基于语义WEB技术的专业课安排的分析和决策研究

赵浩婕　武海燕

摘要：高校的专业课程安排是教学管理工作中重要一环，在一定程度上，课程安排的科学性和高效性也体现出高校教学管理的水平。课程安排又涉及年级、班级、教师、课程等多方因素，课程和教师资源等一系列动态资源如何进行有效性安排，既做到省时省力，又达到最佳排课效果，具有极强的现实意义。

关键词：语义WEB；专业课；安排；决策

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）18-0108-02

安排课程对于每个高校都是开学前的一项重要而复杂的工作，如何管理隶属于不同教研室的专业基础课和专业课，如何安排给研究方向不同的专业课老师，既做到人尽其用，又起到最佳的教学效果，是摆在管理人员面前的严峻任务，而研发一套“基于语义WEB技术的专业课安排的分析和决策研究”就具有十分显著的意义，本文将从系统需求、数据关系和实现等方面进行探讨和研究。

1 专业课安排现状

现有的互联网网络是众多网页的集合，而搜索引擎正是通过网页互相之间的链接来帮助用户上网进行搜索。与此不同的是，“语义Web”将在更加微小的信息之间建立直接的连接，例如一条街道的地址与一份地图等。语义Web的实现依赖于三大关键技术：可扩展标记语言（XML）、资源描述框架（RDF）和本体（Ontology）。

对于高校来讲，传统的排课模式是一级排课模式，即全校的所有课程都由教务处统一安排，好处是方便有机整合资源，而随着教学改革的深化，招生形式的更新，以及专业和教学计划随着市场的变化，一级排课模式已经不能满足时代的要求。

为了适应每学期不尽相同的师资结构和经常修订的培养方案和教学计划，做到排课尽量“以人为本”，产生了二级排课模式。二级排课模式进一步明确了教务处和二级学院的分工，教务处为第一级，负责整体规划资源和公修课的编排，二级学院主要负责专业课的人员安排。

对于高校来说，排课系统的具体工作涉及两部分：首先由院系根据人才培养方案情况，结合教研室教师的师源情况，把所有课程和班级安排给本系承担专业课程的具体老师，汇总结果后上报给教务处，由教务处再集体汇总所有院系的上报数据后再具体安排老师在什么时间什么地点上具体班级的课。

传统的人工排课，主要问题是不可控因素多，且工作繁琐，工作量巨大，计算机软件技术应用于高校排课已经迫在眉睫。充分发挥计算机速度上的优势，利用计算机软件辅助排课，既提高了排课工作的科学性，又可大大减轻做工人员的工作强度，提高工作效率，从而使学校教务管理工作迈上一个新台阶。

目前，大多数的排课系统始终没有一个合理的通用算法。由于各学校的实际情况不同，所以排课时如何充分利用教学资源成为排課系统的关键。

安排课程对于高校这一群体至关重要，成为每学期教学运行管理人员的核心工作。对于每个学校来说，每当一个新学期开始，首要任务就是该学期的课程如何安排的问题，而课程安排又涉及年级、班级、教师、课程等方方面面的因素。如何排出一个好且适用的课程表，是一项复杂的系统工程。

2 研究内容

本课题重点解决高校院系的专业课程安排问题，根据院系的专业人才培养方案与具体课程情况，即由教研室主任首先确定本教研室在本学期将开设的所有课程，然后把课程合理安排给本教研室的老师；院系办公室人员汇总各教研室课程数据后，再统计还没有安排下去的课程，根据整个院系老师的任课情况，结合实际把课程全部安排下去，最后形成一个汇总结果数据与教务处的排课系统实现无缝对接。

即建立一个人和机器都容易理解的知识系统，运用语义WEB技术建立机器理解的知识和规则，将课程资源和教师资源分别用本体和逻辑规则来表示，进而实现系统的智能化和通用化。

基于语义WEB技术的专业课安排的分析和决策研究为高校院系的专业课程安排工作提供全程无纸化的业务支持，提供一整套从专业人才培养方案课程导入、确定学期课程、课程安排、数据统计、数据上报，到与教务系统实现无缝对接的信息化管理解决方案，并具备多条件查询，排课数据导入导出等实用功能。

3 项目具体分析与实施

3.1 项目分析

通过深入调研和实体考查，以及和院系管理人员的充分沟通，发现在以前的专业排课系统中存在诸多难题：如院办要根据培养方案统计整理出所有的课程情况，即每个专业在每个学期上的所有专业课程的情况；所有专业课程隶属于教研室的情况；所有专业教师隶属于教研室的情况；汇总、统计及调整专业排课情况。

整个系统分为四种角色，即系统专业管理员、系办主任、教研室主任、教师；而每个角色具有如下功能。

1）系统管理员功能

确定教学大纲；系办主任信息维护，包括添加、修改和删除系办主任信息。

2）系办主任功能

（1）基础信息维护，包括学年、学期的设置；排课时间段的设置；专业信息的管理维护；教研室信息的管理维护；班级信息的管理维护。其中，专业班级应该能根据当前系统学年根据一定的智能规则自动生成院系专业班级。

（2）公告管理。公告信息的维护，即系办主任发布对专业课排课工作的最新安排，提示教研室主任在正确的排课时间段内安排本教研室的专业课程；专业老师可以实时查看本人的任课信息。

（3）教师信息维护，即教师信息的添加、修改和删除。这里的教师应包括两种角色，一是教研室主任，另外一种是普通教师；值得注意的是院系领导也应隶属于这两种角色，并属于某个教研室；为了满足系统出现大数据时的情况，系统应支持批量添加和批量维护。

（4）课程信息维护。根据制定好的培养方案和教学大纲，包括要开设的所有课程信息进行添加、修改和删除功能，这里的课程包括专业课、专业基础课及选修课，同时支持课程信息的成批导入。

（5）查看排课情况；具体包括各教研室排课情况、所有教研室的综合排课结果、教师任务量排名和曾经上过该课的教师信息；查看历年各教研室的综合排课情况，这些数据作为院办进行排课微调时的参考数据。

（6）课程微调。综合各教研室提交上来的排课结果，结合教师的专业及历史上课信息，把还未安排下去的课程安排给特定教师。

（7）导出排课信息；即根据教务管理系统的格式要求，导出院系专业教师课程表，并按照学期为单位排列数据。

（8）数据库备份与恢复；即实现将当前数据库整体备份整体恢复，为了提高备份和回复是效率，系统支持在特定情况下的增量备份。

（9）密码修改。

3）教研室主任功能

（1）根据已有教学大纲信息，确定本教研室当前学期要开设的所有选修课；

（2）查看本教研室的所有教师信息；

（3）教研室主任排课。将属于本教研室的所有课程安排到属于本教研室的教师；

（4）查看本教研室的历史排课情况；

（5）查看本教研室的排课结果；

（6）查看本教研室的教师任务量排名。

（7）密码修改。

4）教师功能

（1）查看教师本人在当前学年学期的排课情况；

（2）查看教师本人历年的任课情况；

（3）密码修改.

3.2 拟解决的关键问题

1）教师资源和课程资源的逻辑规则表示

利用大数据的理论，借助于关联算法把课程资源从院系的专业培养方案中抽取出来，获取到所有专业在所有学期的开设专业课的情况，再从院系提供的大量数据中抽取到教师和课程的隶属教研室情况。

2）与其他业务系统的无缝对接

为了能从院系的其他业务中获取数据，系统需要实现Excel数据导入功能；而为了和教务系统实现无缝对接，系统需要提供满足教务系统要求的专业排课数据，系统需要实现Excel数据的对接。

3）服务器对高并发的控制

为了使系统数据更加高效和准确，系统采用了线性队列的处理方法对高并发数据进行控制，确保在数据大量并发情形下数据的高度一致性。

3.3 安全与创新

1）优化信息登录。通过采取分布式验证和动态密钥，结合登录信息过滤等手段，进一步提高了信息验证速度，最大程度实现非法请求信息拦截。

2）权限与角色功能优化。采取角色与权限设计关联规则、动态权限设置，实现角色管理与功能权限的动态管理。

3）数据库信息加密。分别采取DES和MD5等加密方式，实现用户名、密码、数据库、端口等关键信息加密，最大程度地保障系统信息通信安全。

4）完整性约束。系统中合理利用数据约束，保持各种记录信息的完整性，信息记录内容不能为空；各种数据间相互联系的正确性；相同数据在不同记录中的一致性。保证主关键字（被引用表）和外部关键字（引用表）之间的参照关系。

3.4 专业课排课系统特点

利用系统实现专业课安排，相比于传统的排课方式，本系统带有如下特点：

（1）充分满足了排课数據的实时性要求，最大限度地减少了数据冗余；

（2）能满足不同类型的课表查询要求；

（3）极大地方便了期末时教师对于教学工作量的计算与统计；

（4）具备极强的课程信息化管理功能，包含了教师及课程的合理安排与调度等功能；

（5）方便了教务管理系统的课程管理。

4 结束语

研究并解决高校中院系的专业课程安排问题，根据院系制定的专业人才培养方案和具体专业课程情况，实现院办把课程资源安排到教研室，教研室主任把课程安排给本教研室的专任教师，然后由系办综合统计，再酌情安排剩余课程资源，最后把排课结果提交到教务处，整个流程实现规范、高效，既提高了排课效率，又进一步提升整个院系教学质量和教研水平，达到建立优良的教学秩序的目的。

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