实验室排课系统的设计与实现

实验室排课系统的设计与实现这本书的作者是贾瑞指导员赵惠阳摘要为了提高实验室资源的利用率，降低管理人员的劳动强度，方便学生、实验室管理人员和教师之间的互动和交流，提出了用计算机代替手工排课的方法，并设计了一个利用计算机实现实验室排课的系统。在调查分析手工排课过程的基础上，设计了实验室排课系统的功能结构。在此基础上，利用回溯算法给出并实现了实验室排课和排课表的导出和打印功能。实验结果表明了该方法的可行性和有效性。关键词导出和打印；自动排课；回溯算法介绍自动排课是基于传统手工排课的经验，利用计算机模拟人脑来选择合适的排课方案。许昌大学计算机科学与技术研究所计算机室承担计算机科学与技术研究所和软件研究所的教学和实验任务。随着近两年办学规模的不断扩大，实验室的建设也在逐步发展。高质量的教学需要高效率的管理支持。随着开放实验教学管理模式的改革和高校办公信息化工程的推进，传统的实验室手工管理模式已经不能满足我们工作和学习的需要，也不能有效合理地提高实验室资源的利用率。实验室自动排课系统的实施不仅可以提高机房的管理水平和教学质量，还可以使实验室实现高效、有序、网络化的管理。2.系统需求分析排课是高校教学管理中一项重要而复杂的任务。自动排课算法是一个NP完全问题，它综合了时间和空间的双重约束。从数学上讲，排课是一个时间、教师、学生和教室四个维度的组合规划问题，以教学计划和各种特殊要求(如指定时间、指定教室和排课级别)为约束。其实质是解决各种因素之间的冲突。2.1系统功能分析该系统的最终用户是学生、教师和管理员。加工要求如下。(1)先按规定要求安排课程。指定的要求包括指定教室和指定时间，只指定时间而不指定教室，只指定教室而不指定时间，最后安排课程而不指定时间和教室。(2)周五下午不允许安排课程。课程安排时间为周一至周五，上午两节课，下午两节课，共18节课。(3)满足每周课时要求。(4)根据用户的不同，课表可以分为课表、教室课表、教师课表和总课表。(5)管理员可以设置用户权限、用户初始密码以及添加和删除用户。(6)基本信息和日程信息可以分别导出到Word或Excel中。(7)可以打印基本信息、教学计划和课程表信息。(8)建立一个简单的留言板。用户可以留言，管理员可以管理留言板。(9)不同级别的用户拥有不同级别的用户权限。2.2系统性能要求(1)系统使用方便简单。基于实验室排课系统的面向对象系统是所有使用实验室的教师、学生和实验室管理人员。因此，要求系统使用方便、简单，尽可能适合不同层次、不同使用习惯的用户。(2)系统操作简单、方便，界面简洁美观。(3)系统在结构上应具有良好的可扩展性，以便进一步开发和维护。2.3数据库设计数据库的结构是应用系统成功开发的基石。整个系统的操作是围绕数据库表进行的。因此，如何建立该系统建立了LRS数据库表，并在LRS数据库表中建立了如下表结构，包括教师信息表(TEACH)、教室信息表(lab)、班级信息表(class)、课程信息表(CURSE)、课程信息表(LEASS)、教学进度表(plan2)、用户信息表(userinfo)、消息信息表(柳岩)、进度表(t_info)和时间表单元表(unit)。3.总体系统设计3.1系统功能结构该系统是一个基于网络的实验室排课系统。它主要包括登录界面、管理员主界面、教师主界面和学生主界面。登录时，系统会根据不同的用户角色进入不同的操作界面。系统的整体结构如图1所示。图1系统结构图3.2课程安排流程自动排课系统的操作是在输入基本信息后进行的。基本信息包括教师信息、教室信息、班级信息、课程信息和课程信息。因此，在课程安排开始时，需要正确输入和处理基本信息。进入自动排课页面，首先提醒用户选择学年和学期进行排课，选择后点击【确定】进行排课，点击【清除】清除已有的排课信息。自动排课算法设计的排课过程如图2所示。图2时间表安排流程图3.3登录子系统系统有三级用户：学生用户、教师用户和管理员用户。登录系统时，系统会判断用户身份，并根据不同的用户身份进入不同的功能界面。3.4用户管理子系统子系统的功能根据用户的权限而变化。具体介绍如下。(1)管理员用户：拥有最高权限，可以查看、编辑、删除、添加、导出和打印所有信息。此外，作为实验室排课系统的最高级别用户，可以自动排课和明确排课。(2)教师用户：教师作为教学活动的重要指导者和参与者，可以查看、编辑、删除、添加、导出和打印所有信息。它的主要特点是可以根据自己的需要指定教室和时间，以提高课程安排的有效性。(3)学生用户：学生是教学活动的重要参与者。在实验室排课系统中，学生用户可以查看、导出和打印一些相关信息，但无权修改或删除所有信息。学生用户拥有最低权限。4.详细的系统设计4.1母版页设计实验室排课系统是一个基于网络的系统，名为LRS。母版页可以大大简化为网站创建一致外观的任务。ASP提供的母版页功能。NET2.0为提高工作效率、降低开发和维护强度提供了有利的支持2。母版页设计界面如图3所示。图3母版页设计Web用户控件top.ascx、menu.ascx、link.ascx、bottom.ascx已添加到母版页。(1)用户控件top.ascx用于在页面顶部显示徽标、联系管理员、收集该网站、设置主页等。(2)用户控制菜单。ascx用于显示登录日期和一些常见链接。(3)用户控制链接。ascx用于显示与许昌大学和百度的友情链接。(4)用户控件底部。ascx用于显示与本系统相关的一些基本联系信息。4.2登录页面设计该系统的功能因用户不同而不同。主要有三种类型的用户：学生用户、教师用户和系统管理员。当用户登录时，系统会判断用户的身份，并根据不同的用户进入不同的功能界面。登录界面设计如图4所示。图4登录页面设计4.3管理员用户功能设计管理员用户是实验室课程安排系统的最高权威管理员。管理员用户管理模块主要包括基本信息管理模块、教学计划管理模块、自动排课模块、课程表信息模块、数据处理模块、留言板、用户管理模块和用户相关模块。(1)基础信息管理基本信息包括教室信息、教师信息、班级信息、课程信息和课程信息。管理员用户可以查看、编辑、修改、添加或删除此类信息。教师信息管理界面如图5所示。图5教师信息管理页面(2)教学计划管理教学计划是实验室安排课程的重要依据。管理员可以查询、添加和删除教学计划。(3)自动排课自动排课是实验室排课系统的核心，也是系统开发和研究的关键。系统根据用户输入的教室、教师、班级、课程、课程、教学计划等信息自动编排课程，并生成课程编排单元表。管理员可以选择学年和学期来安排课程，点击“确定”开始安排课程。如果排课单元表中已经存在学年学期的排课，系统会显示提示信息，提醒用户学年学期的课程已经安排好了，否则开始排课，成功后会提示用户成功的排课信息。当基本信息发生变化时，管理员需要重新安排课程。此时单击“清除”以清除课程安排单元中的现有信息。(4)日程信息根据时间表的不同用户，时间表可以分为教师时间表、班级时间表、教室时间表和总时间表，其中教师时间表如图6所示。图6教师时间表(5)数据处理数据处理部分主要用于导出或打印基础信息、教案信息和各课表信息，其中导出包括导出到Word和Excel。教学计划导出和打印页面如图7所示。图7教学计划导出和打印页面(6)留言板实验室作为教学活动的特殊场所，在教学活动的正常进行中起着不可或缺的作用。然而，实验室经常遇到诸如设备损坏或用户对软件和硬件使用不当等问题。只有在被管理人员发现后，这些问题才需要长时间且不方便的维护。因此，在此设置留言板的目的不仅是为用户提供一个交流平台，也是为用户提供一种向管理员反馈其需求和设备状态的方式。管理员可以添加消息信息、查看消息信息、修改或删除消息信息。(7)用户管理考虑到实验室排课系统涉及人员的特殊性，该系统没有新的用户注册功能来防止非法用户窃取教育信息。管理员用户在用户管理模块中的功能包括修改自己的密码和管理用户信息。在用户信息管理中，管理员可以修改用户的用户名和密码，通过修改用户的角色可以达到修改用户权限的目的。(8)关于我们为了提高系统的可操作性，系统创建了一个关于我们的模块，主要为用户提供系统相关的信息。4.4教师用户功能设计教师用户可以修改、删除或添加基本信息，但不能自动安排课程、管理用户信息、教学计划和消息信息。此外，教师用户几乎拥有管理员的所有权利。与管理员用户相比，教师用户的权限功能如表1所示。表1教师和管理员用户权限的比较基本信息管理教学计划管理自动课程安排日程信息数据处理留言板用户管理关于我们管理人教师注4.5学生用户功能设计学生用户在实验室自动排课系统中拥有最低权限，可以查看一些基本信息和教学计划信息，但不能添加、修改或删除。与管理员用户相比，学生用户具有表2所示的权限功能。表2学生用户和管理员权限的比较基本信息管理教学计划管理自动课程安排日程信息数据处理留言板用户管理关于我们管理人学生注5系统摘要在研究和分析实验室排课问题的基础上，设计了一个基于B/S架构的实验室排课系统。在排课的预分配中，教师和用户可以根据自己的排课需求指定教室和时间。此外，基于网络，课程安排、课程安排和系统维护的协调可以在网络中的任何地方进行，而不再局限于特定的机器或位置。虽然系统的完成已经取得了一定的成绩，但是由于作者自身知识的限制和自动排课问题的规模大、约束复杂，系统还有很多方面需要改进，如获取的排课表适应性差、算法复杂、没有考虑加入班级的问题、没有考虑手工调整排课表的问题。该系统实现了实验室的自动排课功能，为实验室的自动排课提供了良好的支持。下一步工作将致力于算法的改进和人工调整的实现，从而提高系统的实用性。参考1段德良，于坚，张仁才等。课程设计案例汇编M。北京：清华大学出版社，2008.1 32王梓霏，刺史宣。数据库系统导论M。北京：高等教育出版社，2007.1173李春莲，刘玉宝。使用开发教程。北京：北京交通大学出版社，2008.220 2454张伯平。现代软件工程M。北京：北京交通大学出版社，2009.085王晓珂，梁冰，陆双等。典型模块开发大全M。北京：人民邮电出版社，2009.27 526丁世峰。C#实际开发细节M。北京：电子工业出版社，2008.153 1787赛葵春。开发经验和技能宝典M。北京：人民邮电出版社，2007.6028郑耀东。ASP.NET 2.0编程指南M。北京：人民邮电出版社，2007.1 39陈国顺，傅.网络框