教室管理系统设计与实现本科毕业设计论文(编辑修改稿)

教室管理系统设计与实现本科毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

............................... 51 附录 3 中期报告 ............................................................................................... 54 附录 4 外文原文 ............................................................................................... 57 附录 5 外文译文 ............................................................................................... 68 第 1章 绪论 1 第 1 章 绪论 课题背景 随着信息化的高度发展，大学中远程在线课堂授课的教学方式已经出现，但这种非面对面交互的教育方式存在着很多的弊病 [1]，因此目前在我国绝大部分大学还是以教室中面对面的授课方式为主。 综合考虑大学授课中多方面的特殊性，大学授课对教室的安排与义务教育阶段大不相同，对某个班级的课程安排不再局限于某一个教室，并且可能会出现多个班级在一个教室中上课的情况。 从使用角度上看，这样的教室安排制度增大了教室使用的自由度，尤其是在如今大学中教室少班级多课程多的现 状下，这样的教室使用方案更能充分利用教室资源，使教室得到合理的分配。 但从教室的管理角度来说，教室使用越自由，教室的管理的难度就越大。 管理的难度主要体现在对教室排课问题上。 众所周知，大学中每个专业需要修的课程都有很多，大部分课程都能在一个学期内学习完毕，这样就导致每个学期初都要进行一次教室分配。 分配过程不仅要考虑教室本身是否会发生使用上的空间冲突（同一教室同一时间安排了两门或两门以上课程），而且还要考虑参与授课过程的教师学生是否会发生时间冲突（同一学生或教师同一时间不能出席两门或两门以上的课程）。 而且就目 前而言 ,我国高等教育己进入大众化发展阶段 ,各高校的招生数量急剧增加 ,给高等教育带来了深刻的变革。 面对跨越式的发展速度和招生数量的大幅度增加 ,不少高校教室资源短缺的问题逐渐凸现出来。 科学、高效、合理地管理和使用高校教室资源 ,保证学生正常的学习环境 ,成为目前高校教学资源管理研究的一项重要课题。 以燕山大学为例，燕山大学东校区共四座教学楼，共近 200 间大小不等类型不一的教室 ， 要分配九个学院 41个专业的课程，这些专业四个年级共有大约 450 余个班 ，有近 11000 余名学生。 所有的班级总共要在 东区安排近1200 门课程，每 门课程每周上课节数不等。 如果手工安排所有课程的话大概需要花费一个月左右的时间，而且手工排课不能从全局考虑教室分配的平均性。 燕山大学本科生毕业设计（论文） 2 综合以上论述来看，一个学校需要一个优秀的教室管理软件势在必行。 一个教室管理系统不仅能方便工作人员对教室资源的管理和安排，大大减轻他们的工作量，还更能为学生和老师查询自身与教室的相关信息提供方便，并且还可以提供给教师部分教室占用权限，分担管理人员的一部分工作。 国内外研究现状 上个世纪中叶 ，西方学术界就有人开始研究大学排课问题。 二十世纪六十年代， Gotlieb 曾为排课问题创建了一 个数学模型 [2]，最终使用部图匹配解决了排课问题。 在此之后，人们开始在 Goflieb 的数学模型基础之上对课表问题的算法、解的存在性等问题做了很多深入研究。 人们尝试用各种方法求解排课问题 ,有些人 尝试 把排课问题归结为求一组 O1变量的解，但工作量十分庞大，而且这种技术只能适用于课程较少的情况；二十世纪八十年代 Mihoe 提出排课问题可以看作是一个优化问题；接下来 Tripathy 发表论文使用整数线性编程方法求解排课问题并提出了相应的数学模型；之后 又有人提出可以使用图论中的方法解决排课问题，比如二部图匹配方法。 直 到遗传算法的提出，人们又开始研究使用遗传算法将排课问题看作是优化问题来解决。 直到如今仍然有许多人在研究遗传算法，比较有代表性的有印度的 Vastapur 大学管理学院的 Arabinda Tripathy、加拿大 Montreal大学的 Jean Aubin 和 Jacques Fe rland 等。 在课表安排中使用过的算法有： （ 1） 关联规则 FP． growth 算法。 （ 2） 基于时间位 图迭加匹配的算法。 （ 3）基于资源匹配的算法。 （ 4）分组优化决策算法。 （ 5）分支定界法。 （ 6）有限回溯法。 （ 7）拉格朗日松弛法。 （ 8） 二次分配型法等多种方法。 第 1章 绪论 3 由于排课问题面临时间空间各个方面的资源约束，完全用数学方法进行问题描述而忽略计算机硬件条件总结出来的解决排课问题的方法虽然理论上可以解决排课问题，但是当使用具体编程语言实现时又会面临各种障碍。 外国的研究表明，解决大规模课表编排问题单纯靠数学方法是行不通的，而利用运筹学中分层规划的思想将问题分解，将是一个有望成功的办法。 在我国对排课问题的研究始于八十年代时期，从今天来看具有代表性的有：南京工学院的 UTSS(A University Timetable Scheduling System)系统 [3]、清华大学的 TISER 系统、大连理工大学的智能教学组织管理与课程调度系统、西南交通大学提出的以课元相关运算和课元的候选时空片计算为核心的计算机排课算法，延边大学根据人手工排课的方法设计了计算机自动排课的数据结构与算法；沈阳电力高等专科学校研制了基于 Client／ Server的开放式智能排课系统等。 课题目的 及意义 研究该课题的主要目的是设计出一个具有良好交互性的可供学生、教师以及教室管理人员使用的具有增 、 删 、 改 、 查功能的管理类网站，同时设计出一个具有实际意义且可以用 PHP 语言实 现的排课算法。 该算法对现有规模的排课问题应在可以 接受的时间内执行完毕，算法能实现全部的硬性条件约束和部分软约束 并且可以完成对绝大部分课程的安排。 研究该课题的意义在于 可以使教室管理信息化，便于与教务管理其他模块进行数据交换并且可以作为教务管理的一部分并入 教务管理系统。 就教室管理本身而言，设计这样的一个系统 可以大大减轻教务人员 对教师信息管理工作量， 尤其是可以大大减少手工排课所花费的时间，并且从整体而言能获得比手工排课更加合理的教室分配方案。 而就其他用户而言，该系统可以简化教师申请使用教室的流程，同时方便了学生 对教室信息的查看。 而且作为一个 B/S 模式的管理系统，可以为教师和教务人员发布与教室相关的信息提供方便。 课题研究主要内容 该课题主要研究主要内容有： 燕山大学本科生毕业设计（论文） 4 （ 1）确定系统开发语言和平台，选取适当的开发工具。 （ 2）对该课题进行需求分析 根据用户使用需求和现有业务流程对系统进行分析并对系统 各个功能的实现 方式进行构思和设计。 接下来 通过 分析现有的手工排课流程 设计 系统 数据流程图，对系统和人的应完成工作进行分工，明确系统功能。 将 将系统数据流程图中出现的 实体抽象化规范化 ，然后对这些实体 设计数据字典，明确每一对象的属性。 （ 3）对数据库进行设计 考虑系统中所有会出现并且需要保存的数据，充分考虑数据之间 的关系，本着尽量减少冗余的规则设计数据库表，并确定表之间的关联关系。 （ 4）对系统进行整体设计 根据需求分析中对问题的定义将系统分为具体功能的模块 ， 使 模块之间 高内聚低耦合。 然后根据现有技术和开发语言的特性 对 每一个模块进行设计。 （ 5）对系统进行详细设计 在整体设计结束的基础上对系统中反复出现的功能模块进行详细设计，然后分析排课过程中出现的各种问题并提出解决方案，叙述排课算法的流程。 （ 6）系统实现 该部分主要以运行界面截图的 方式讲述各个功能模块的实现方式以及系统如何操作。 第 2章 相关技术 与理论 5 第 2 章 相关技术与理论 开发环境与工具 根据当前主流技术的发展应用趋势，本系统的开发选取了 Apache + PHP + MySQL 经典组合作为开发平台。 其中 Apache 是系统运行的服务器，可以满足中小型网站的使用需求； PHP 作为系统后台脚本开发语言，完成系统中控制和处理部分的功能；开发本系统采用 MySQL 数据库储存数据主要是考虑MySQL 数据库与 PHP 语言的完美兼容性。 系统的前台开发使用了 HTML 文本标记语言， 页面设计使用了 CSS 层 叠样式表， 前台处理使用了 JavaScript脚本语言。 系统开发使用的主要工具为 Macromedia 公司的 Dreamweaver 可视化网页编辑器，下面分别对其进行简要介绍。 APM 平台 Apache 是世界使用排名第一的 Web 服务器软件。 它可以运行在几乎所有广泛使用的计算机平台上。 Apache HTTP Server（简称 Apache）是 Apache软件基金会的一个开放源码的网页服务器，可以在大多数计算机操作系统中运行，由于其多平台和安全性被广泛使用，是最流行的 Web 服务器端软件之一。 PHP 是一 个嵌套的缩写名称，它是英文超文本预处理语言（ Hypertext Preprocessor）的缩写 ，只要用途是处理动态页面。 PHP 是一种 HTML 内嵌式的语言，语言风格类似于 C语言 ， 语法混合了 C、 Java、 Perl 以及部分自创语法，可以比 CGI 或者 Perl 更快速的执行动态网页。 PHP 属于解释执行语言，嵌入在 HTML 文档中执行，具有较高的效率。 其 与 ASP 和 JSP 最大的不同点就是源代码是开源的， 而且具有良好的跨平台性。 MySQL 是一个小型关系型数据库管理系统，由于其体积小速度快的因素被广泛用于 Inter 的中 小型网站中。 MySQL 具有运行速度快、支持多种平台和支持多种开发语言的特点。 与其他数据库相比， MySQL 是一个开源的软件，因此用户可以免费使用 MySQL 数据库。 选取 Apache + PHP + MySQL 的组合有两个原因： 燕山大学本科生毕业设计（论文） 6 （ 1） Apache 和 MySQL 对 PHP 有很好的兼容性， 能很好的支持 PHP 的一些扩展功能。 （ 2） 三个软件全部是开源软件，使用它们能在不侵犯版权的情况下降低开发成本。 HTML CSS 和 JavaScript HTML（ Hyper Text Markup Language）即 超文本标记语言或超文本链接标示语言，是目前网络上应用最为广泛的语言，也是构成网页文档的主要语言。 HTML 文本是由 HTML 命令组成的描述性文本， HTML 命令可以说明文字、图形、动画、声音、表格、链接等。 HTML 的结构包括头部（ Head）、主体（ Body）两大部分，其中头部描述浏览器所需的信息，而主体则包含所要说明的具体内容。 CSS（ Cascading Style Sheet，可译为“层叠样式表”或“级联样式表”） 是一组格式设置规则，用于控制 Web 页面的外观。 通过使用 CSS 样式设置页面的格式，可将页面的内容 与表现形式分离。 页面内容存放在 HTML 文档中，而用于定义表现形式的 CSS 规则存放在另一个文件中或 HTML 文档的某一部分，通常为文件头部分。 将内容与表现形式分离，不仅可使维护站点的外观更加容易，而且还可以使 HTML 文档代码更加简练，缩短浏览器的加载时间。 JavaScript 是一种基于对象和事件驱动并具有相对安全性的客户端脚本语言。 同时也是一种广泛用于客户端 Web 开发的脚本语言，常用来给 HTML网页添加动态功能，比如响应用户的各种操作。 它最初由网景公司设计，是一种动态、弱类型、基于原型的语言，内置支持类。 使用 JavaScript 可以在客户端进行一些动态处理并且可以提供一些对浏览器的操作，减少客户端与服务器端的交互，使系统得到优化。 Dreamweaver编辑器 Dreamweaver 是在网页设计与制作领域中用户最多、应用最广、功能最强大的软件。 它集网页设计、网站开发和站点管理功能于一身，具有可视化、支持多平台和跨浏览器的特性，是目前网站设计、开发、制作的首选工具。 Dreamweaver 具有灵活编写网页的特点，不 但将“设计”和“代码”编辑器第 2章 相关技术 与理论 7 合二为一，而且在设计窗口中还精化了源代码，能帮助用户按工作需要 定制自己的用户界面 [4]。