教室管理系统设计与实现本科毕业设计论文.docx

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教室管理系统设计与实现本科毕业设计论文

本科毕业设计（论文）

基于APM的教室管理系统的设计与实现

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

燕山大学毕业设计（论文）任务书

学院：

信息科学与工程学院系级教学单位：

计算机科学与技术

学

号

学生

姓名

专业

班级

题

目

题目名称

基于APM的教室管理系统的设计与实现

题目性质

1.理工类：

工程设计（）；工程技术实验研究型（）；

理论研究型（）；计算机软件型（√）；综合型（）。

2.文管类（）；3.外语类（）；4.艺术类（）。

题目类型

1.毕业设计（√）2.论文（）

题目来源

科研课题（）生产实际（）自选题目（√）

主

要

内

容

1、搭建Apache+PHP+MySQL集成开发环境。

2、完成教室管理系统的需求分析和设计。

3、实现教室管理系统的基本功能。

4、研究根据课表和教室情况等已知条件，自动分配教室的算法。

5、根据上述算法，在系统中实现教室自动分配功能。

基

本

要

求

1、开发环境：

Apache+PHP+MySQL集成开发环境。

2、要求实现教室管理系统的基本功能，软件界面要友好。

3、要求实现教室自动分配功能。

参

考

资

料

1、在线文档.MySQL5.1参考手册.

2、在线文档.PHP手册.

3、湛德照.高校自动排课系统的算法研究与实现.重庆：

重庆大学硕士学位论文,2006

周次

1—4周

5—8周

9—12周

13—16周

17—18周

应

完

成

的

内

容

查阅文献，进行需求分析和总体设计

实现教室管理系统的基本功能

研究教室自动分配的算法

实现教室自动分配功能，整个系统调试

撰写论文、准备答辩

指导教师：

焦移山

职称：

讲师2011年3月5日

系级教学单位审批：

年月日

摘要

在信息化的今天，使用信息管理系统对数据进行管理已经代替了手工管理的方式，该论文研究的高校教室管理作为教务信息管理系统的一部分，旨在设计一个基于B/S模式的具有管理系统基本功能和自动排课功能的教室管理系统。

系统的开发过程中采用了软件工程传统方法学中的快速原型法，论文中首先介绍了开发的背景、目的和确定采用APM（Apache+PHP+MySQL）集成开发环境；其次对该系统进行了需求分析，从用户角度描述系统的功能要求；再次论述对系统的总体设计，确定系统的所有的功能模块并对数据库进行了设计；最后描述了各个模块的具体功能并介绍了程序中的主要算法，附带了系统主要界面的图片。

系统开发使用了PHP和HTML分别作为后台和前台开发语言，通过禁忌搜索和回溯方法实现了自动排课算法，最终实现了教室管理系统的设计。

关键词　教室管理系统；APM；排课算法；禁忌搜索

Abstract

Intheinformationtoday,usinginformationmanagementsystemofdatamanagementhasreplacedmanualmanagement,thispaperstudiesthewaythecollegeclassroommanagementaspartoftheacademicinformationmanagement,whichaimstodesignabasedonB/Smodelclassroommanagementsystemwithbasicfunctionofmanagementsystemandautomaticcoursearrangement.

Thissystemisadoptedinthedevelopmentprocessofsoftwareengineeringtraditionalmethodsofrapidprototypingmethod,thispaperfirstlyintroducesthebackground,thesystemdevelopmentobjectivesandsuretouseAPM（Apache+PHP+MySQL）integrateddevelopmentenvironment;Secondofthesystemfromtherequirementanalysis,thispaperdescribesthefunctionofthesystemuserrequirements;Forsystemdiscussedagain,theoveralldesignsystemisdeterminedbythefunctionmoduleandalltoadatabasedesign;Finally,itisdescribesthespecificfunctionofeachmodule,andintroducesthemostmainalgorithms,andprogramwithsystemmainlyinterfacepictures.

SystemdevelopmentusingPHPandHTMLbackendsandfrontdeskdevelopmentrespectivelyaslanguage,throughtabusearchandretrospectivemethodrealizestheautomaticcoursearrangementalgorithm,andfinallyachievedthedesignofclassroommanagementsystem.

Keywords　ClassroomManagementSystem;APM;ArrangementAlgorithm;

TabuSearch

第1章绪论

1.1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。

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。

1.2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O-1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ArabindaTripathy、加拿大Montreal大学的JeanAubin和JacquesFerland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。

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（AUniversityTimetableSchedulingSystem）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。

1.3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。

1.4课题研究主要内容

该课题主要研究主要内容有：

（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

2.1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。

2.1.1APM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。

ApacheHTTPServer（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（HypertextPreprocessor）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Internet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：

（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。

2.1.2HTMLCSS和JavaScript

HTML（HyperTextMark-upLanguage）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（CascadingStyleSheet，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。

2.1.3Dreamweaver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]。

选用Dreamweaver作为开发工具的主要原因是：

（1）该软件属于所见以所得的可视化开发工具，能减轻系统前台开发的工作量。

（2）软件支持Frame框架、JavaScript脚本、CSS样式表以及DIV模块的可视化开发，可以系统开发的功能满足需求。

（3）PHP语言属于解释执行语言，不需要编译即可执行，Dreamweaver软件可以完成PHP脚本的编写。

2.2相关理论

设计排课算法时，为了使教师以及学生在同一时间最多只能出席一门课程，使用了图论中的无向图来体现课程之间的冲