维普资讯 http://www.cqvip.com 第１８卷第１期 北方工业大学学报 Ｖ０１．１８ Ｎｏ．１ ２００６年３月 Ｊ．ＮＯＲＴＨ ＣＨＩＮＡ ＵＮＩＶ．ＯＦ ＴＥＣＨ． Ｍ ２ｏｏ６ 基于学分制选课系统的应用研究 曹丹阳 魏金强 李晋宏 胡 健 （北方工业大学信息工程学院，１０００４１，北京） 摘要本文阐述了在学分制管理模式下，高校选课系统的设计与实现方法．重点解决了选课 系统的公平性以及算法实现等问题，给出了系统的体系结构． 关■词选课系统Ｉ教务管理Ｉ学分制，公平算法 分类号ＴＰ３１１．５ 近几年，随着教育规模的持续扩大，在大众教 Ｓｅｒｖｅｒ使用ＭｉｃｒｏＳｏｆｔ的ＩＩＳ．学生客户端将通 育体系中，学生的要求多样化，学校需要给学生更 过ｗｅｂ Ｓｅｒｖｅｒ获取相关的教学信息、选课信 多的自由：选课、选专业方向、选专业、选择学业进 息，并通过Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｅｒ将选课信息提交到后台 度等等．在这种情况下，各高校纷纷仿效国外的学 数据库，后台管理程序处理学生提交的数据，之 分制管理，学校为了配合学分制及无纸化办公，提 后将结果通过Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｅｒ返回给学生客户端． 出了教务系统的信息化、网络化．学分制的核心是 （见图１） 学生选课，学生选课有助于创造一个既遵循科学 的知识结构，又能让学生自己把握学习方向，调动 教、学双方的积极性．学生选课系统最重要的是解 决选课的公平性、学生选课的合理性以及选课系 统的速度问题，这些也是实现系统的难点．因此， 本文在阐述了选课体系结构的同时，着重说明了 选课的公平算法——优先级筛选算法，以及选课 图１选课系统体系结构 系统的人性化设计．［１ 目前，以此算法实现的选课 系统已经在北方工业大学正常运行了４年，在北 ２选课系统设计与数据库设计 京工商大学正常运行了２年，师生对该系统的评 价很高． 选课系统设计之前［扪，首先需了解整个教 务系统的骨干流程．（见图２） １系统体系结构 ２．１选课系统的设计 对图２虚线部分进行细化，得到选课流程 选课系统采用Ｂ／Ｓ的３层数据管理模式， 图，见图３ 前台使用ＡＳＰ开发学生选课程序，后台数据库 学生选课系统的重点是公平性与速度问 使用ＭｉｃｒｏＳｏｆｔ的ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ数据库，后台数 题．［５］公平性用优先级筛选算法实现．为保证选 据管理程序使用Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ６．０开发，Ｗｅｂ 课速度，可选择牺牲一些不必要的服务与即时 性．选课的最根本单元是课堂，只要学生能针对 收稿日期，２００５一Ｏ６—０ｇ 第一作者简介，＇ｒ丹阳，助理实验师．主要研究方向 数据仓库、数据挖掘 维普资讯 http://www.cqvip.com 第１期 曹丹阳魏金强李晋宏胡健：基于学分制选课系统的应用研究 １１ 课堂进行选课登记就可，这样就实现了选课系统 的基本功能．然后围绕学生选课的需要，增加一 些相关的服务，使学生能方便准确快捷的选课． 图２教务系统骨干流程图 图３选课流程图 在选课登记时，只进行一些必要的判断（如 学生体育课分男女及公选课限选门数等），其它 的一些判断都是选择抽签时在后台进行处理． 还有一些服务，没有使用自动服务，而是让学生 手动选择，这是出于速度的考虑．（比如检测学 生上课时间冲突等） ２．２数据库的设计 选课系统的数据库设计主要由以下几个表 构成： Ａ．学生选课表；（学号、课程编码、合班标 志、中签标志、交费标志、选课优先级、推荐课堂 确认）； Ｂ．选课历史记录表：（学号、课程编码、合 班标志、年度、季别、轮次、中签标志、交费标志、 推荐课堂确认）｝ Ｃ．学生名单表：（学号、课程编码、合班标 志、年度、季别、退课标志）； Ｄ．课堂表：（课程编码、合班标志、年度、季 别、教室容量、计划内人数、计划内中选人数、计 划外中选人数）． 注意：上面括弧中仅列出了相应表中和选 课有关的字段．其中，学生选课表存放选课记 录，也是系统中最重要的表．选课历史记录表用 来备份学生选课表中的数据，这使学生能够查 阅自己以往的选课记录．选课抽签的结果存入 学生名单表，此表也是学生的个人课表．学生选 课的基础表是课堂表，存放各学期的课堂，供学 生选课时用． 另外，［ａ］还需用到学生、课程、合班标志等 基础信息库，这些基础信息库存放基本信息，这 里不再祥述．这里课堂的概念定义为“课程与合 班标志唯一确定一个课堂”，比如，课程“Ｃ语 言”与合班标志“计０２—１２３４５６”确定“Ｃ语言” 的一个课堂，其中合班标志指一个或一个以上 的自然班的合成．（自然班指学生在入校时自然 编排而形成的班级，如“计Ｏ２—１”班就是指计 算机Ｏ２级１班．所有的教学是以自然班为标准 的）合班标志“计Ｏ２—１２３４５６”是指“计Ｏ２—１、 计Ｏ２—２、计Ｏ２—３、计Ｏ２—４、计Ｏ２—５、计Ｏ２— ６”这６个自然班的合班． ３算法实现 ３．１年度注册与单科注册 在学期开学时，首先进行学生报到、注册， 注册分为年度注册和单科注册．年度注册：为了 兼容传统的教学模式，年度注册可以使学生一 次性交一学年的学费，从而获得一学年的课程； 单科注册：每学期开学时只对自己所选的课程 交费．年度注册之后，系统自动将本学期本专业 年级教学计划中的必修课（包括公共必修和专 业必修）赋给学生，放入学生名单库中，学生只 需选择选修课程（包括专业选修与公共选修）， 年度注册的学生在选择选修课时，一旦中签不 用交费，直接放入学生名单库中．单科注册的学 生则须自己选择所欲修读的全部课程，在中签 且交费后才能最终进入学生名单库中． ３．２抽签过程与课堂人数 由于选课系统采用的是前台选课与后台处 理相结合的办法，即只有当一轮选课结束后，才 在后台统一进行抽签处理，因而打破了过去算 法的先来先服务的弊病，选课结果与选课先后 次序无关，因而是公平的．抽签：学生先在前台 选课，系统将选课记录放入学生选课库中，这是 一个存放中间结果的库，而后，后台抽签程序针 对每一个课堂计算选此课堂的学生的优先级， 维普资讯 http://www.cqvip.com １２ 北方工业大学学报 第１８卷 然后再根据优先级排序，最后以课堂容量来截 取优先级高的学生，这些优先级高的学生即为 中签学生，存入学生名单库，也就是学生的个人 回５Ｏ乘以以前修读此课程的次数，Ｒａｎｄｏｍ（０， １）表示０－－－－１的随机数，保证在所有条件都相同 的条件下随机抽取．每人累计所选公选课程不 超过３门（系统可自定义每个学生每学期所能 选修的公选课门数）．如：张三选了公选课ａ、ｂ、 课表库中． 说明优先级筛选算法之前，要介绍几种与 课堂有关的人数． Ｃ，起初他在ａ、ｂ、Ｃ三门课中的优先级都假定为 课堂容量。课堂所容纳的最大人数，一般指 教室的容量ｌ 计划内人数：课堂是按照教学计划，并针对 某几个自然班的合班而开设的，因此在课堂生 成时，这几个自然班的人数和就称为计划内人 数，这几个自然班的学生也就是计划内学生ｌ 计划内中选人数；记录属于计划内的学生 有多少人中签ｌ 计划外中选人数：计划外人数一课堂容量 一计划内人数，且他们不属于那几个自然班．计 划外中选人数记录属于计划外的学生有多少人 中签ｌ 课堂人数：已经中选此课堂的人数，即计划 内中选人数十计划外中选人数ｌ这样划分计划 内人数和计划外人数可以有效的保障计划内的 学生能够选中此课程． ３．３优先级筛选算法 针对每一个课堂，按照学生对于这个课堂 的特点进行分类，分别设定优先级，每一个课 堂、每一个学生都有一个不同的优先级，然后按 照优先级排序进行抽签． ３．３．１公共选修类课堂的优先级（值越小级别 越高） 在所有课程中，公共选修类课堂的优先级 算法和其它课堂的算法略有不同，这是因为，公 共选修课对所有学生来说他们都是计划外的学 生，它们是为全校学生开设的，因此公选课中学 生的优先级如果按照表１计算基本相同，没有 区分度，这样算法就变成先来先得．为了解决这 个矛盾，采用下面方法计算学生的优先级：已中 公选课程数×１００＋入学年份＋ｉｉｆ（首次修读， ０，５０×ｃｏｕｎｔ（次数））＋Ｒａｎｄｏｍ（０，１）．ｉｉｆ（首次 修读，０，５０×ｃｏｕｎｔ（次数））函数表示如果学生 是首次修读此课程则结果返回０，否则结果返 １ ０００，如果他中了ａ签，那么在对ｂ进行抽签 时，他的优先级就会增加１００，他也就比别人的 优先级低了１００，以此类推．这样可以很好的解 决公选课学生优先级一样的情况，避免了算法 的退化． ３．３．２其它课堂的优先级（值越小级别越高） 其它课堂的优先级均针对课堂属性（包括专 业特征、专业方向特征、年级层次特征、课程修读 特征、课程考核特征、高低年级特征）按表１分类 排序，而后按照剩余课堂容量截取．同类学生之 间随机排序，即加一个Ｏ～１之间的随机数． 各栏目中的数字代表本栏目的权值ｌ“／”表 示横向方向没有此特征，如“课程考核特征”只 对“重复修读”有意义．由表１可以看出本专业 （Ｏ）、本方向（Ｏ）、本年级（Ｏ）、首次修读（Ｏ）的优 先级最高（Ｏ）；外专业（８００）、外层次（２００）、重复 修读（１００）、低年级（５Ｏ）的优先级最低（１ １００）ｌ “外专业”中的“本层次”与“外层次”在分层课中 用到，由于分层课不是本文的重点，因此这里不 再叙述． ３．３．３其它课堂优先级计算举例 对于每一个课堂，都经过表１的运算，得出 该课堂选课记录的优先级，而后进行排序，用剩 余课堂容量截取，在同类学生之间增加０＂－－－１的 随机数，同类学生是指从专业特征～高低年级 特征，这６项特征都相同称之为同类．例如，对 于课程为“Ｃ语言”、合班标志为“计Ｏ２— １２３４５６”的课堂，假设“Ｃ语育”为计算机软件方 向的课程，且计算机只有一个方向，即软件方 向，在一次抽签中有４个学生选了此课堂，这４ 个学生分别是： 张三：计Ｏ２—１班、首次修读； 李四：计Ｏ１—１班、重复修读、不及格、高年 级； 维普资讯 http://www.cqvip.com 第１期 曹丹阳魏金强李晋宏胡健 基于学分制选课系统的应用研究 １３ 裹ｌ优先掘囊 专业 专业方向 年级层次 课程修读特征 课程考核 高低年级 优先级 序号 首次修读０ ｝ ０ １ 本年级０ 不及格０ ｜ １００ ２ 重复修读１００ 及格５Ｏ １５Ｏ ３ 高年级０ ２５０ ４ 首次修读５Ｏ ｜ 本方向０ 低年级５Ｏ ３００ ５ 高年级２５ ３２５ ６ 外年级２００ 不及格０ 低年级５Ｏ ３５０ ７ 重复．ｉ｝读１００ 高年级２５ ３７５ ８ 及格５Ｏ 低年级５Ｏ ４００ ９ 本专业０ 首次修读５Ｏ ｜ ４５０ １０ 本年级０ 不及格０ ｜ ５００ １１ 重复修读１００ 及格５Ｏ ５５Ｏ １２ 高年级０ ６００ １３ 首次修读０ ｜ 外方向４００ 低年级５Ｏ ６５０ １４ 高年级２５ ７２５ １５ 外年级２００ 不及格０ 低年级５Ｏ ７５０ １６ 重复修读１００ 高年级２５ ７７５ １７ 及格５Ｏ 低年级５Ｏ ８００ １８ １９ 首次修读５Ｏ ８５０ ２０ 本层次０ ２１ 重复修读１００ ９００ ２２ 外专业８００ ｜ ｜ ｜ ２３ 首次修读５Ｏ １ ０５０ ２４ 外层次２００ ２５ 重复修读１００ １ １ＯＯ ２６ 王五：计Ｏ３—１班、首次修读、低年级｝ （２５）＝优先级（３２５）ｆ 赵六：自０２—１班（自动化专业Ｏ２级１ 王五；本专业（Ｏ）－４－本方向（Ｏ）－４－外年级（２００） 班）、本层次、首次修读｝ ＋首次修读（５Ｏ）－４－低年级（５Ｏ）＝＝；优先级（３ｏｏ）； 根据表１计算此４人的优先级； 赵六：外专业（８００）＋本层次（Ｏ）＋首次修 张三：本专业（Ｏ）－４－本方向（Ｏ）－４－本年级（Ｏ） 读（５Ｏ）一优先级（８５０）｝ ＋首次修读（Ｏ）＝优先级（Ｏ）｝ 由上面计算得到这４人按优先级的排列顺 李四。本专业（０）－４－本方向（０）＋外年级 序；张三一王五一李四一赵六，如果只剩３个容 （２００）＋重复修读（１０ｏ）－４－不及格（Ｏ）＋高年级 量，那么张三、王五、李四将中签进入学生名单库． 维普资讯 http://www.cqvip.com １４ 北方工业大学学报 第１８卷 个学年，运行情况良好．由于选课系统采用的是 ４结束语 前台选课与后台处理相结合的办法，因而打破 了过去算法的先来先服务的弊病。选课结果与 本文介绍了在学分制管理中，为了提 选课先后次序无关，因而是公平的，而且利用课 高教学质量，引进竞争机制，同时，也为了进一 堂转移、课堂推荐等特殊功能真正体现了其人 步拓宽学生的知识结构及增强学生的学习积极 性化的服务，从各个角度更好的满足了学生的 性、主动性，研制的学分制选课系统，此系统已 需求．但是在选课高峰期（同时２ ０００个以上的 在北方工业大学和北京工商大学成功运行了多 点连接），选课速度有待优化． 参 考 文 献 １北方工业大学．综合教务系统开发手册．北京 ２００１． 出版社，１９９１ １１ ４张海潘．软件工程导论（修订版）．北京：清华大学出 ２方纪旋．Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ模式下选课系统的开发及若 版社，１９９２ 干技术问题．计算机工程与应用，１９９７（１） ８７—９Ｏ ５吴开军．选课系统的设计与实现．电脑开发与应用， ３萨师宣．数据库系统概论（第二版）．北京：高等教育 １９９６（２）：２４－２７ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｒｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｒｅｄｉｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃａｏ Ｄａｎｙａｎｇ Ｗｅｉ Ｊｉｎｑｉａｎｇ Ｌｉ ｊｉｎｈｏｎｇ Ｈｕ Ｊｉａｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｔｅｃｈ．，１０００４１，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏｕｒｓｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｒｅｄｉｔ ｓｙｓｔｅｍ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｆａｉｒｎｅｓｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏｕｒｓｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏｕｒｓｅ ｓｙｓｔｅｍ；ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ；ｃｒｅｄｉｔ ｓｙｓｔｅｍ；ｆａｉｒ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
