K12基础教育阶段自动排课业务模型.docx
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K12基础教育阶段自动排课业务模型
自动排课业务规则
需求概述
课程表是一个学校日常教学工作和其他各项活动的指挥调度表。
它不仅是学生和教师上课的依据,对学校其他工作的统一安排也有直接影响。
学校排课工作是执行教学计划、实现学校培养目标的重要一环,是学校教学教务管理工作中最基本而又非常重要的一项。
排课是每个学期都必须面临的一件繁重的日常教务工作,是为下学期教学工作能顺利组织实施的一个前提条件。
排课管理是学校每个学期教学教务管理工作的一个主要内容,是整个综合教学教务管理系统中必不可少的部分。
排课也是一项复杂而精细的工作,需要考虑的因素很多,涉及到方方面面,归纳起来主要有五方面相互作用、相互关联的因素,即课程、教师、时间(作息)、班级以及教室。
如何把各要素科学、规范、高效地进行优化组合,以保证教学秩序的稳定,促进教学质量的提高,是每个学校和排课老师都需要面临的问题。
排课总结起来就是最大化利用学校教学资源解决各类冲突的一个过程,最终目的是在满足各种规则的前提下排出最合理的课表。
所以评判课表质量的标准就是对各类规则的满足程度,满足度越高,课表质量越好,排课教师调整的工作量就越小,从而大量节省排课老师的工作量,提高工作效率。
业务流程
学生选课分班流程暂时不考虑,这部分工作可以抽象成单独的业务进行处理,处理结果是多个排课组,可以理解成传统排课的年级固定课或者年级合班课,排课时会按照预排课程优先处理。
3排课前置条件
正式排课之前,需要首先确定排课的前置条件,也就是要收集学校的排课基础数据,主要包括:
学年学期、届、学校、年级班级、作息时间、教
室、学校课程、学科、学校课程、年级课程、教室任课、课时、教师、学生。
学年学期:
公立校大部分情况是一学年包括两个学期,比如2017-2018学年-第一学期,学期必须要有(教学)开始日期和(教学)结束日期,设
置本学期有多少教学周,比如第一学期开始日期是2017年9月1日,结束日期是2018年2月25日,教学周是23周,设置这些数据的目的是为了
按周或者按日期应用课表,同时可以解决学校单双周课表的业务,查询课表时系统根据当前日期自动显示相应周的课表。
学校的排课业务是一学期安排一次课表,部分学校可能会一学年安排一次课表,不同学期的课表是不同的,所以排课之前首先要确定本课表所属学年学期,以保证课表的正常显示。
届:
设置年级是必须选择所属届。
学校:
设置学校,课表要有学校属性,一般情况下,一个学校一张课表,不同学校之前的课表是不同的,针对多校区的情况在创建课表的时候应首先确定课表所属学校。
年级班级:
学校下可以创建多个年级,年级必须选择所属届,年级下可以创建多个班级,创建课表时候选择所属学校,自动关联该学校下的年级并选择年级,目的是为了确定参与排课的行政班级,班级是排课业务的主要维度之一。
作息时间:
设置的参数包括一周上几天课、上午节课、下午几节课、每节课的开始结束时间,目的是为了确定排课总课时数,比如设置一周上5天,上午4节,下午4节,则表示周课时为5*(4+4)=40节课。
还可以通过作息时间确定上午最后一节课和下午第一节课,排课时通过这个参数可以判断老师是否上下午连续排课了,一般情况下,老师上午最后一节如果排课了,下午第一节一般不能排课,让老师可以有充分的午休时间。
教室:
学生上课是必须要有上课地点,一般情况下,行政班上课的课程都是在各班教室上课,选课走班课程需要在不同教室去上课,通过设定班级上课的教室可以验证同一时间是否有教室冲突,比如操场最多容纳3个班级同时上课,则排课时不能安排超过3个班去上体育课。
学科:
课程的上一级分类,比如物理和物理会考课程都属于物理学科。
学校课程:
学校开设的所有的课程的集合,课程必须有所属学科、简称、排序号等属性。
比如语文,简称语、排序号1
年级课程:
从学校课程中选择每个年级下开设的课程。
教师任课:
设定每个班级、课程的任课教师和课时。
合班课:
设置合班上课的课程、班级、课时,比如初一1、2班体育合班上课,课时为2
以上是排课前需要准备的基础数据,目的是为了获取排课的几个重要维度,包括作息时间、班级、课程、任课、课时。
这时就可以创建一个课表了,在创建课表时要选择该课表所属学年学期、所属学校、包括的排课年级班级,系统首先根据作息时间和班级生成排课区域,然后根据学校课程、任课、课时生成待排课程,最后把待排课程安排到排课区域中,如下图所示:
如果是选课走班排课,除以上基础数据以外,还需要收集学生选课结果,然后根据走班课程教师任课数据、可用教室数量、班级容量、男女比例、
学科平均分等条件进行自动分班分组,生成排课教学班,最终通过对教学班按照学生不冲突的原则进行重新组合形成排课组,排课组内包括多个教学班,有课时属性。
学生选课结果:
根据高考改革政策,学生进行课程选择,部分地区高中从理、化、生、政、史、地6门科目中任选3门,即3+3选课;部分地区高中从物理和历史中选择1门,从剩下的化学、生物、地理、政治4门课程中选择2门,即3+1+2选课;学生选课结束后,系统能自动统计出学生课程结果、组合结果、学生结果。
教学班:
根据学生的选课结果和学校教室、教师、班容量等资源,系统按照三科走班的方式自动分出多个教学班,并且为每一个教学班分配学生、安排任课教师、安排教室,比如物理1班就是一个区别于行政班的教学班,物理1班包括的学生可能来源于同一年级的多个行政班,排课时教学班将作为走班排课的一个维度。
排课组:
系统根据学生的选课结果自动生成教学班的同时,也会自动生成排课组,目的是提前处理学生冲突,生成多少排课组?
排课组课时是多少?
这些都是由学生选课总课时和每个课程的课时决定的,每个排课组包括多个教学班,各教学班的任课教师和安排的教室都不冲突,一个排课组必然是包含整个年级的全部学生,这样才能做到提前解决学生冲突,在自动排课时,一个排课组可以当成一个年级固定课或者年级合班课去处理,比如把排课组1安排到初三年级的周一第5节,则表示整个初三年级的所有班级、学生在周一第5节都上排课组1的课程。
4排课规则
准备好学校的排课基础数据后,实际上排课教师就可以进行手动排课了,在这个过程中,排课教师要人工考虑各种规则和冲突,班级较多的情况下,教师的工作量非常大,所以学校非常希望排课系统可以实现自动排课,在自动排课过程中要最大程度的满足学校设定的各种排课规则,规则满足
度越高,课表质量越好。
以下是详细说明自动排课中计算机需要遵循的各种规则。
一)必须遵守的规则
教师冲突:
一个任课教师在同一时间只能在一个班级上课,例如周一第1节王元康在1班上语文课,则此时不能同时在2班上课。
学生冲突:
一个学生在同一时间只能去一个班级上课,例如周一第一节学生王思琪在3班教室上物理课程,则此时不能再安排上其他班
级课程。
传统排课不需要考虑学生冲突问题,但是学生一旦开始走班上课,就要考虑学生所在教学班和排课冲突问题,并最终能为每一
个学生生成一张课表。
(实际上在学生选课分班业务过程中已经提前解决了学生冲突问题,排课时按照最终的分班和分组结果预排课程就
不会出现学生冲突的问题)
课时限制:
某个课程在某班级排课时不能超过该课程的课时数,例如1班语文5课时,则在1班能且只能排5节语文。
课程不排课时间:
表示某课程在不能排课的时间,比如语文周二上午是区教研时间,设定为语文上午第1-4节不能排课,则自动排课的时候不能在这个时间段安排语文课程。
班级不排课时间:
表示某个班级不能排课的时间,比如设定初一年级所有班级周五第8节不排课,则自动排课时初一年级所有班级的所
有课程都不能排在周五第8节。
教师不排课时间:
表示某些教师不能排课的时间,比如设定初一1、2班的语文老师王元康周三下午不能排课,则自动排课时1、2班每
周三下午都不能安排语文课程。
固定课程:
表示一个班级或者年级固定时间安排的课程,比如初二年级所有班级周二下午第2节固定安排班会课程。
场地限制:
表示有些课程可能会受场地因素限制不能同时安排多节课,比如学校操作最多能容纳4个班上体育课,则同一时间,全校最
多有4个班级可以安排体育课,超过4个班级则无法正常上课。
合班课程:
表示多个班级在同一时间上同样的课程,比如1、2班体育合班上课,则1班和2班的体育排课的时候安排在同一时间。
互斥规则:
如果设置了多个教师互斥且设置了互斥顺序,则表示这几个老师不能同时排课,比如设置王元康和安志刚是互斥老师,则王
元康和安志刚不能同时上课,此时如果设置王元康序号是1,安志刚序号是2,则在一轮教案中必须先安排王元康先上课,再安排安志刚上课。
日课时限制:
表示任课教师一天内的排课数量不能超过某个数值,比如设置日课时显示为4,则表示任何一个排课老师每天的排课数量不能超过4节。
(放在其他规则里)
二)尽量满足的规则
教案对齐(优先级高):
教案对齐也称教案齐平、进度一致,针对的是一个任课教师教授多个班级的情况,表示该教师所教的几个班级在教学进度上必须保持一致,例如王元康教1、2班语文,不考虑连排课的情况下,如果先排了1班语文,则在排1班下一节语文之前必须
先给2班语文排一节课,这称为一轮教案,如果第一轮教案先排的1班语文,那么在第二轮教案时应该先排2班语文,以避免每次都是
1班先上语文的情况,下图是一个标准的教师课表。
XX一中陈平安教师课表
课节
星期一
星期二
星期三
星期四
星期五
上午
1
16班-语文-507
2
14班-语文-412
16班-语文-507
3
16班-语文-507
16班-语文-507
14班-语文-412
4
14班-语文-412
14班-语文-412
5
下午
6
14班-语文-412
16班-语文-507
7
16班-语文-507
14班-语文-412
8
9
班级进度一致:
班级进度是教案对齐的一种形式,针对的是相同课程的不同任课老师,表示相同课程的任课老师在教学进度上也必须要保持一致,方便教师集体备课。
比如王元康教1、2班语文,安志刚教3、4班语文,则1、2班语文开始上第二节课之前,3、4班必须
已经上完一个教案了。
不能出现1、2班的语文在星期一、二、三已经上完,3、4班星期二或者三才开始上语文。
听课代课规则:
表示相同科目的老师不能都同时上课,方便同学科老师相互听课或者代课,比如语文有4个老师,这四个老师不能在同一节课都有课,但是可以两个或者三个老师同时排课。
周课时均匀(优先级高):
表示某课程在一周内均匀分布,针对周课时比较多的课程,在一周内尽量上下午都有课,不能出现某课程都安排在上午或者都安排到下午的情况,一般情况是主科上午多点,下午少点,副科是上午少点,下午多点,并且不能出现某个老师每天早上或者下午第一节都排课的
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