限为162分表示毕业时必须至少修满162学分才达到总学分这一毕业条件；同时还需满足各种模块学分的下限要求，如全校公共必修必须达到44分等。由用户手工输入教学计划代码、修读模式、对应总学分下限、课程性质、课程类型、对应的学分下限，就会显示出教学计划修读模式总学分表和教学计划修读模式模块学分表。

4.2.3.5课程库管理

该模块是教学计划管理系统中的一个比较重要的基础模块，它管理着教学计划的整个课程信息，为正常的教学工作提供了一个比较规范的课程库。每个学期所开设的课程必修来自各份教学计划的课程库中，

也就是说该模块所管理的课程信息是开课管理、排课管理、选课管理、以及成绩管理模块的信息源头。该模块主要用于实现对课程信息的管理，包括增加课程、修改课程信息、删除课程、以及生成教学计划课程报表等功能。由计算机自动编码与用户手工输入教学计划代码、课程代码、课程名称、课程性质、课程类型、授课部门、总学分、总学时、周学时、开课学期、课程简介、教学大纲、教材及参考书，输出教学计划课程表，教学大纲文件（使用文件方式将课程的教学大纲统一存储到数据服务器上）

4.2.3.6修读模式管理

该模块主要用于管理课程的修读模式关系，在本系统中由于学生的修学有主修、辅修模式，对应各种修读模式，因此必须对教学计划课程也进行相应修读模式的划分。用户手工选择教学计划代码、课程代码、修读模式，得出教学计划课程修读模式表。

4.2.3.7教学大纲上报

该模块的功能主要实现学院级用户修改本学院教学计划课程的教学大纲信息。所上报的教学大纲主要用于帮助教务各种业务相关人员了解课程的大纲要求以及学生可以从网上提前了解所学课程的教学要求。采用用户手工输入或者文件内容拷贝方式输入教学计划大纲信息，输出教学计划课程大纲文件。

4.2.3.8教学计划调整

教学计划调整功能主要用于控制教学计划的执行范围、同一个专业不同教学计划之间课程的调整、教学计划内课程的控制。采用用户手工输入和选择相结合输入教学计划执行结束年份、课程执行起始年份、课程执行结束年份、教学计划课程，然后输出教学计划执行年份的控制信息；教学计划课程；教学计划课程执行年份；教学计划课程的控制信息。

4.2.4 开课计划管理

开课计划是每个学期所开设课程的一份具体计划，上报开课计划是每个学期各个开课学院以及教务处教学管理科都必须面临的一件日常教务工作，是每学期教学工作能顺利实施的一个前提条件。开课计划管理是高校每个学期教学教务管理工作的一个主要内容，是整个综合教学教务管理系统中必不可少的部分，是教学计划在每个学期的具体实现，是保证排课管理、选课管理、成绩管理、毕业学分审核等系统得以顺利实现的基础。主要包括了：学期信息管理、开课计划管理和校级选修课开课计划管理。开课计划业务基本流程图如图4-7所示：

图4-7开课计划管理业务基本流程图

4.2.4.1学期信息管理

该模块主要用于对每个学期的学期信息进行维护管理，在本教学系统中，使用具体学期信息来控制业务的处理，要想开始某个学期的业务，必须首先建立一个对应的学期信息。包括学期时间范围、该学期允许的最大排课时段、该学期考试安排时间等信息的管理；同时，通过设置开课学期为全校上课开课计划提供统一控制；通过设置一个当前学期来初始化教务系统中各个模块的学期信息。用户手工设置学期所在年份、学期所在季节（如春季、秋季）、学期起始日期、学期的结束日期、该学期的最大排课时段、以及该学期考试周和考试时段；得出学期信息表中的一条具体的学期信息。

4.2.4.2专业课开课计划管理

该模块用于每个学期对除素质课以外的所有课程的开课计划进行管理。主要用来创建和维护开课计划所开出课程的各种属性，包括维护开课专业年级栏目，具体所开设的开课计划教学班信息。该模块是一个“校—院”公用的分级处理模块，学院用户只能开出本学院各个专业教学计划规定的课程以及全校必修课程，而教务处用户则可以控制全校的各份不同教学计划课程的开课情况。系统自动提取与用户手工设置相结合方式输入开课专业、开课年级、入学季节、课程信息（直接从教学计划课程库中提取）、上课教师、教师方式、开课计划备注，输出一份新开课计划总表和一份开课计划教学班详细信息表。

4.2.4.3素质课开课计划管理

该模块主要是为了解决素质课的特殊性，以区别于一般的专业课程的管理而单独设置的一个开课计划编辑模块，在功能上类似于专业课开课计划管理模块，只是本模块只用于处理全校素质教育课的开课计划管理。该模块是一个“校—院”公用的分级处理模块，学院用户只能开出本学院所授课的素质课，而教务处用户则可以控制全校的素质课的开课情况。系统自动提取与用户手工设置相结合方式输入开课专业（具体为教务处下面的教务处专业）、开课年级、入学季节、素质课课程信息（直接从教学计划课程库中提取）、上课教师、教师方式、开课计划备注，输出一份新开课计划总表，素质课统一开设在教务处下的教务处专业；一份素质课开课计划教学班详细信息表。

4.2.4.4开课计划上报

该模块主要用于各个开课部门上报（提交）开课计划。开课部门的用户可以在规定时间将本部门的开课计划以专业年级为处理单位上报到教务处教学管理科，一旦上报，开课部门就不能再对所上报的开课计划进行任何修改，否则就可能影响开课计划审核以及排课工作的顺利进行。由系统判断和用户控制的方式输入“上报结束”标志，然后输出修改开课计划总表的相应记录的字段值为“上报结束”。

4.2.4.5开课计划审核

该模块主要用于教务处教学管理科对全校各个学院所上报的开课计划进行审核，其审核的依据主要是各个专业教学计划的要求，审核方式为由管理教学计划的人员进行人工审核，若通过审核，则将其提交到教务处教务科以统一排课，若有问题的开课计划，则退回学院要求重新编辑及上报开课计划。用系统判断和用户控制的方式输入“审核通过”或者“重新上报”标志，然后输出修改开课计划总表的相应记录的字段值为“审核通过”或者“重新上报”。

4.2.5 设置排课标志管理

用户确认系统自动处理的方式输入“开始排课”标志，然后输出修改开课计划总表的相应记录的字段值为“开始排课”。

4.2.6 校级排课管理

对公共课程（包括公共英语课、马列课、计算机、公共体育、高等数学等）进行分组分班处理，并参照上学期的排课情况安排上课时间和教室，可安排、调整全校所有课程的上课时间和教室。主要包括公共课分组分班处理、计算机辅助排课。

4.2.6.1 公共课分组分班处理

用系统自动提取与用户手工设置相结合的方式输入开课计划教学班记录，然后输出开课计划教学班记录。

4.2.6.2 计算机辅助排课

用系统判断和用户控制的方式输入教学班、排课教室、上课星期、上课模式、上课时段，然后主要生成教学班的排课结果表。

4.2.7 院级排课系统

各学院可对设置“学院开始排课”标志的专业课程，在已分配到的教室资源中进行安排上课时间和教室。有两种安排方式，一是先安排时间，系统根据教学班的教学方式、预计开课人数来查询相对应类型和容量的教室进行安排；二是先根据相应类型和容量教室的空闲时段来安排课程。详细设计同校级排课系统计算机辅助排专业课。

4.2.8课程表管理

课程表的设计需考虑学生，教师，教室三个重要因素，其逻辑设计思想如以下三图所示：

4.2.8.1 生成全校课表

输入学期编号，将生成课表直接提交到数据库中的表中。

4.2.8.2 导出专业年级课表

通过Web页面从列表框中选择相应的专业年级，输入学院、专业、年级，然后生成WORD课表文档

4.2.8.3 导出公共课课表

通过Web页面从列表框中选择相应的专业年级，输入授课部门，然后生成WORD课表文档

4.2.8.4 浏览专业课表

通过Web页面从列表框中选择相应的专业年级，输入学院、专业、年级，生成报表浏览打印。

4.2.8.5 浏览公共课课表

通过Web页面从列表框中选择相应的专业年级，输入学院、专业、年级，生成报表浏览打印。

4.2.9非排课时段分配管理

用系统判断和用户控制方式输入教室使用事件、分配教室、分配星期、分配模式、

分配时段，就产生其它教室使用情况表。

4.2.10 教室使用表管理

由选择下拉框的方式输入学期信息，根据条件（学期信息），生成教室使用表（可

多次生成，在第一次生成之后，再次生成前，会提示是否重新生成）。可打印当前查看的教室使用情况表，也可打印多个教室使用表、多个未使用教室的空表样，所有教室打印以及将教室使用情况表导出到WORD中）。

5数据库设计

5.1 数据库概念设计

校院两级排课系统中共涉及：教学机构（院、专业）、学生、课程、教师、教学计划、教学资源（教室、楼宇、校区）共七个实体，各实体间的关系如图5-1所示：

5.2程序模块设计

对系统所建类图：

其中新数据库中包含的就是已排好的课程信息。

5.3程序（结构）层次关系

对系统所建用例图：

6总结和展望

基于校园网的校院两级排课系统是一个集硬件、软件技术和管理科学为一体的综合体系，包括了信息标准、管理模式、管理内容和管理范围等因素都是随着形势的发展而变化，只有在边开发、边应用的基础上不断总结经验，提高水平，才能使网络化的计算机信息管理为新形势下培养更多高质量、高层次人才发挥出更大的作用。排课是组合调度的典型问题之一，对合理性和可靠性都有相当高的要求，其特殊的复杂性吸引了国内外一大批研究人员对其进行深入研究，但至今还没有完全适应各高校教学管理的自动排课系统。如何进一步把学校管理理念、体制的发展和计算机人工智能的高速发展相结合，研究出能完全适应学校自身特点的自动排课系统，是本人未来将要开展的工作。