机房实训课排课原则及优化方法

贾志君

（山西省阳泉职业技术学院 山西省阳泉市 045000）

机房作为计算机知识教授和实践的场所，其重要性显而易见。机房有联网的多媒体、相关配套设施及软件支持。在专业机房，教师可采用多种多样的讲学方式，通过讲练结合，课堂进行辅导联系，灵活高效的教学过程，大大提高了教学效率和质量。机房实训课程包含的内容也相对丰富，除了基础课，针对不同专业的学生会开设不同内容的课程；另外,机房除了固定的上课时间，还会安排学生自行练习的时间，其占用时间非常灵活；最后机房包含软硬件，因此需要设置门禁，需要频繁地与管理员联系开启或关闭权限，大大降低了效率。因此，完善的机房实训课排课系统起到关键的作用。

1 排课原则

为了保证机房实训课有序进行，满足多人员、多机房以及多时间使用的要求，目前，要求机房满足以下排课原则。

1.1 以人为本

以人文本，包含两方面，一方面是指满足人员的要求，包括对授课内容的编排，授课方式的选取，授课地点以及时间的安排。授课内容需要多样化，其知识深浅满足不同专业人员要求；授课方式多样化，结合不同课程内容，选用不同授课方式；授课地点，根据教师以及班级上一节课的上课地点，就近选择，并且根据上课人数，选择不同地点；授课时间也会根据人员情况自行选择。另一方面以人为本是根据不同时间段的人体疲劳和接受新知识的程度来进行排课，比如上午人体精力充沛，可以安排一些理论知识的教学，而下午人体相对比较困乏，可以安排较为生动的实操课程。晚上则可以安排少量老师开展白天教学的答疑工作。

1.2 资源合理利用

这里的资源包含教师资源和机房软硬件资源。一名教师会教授多项课程，因此要根据教师的其他教授课程以及时间来整体规划，确保精准排课，避免矛盾排课，如一名老师同一时间教授两节课或者连续安排多个课程，都会产生冲突或者降低教学质量。机房软硬件资源也同理，实现数据可视化，确保实时上传软硬件状态，并可随时进行查询调整。

1.3 信息安全和权限设定

设置专人进行信息安全和权限设定。信息安全对于开设机房实训课的学校或者机构都是非常重要的。另外，对机房网络设置权限，仅提供教授内容涉及的所需权限，确保人员在整个课程中不会受其他干扰或者诱惑，提高课堂效率。

1.4 制定科学、高效排课计划

目前，各高校以及培训机构都已经普遍使用排课系统进行排课。学生，教师以及机房管理员都可方便地登入系统，进行科学，有效地排课。排课系统实施更新，并运算排课的合理性，智能地安排课程。

2 排课现有问题和优化方法

2.1 排课软件的优化

现有的排课软件多种多样，其使用的排课原理也不尽相同。其中运用最多，发展最为成熟的排课原理是遗传算法，近80%的排课软件均基于遗传算法。本文研究的排课软件也是基于遗传算法的原理。

2.1.1 遗传算法概述

遗传算法（GeneticAlgorithm，简称GA），其最早是由美国的 John holland于20世纪70年代提出，该算法是根据大自然中生物体进化规律而设计提出的。是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。该算法通过数学的方式，利用计算机仿真运算，将问题的求解过程转换成类似生物进化中的染色体基因的交叉、变异等过程。在求解较为复杂的组合优化问题时，相对一些常规的优化算法,通常能够较快地获得较好的优化结果。遗传算法已被人们广泛地应用于组合优化、机器学习、信号处理、自适应控制和人工生命等领域[1]。

2.1.2 遗传算法基本原理

图1：排课系统优化前算法流程图

图2：排课系统优化后算法流程图

图3：排课系统输入输出模型

遗传算法的基本原理既然是通过达尔文的进化论演变而来，因此最终是需要满足最优基因搭配的要求，输入的各项因子，通过函数去计算其满足度，然后进行迭代运算，其中满足度高的参数被锁定下来然后进入下一阶段的运算，而满足度不高的参数则被淘汰，最终被锁定下来的参数会形成一个参数组群，最终成为解决问题的最优基因，并遗传下去。

2.1.3 遗传算法执行要素

从遗传算法的基本原理可以看出，其执行要素包含初始群组、各项计算指标初始数值、满足度评价函数以及判断最终停止运算的判定条件。其中多项输入的初始因子水平会先形成一个初始群组，其并不是固定或者是计算出来的，大部门情况下是基于有经验的人员初步设定的；各项计算指标初始数值、满足度评价函数是为了计算出满足度；确定停止运算的判定条件是为了防止运算无限循环下去，设置一个范围，达到要求后，便可停止运算。

2.1.4 排课软件的现有问题和优化方法

（1）群组大小设定。

基于现有排课原则，其群组大小是固定的，未经过计算去找到最优群组大小。因此，导致了运算冗长，迭代次数过多。优化后，运算前会先寻找最优群组大小，再进行运算。

（2）编码方式选择。

目前排课系统，是通过二进制进行编码，但目前有很多案例显示，在多个连续变量同时运行的情况下，二维码编码的缺陷以及局限性便开始显现，其构建的立体模型变的不够稳固。优化后，采用实数编码规则进行编码，通过实数编码，构建的模型均由实数完成，模型结构稳固，并且运算更加准确。

（3）冲突解决。

目前的排课原则，对于软硬性约束条件设置这一块考虑的不是很完善，将重点放在硬性约束条件的设置上，很容易导致老师的授课时间以及机房的使用时间段以及机房使用编号存在冲突。而这些冲突往往是经过了长时间运算才显现出来，大大降低了运算的准确性，评价冲突的参数目标值选择不合理，导致运算一致循环进行。优化后，对输出的值实现设定一个合理的概率值，以避免冲突发生且大大缩短运算时长。

（4）排课系统优化前后算法流程对比。

排课系统优化前后算法流程对比如图1和2。

2.2 排课宏观流程的优化

机房实训课的资源包含教师资源、机房资源和软硬件资源。如何在资源有限的情况下满足教学要求，则要实现资源的最大化利用。

从图3排课系统输入输出模型，由图可以看出整个排课的宏观流程，其中包含信息的输入，信息的运算及信息的输出。

排课宏观流程中，输入的信息种类多，如何系统地整合并归类分析好输入的信息，值得深入研究。在机房实训课排课的过程中，需要将输入的基础信息进行合理规划分析以提高机房实训课的排课效率。其中基础信息包含教师、课程、班级、时间和教室等信息，实现多项资源的最大化利用可以大大节约成本。排课过程中，要有效对教室资源、学生专业班级资源、课程资源、教师资源，根据时间进行全面分析，结合不同资源和所学专业，对公共课进行合理排课。教室资源指的机房以及机房里的硬件资源，在排课的过程中，要有效对课程进行合理规划以及性质分析，从而进一步实现机房实训课教学工作的顺利进行；学生班级资源，指的是在机房实训课排课期间，对专业班级信息、人数、总数进行全面了解，进而能够有针对性地来完成相关排课工作；课程资源和教师资源指的是，在机房实训课排课的过程中，课程排课管理系统要全面对课程名称、性质、总学时、考核方式等信息进行了解，采用统筹全局、合理安排的方式，及时找出机房实训课排课过程中存在的问题和不足，进而及时根据问题对课程的安排进行有效优化和创新，达到查缺补漏的目的。

完成输入信息的录入和整理后，通过强大的排课系统，可以实现资源的最大化利用，最后输出的基本结果包含教师课表、班级课表和学生课表。

对于输出的教师课表、班级课表和学生课表，并不是一旦输出，便整个模型运行结束，一旦输出的课表出现任何变动，变动的内容又会变成输入的信息，重新运行排课系统输入输出模型，这是一个动态过程，完成实时运行和更新。

虽然通过排课系统进行排课，但是系统也有可能存在漏洞，所以需要人员进行审核，加强对排课后期课表的调整和审核。由于需要人工审核，需要设定明确的审核事项以及评定标准，将标准文件化，避免不同人员对评判结果造成影响。另外，现有的信息会进行动态循环，但也有可能会新增信息，比如新学期新增学生，教师的人员流动，教室的硬件或软件升级以及新增课程，都会成为新的输入信息，遇到这种情况，也需要导入模型进行循环运算。这些需要有完善的监督机制，确保信息录入及时。最后，采用定期抽查的方式完善教学反馈机制，及时了解机房实训课排课过程中存在的各种异常情况，并设置专门小组对反馈的异常和信息进行归纳，总结出问题点，并进行限时整改，验证并追踪改善后的效果，突出广大师生在排课中的主导性和主体性，进一步推动教学质量的稳定发展和创新。

2.3 将课表和输入项（教师、班级、教室等）备忘录结合

在排课系统中增加输入项备忘录的输入功能，其作用是能完成提前规划，避免临时出现问题，短时间没有解决对策。

其中输入项包含教师、班级、教室等一切有可能发生变动的因素。例如，某教师在两个月之后预约了医院体检，然而在当天有其课程安排，该教师可以在得知预约医院体检消息的当天就将该信息作为备忘录输入排课系统，系统将其作为输入，进行运算，安排其他教师进行授课。同理，如果机房计划在下半年进行分批软硬件升级，或者某班级某天安排班级活动，这些提前得知的信息，均可作为备忘录导入系统，提前进行课表的调整，避免教学中的突发状况。

建立备忘录并与课表系统结合，不仅可以避免教学中的突发状况，也可以大大提高资源的利用率，后续也可以将设定特色教学课程与排课系统结合，有利于实现机房实训课的多样化，为培养专业人才提供了更多机会。

机房实训课已经越来越普及，其排课的合理性、灵活性以及多样性也成为研究的热门内容，排课软件的不断更新，使用界面的不断优化也大大提高了排课的准确性和时效性。