（电气工程专业论文）基于数据挖掘技术的电力高职排调课系统的模型研究.pdf

重庆大学高校教师硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着高等职业技术教育的快速发展，高职教学管理排调课工作模式发生了巨 大转变。依托校园计算机网络，电力高职学校采用先进的管理理念和计算机管理 信息系统理论及其相关新技术，实施教育教学过程网络化、信息化管理，构建和 完善电力高职排调课系统，不仅是学校教学管理改革、创新的需要，也是优化、 整合学校教学资源配置，提高办学水平和效益的必需。 论文依据重庆电专具体的教务管理模式，结合排调课工作管理现状，采用面 向对象的系统开发方法进行电力高职排调课系统的模型研究。旨在丰富电力高职 排调课系统系统分析方法和模型建立，并借助先进的计算机及相关理论为排调课 系统的二次开发提供有力的技术支持。 论文针对电力高职教育的发展形势。分析重庆电专为探索具有电力行业特色 的电力高职教育发展道路而实施的一系列教育教学改革和管理创新，并对作为直 接支持学校教学组织及运行职能，保障教学管理改革、创新实施的教务排调课系 统，提出其适应电力高职特色要求的构建与完善的紧迫性，通过对学校教学管理 工作流程的调研、分析及优化，建立重庆电专教学管理业务流程图，提出了电力 高职排调课系统的用户需求和功能架构，并采用u m l 建模语言，通过图示化的方 法来描述用户的真正需求，构建自动排课子系统需求分析模型。同时，遵循业务 再造的思想，分析商职教学管理排调课系统数据流，构造重庆电专排调课系统逻 辑模型。 论文分析排课的基本思路和基本约束要求，探讨高职教育教学活动的特点及 其心理分析，并依据数据挖掘技术分类分析的决策树算法，分析影响学生学习效 果的因素，提出重庆电专排调课系统排课决策规则和排课约束条件的技术特征。 依据排课决策规则，建立决策树排课参考模型，引入“优度”变量，采用。优度” 函数，重新评价资源匹配优先级，完成排课约束条件参数修改，构建重庆电专摔 课问题数学模型，并采用基于优先级的资源匹配算法予以实现。 最后，论文运用中问件技术，提出基于c ，s 和b s 相结合的重庆电专排调课 系统三层体系架构设计。阐明系统的技术实现平台。 关键词：高职教育，教学资源，排调课系统模型，数据挖掘 重庆大学高校教师硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fh i g h e rv o c a t i o n a le d u c a t i o n , t h ew o r k i n gs t y l eo f h i g h e rv o c a t i o n a lc o l l e g et e a c h i n gm a n a g e m e n ti nc o u r s es c h e d u l i n gw i l lc a r r yo u t g r e a tc h a n g e s w i t ht h eh e l po fc a m p u sc o m p u t e rn e t w o r k s , e l e c t r i cp o w e rh i g h e r v o c a t i o n a l c o l l e g ea d o p t s f o r e r u n n e r sm a n a g e m e n tp r i n c i p l ea n dt h ec a l c u l a t o r m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e mt h e o r i e s , r e l a t e sn e wt e c h n i q u e a n d a p p l i e s i n f o r m a t i o n - b a s e dm a n a g e m e n tt ot h et e a c h i n gp r o e c s $ ，w a n gt op e r f e c tt h ec o u r s e s c h e d u l i n gs y s t e m t h i si sn o to n l ye s s e n t i a lf o rt h er e f o r ma n dc r e a t i o no ft e a c h i n g m a n a g e m e n t , b u ta l s of o ro p t i m i z i n ga n di n t e g r a t i n gt h et e a c h i n gr e s o r r o 鹤o ft h e c o l l e g ea n di m p r o v i n gt h et e a c h i n gl e v e la n dp e r f o r m a n c e t h i st h e s i si sb a s e d0 1 1t h ee d u c a t i o n a lm a n a g e m e n tm o d eo ft h ee l e c t r i cp o w e r h i g h e rv o c a t i o n a lc o l l e g e ，c o m b i n i n gw i t ht h ep r e s e n tc o n d i t i o no fc o u r s es c h e d u l i n g w o r km a n a g e m e n t , a d o p t i n gt h es y s t e md e v e l o p m e n tm e t h o do ff a c i n gt ot h eo b j e c tt o s t u d yo nc o u r s es c h e d u l i n gs y s t e mm o d e lo ft h ee l e c t r i cp o w e rh i g h e rv o c a t i o n a l c o l l e g e i ta i m sa te n r i c h i n gt h ea n a l y s i sm e t h o do ft h ec o u r s es c h e d u l i n gs y s t e m , e s t a b l i s h i n gt h em o d e li nt h ec o u r s es c h e d u l i n gs y s t e mo f t h ee l e c t r i cp o w e rh i g h e r v o c a t i o n a lc o l l e g ea n dm a k i n gu s eo ft h ee a l e u i a t o ra n dr e l a t e dt h e o r i e st op r o v i d et h e e m o l l i e n tt e c h n i q u es u p p o r ti no r d e rt od e v e l o p i n gt h ec o u r s es c h e d u l i n gs y s t e m f u r t h e r a c c o r d i n gt ot h ee d u c a t i o n a ld e v e l o p m e n ts i t u a t i o no ft h ee l e c t r i cp o w e rh i g h e r v o c a t i o n a lc o l l e g e ，t h i st h e s i sa n a l y z i n gt h ei m p l e m e n t a t i o no fas e r i e so fe d u c a t i o n a l r e f o r ma n dm a n a g e m e n ti n n o v a t i o ni no r d e rt oi n v e s t i g a t et h ee l e c t r i cp o w e rh i g h e r v o c a t i o n a ld e v e l o p m e n tw i t ht h ee l e c t r i cp o w e rp r o f e s s i o ns p e c i a lf e a t u r e s ，a n dp u t f o r w a r dt h eu r g e n c yo ft h er e q u e s tt h a tc i r c u l a t et h ew o r k i n gt a l e n tt o w a r d sb e i n gt h e t e a c h i n go ft h ed i r e c ts u p p o r tc o l l e g eo r g a n i z a t i o nt os e tu pp e r f e c t l yf o ra d a p t i n gt h e e l e c t r i cp o w e rh i g h e rv o c a t i o n a ls p e c i a lf e a t u r e st og u a r a n t e et h et e a c h i n gm a n a g e m e n t r e f o r ma n dc r e a t i v ei m p l e m e n t a t i o n w i t ht h ei n v e s t i g a t i o no ft e a c h i n gm a n a g e m e n t , t h i st h e s i sa n a l y z e st h ew o r k f l o wa n de x c e l l e n tt u r n , b u i l d s 印t h et e a c h i n gm a n a g e m e n t b u s i n e s sf l o wc h a r to ft h ee l e c t r i cp o w e rh i g h e rv o c a t i o n a lc o l l e g e ，p u t sf o 御a r dt h e c t l s t o m e rn e e da n dt h ef u n c t i o ns l x u c u n 岱o ft h ec o u r s es c h e d u l i n gs y s t e mf o rt h e e l e c t r i cp o w e rh i g h e rv o c a t i o n a lc o l l e g e ，a n da d o p t st h eu m lw i t hs e t l i n gi | pt h e 重庆大学高校教师硕士学位论文 英文摘要 m o l dl a n g u a g e , u s i n gt h em e t h o do f i l l u s t r a t i n gt h ed i a g r a mt od e s c r i b et h er e a ln e e do f t h ec u s t o m e ra n ds e t su pt h ea u t o m a t i cc o l l r s c h e d u l i n gs u b - s y s t e mn e e da n a l y s i s m o d e l a tt h es 锄et i m e t h i st h e s i sf o l l o w st h et h o u g h to fd o i n gb u s i n e s sf o et h e s e c o n dt i m e , a n a l y z e st h ed a t at of l o wf o rt h ec o u r s es c h e d u l i n gs y s t e ma n dc o n s i 玎鹏 t h ec o u r s es c h e d u l i n gs y s t e ml o g i cm o d e l t h i st h e s i sa n a l y z e st h eb a s i cw a y o f t h i n k i n ga n db a s i cs t i p u l a t i o n sr e q u e s to f t h e c o u i s c h e d u l i n g , 岫u i r i n gi n t ot h ec s t i c sa n dp s y c h o a n a l y s i so ft h eh i g h e r v o c a t i o n a le d u c a t i o nt e a c h i n ga c t i v i t ya n ds c o o p so u tt h ea n a i y t i c a ld e c i s i o nt r e e c a l c u l a t ew a yo f t h et e c h n i q u ec l a s s i f i c a t i o na c c o r d i n gt ot h ed a t am i n i n g ，a n a l y z e st h e f a c t o r so fi n f l u e n c i n gt h es t u d e n ts t u d i e s ，p u tf o r w a r dc o u r 船s c h e d u | i n gd e c i s i o nr u l e a n dc o u 雠s c h e d u l i n gt oc o n t r o lt h ec o n d i t i o n a lt e c h n i q u ec h a r a c t e r i s t i cp a r t i c u l a r l y a c c o r d i n g t ot h ec o u r s es c h e d u l i n gd e c i s i o nr u l e t h i st h e s i se s t a b l i s h e st h ed e c i s i o nn 髓 r e f e r e n c em o d e lo ft h ec o l l r 辩s c h e d u l i n g , d r a w i n gi n t o ”e x c e l l e n td e g r e e ”v a r i a n t s , a d o p t saf u n c t i o nf o rt h e ”e x c e l l e n td e g r e e ”r e v a l u e st h ep r e f e r e n c ef o rt h e 煳嘲 m 舭l l i l l g c o m p l e t e st h es t i p u l a t i o nc o n d i t i o no ft h ec o l l r s es c h e d u l i n gp a r a m e t e r m o d i f i c a t i o n , s e t su pt h ec o b i 辩s c h e d u l i n gs y s t e mm a t h c m m i c sm o d e li nt h ee l e c t r i c p o w e rh i g h e rv o c a t i o n a lc o l l e g e , a n da d o p t st h ec a l c u l a t ew a yt og i v et h er e a l i z a t i o n a c c o r d i n gt ot h ep r e f e r e n c ef o rt h er e s 0 1 t r c e sm a t c h 醇 l a s t l y , t h i st h e s i su s e st h et e c h n i q u ew i t h i nt h ec e n t e r , p u t sf o r w a r dt h ed e s i g nf o r t h e3 - t t r es t r u c t u r eo f t h e w h o l es y s t e ms y s t e m i c a l j yb a s e do nc sa n db s ，c l a r i f i e st h e t e c h n i q u ep l a t f o r mf o rt h es y s t e mc a r r i e do u t k e yw o r d s ：h i g h e rv o c a t i o n a le d u c a t i o n , t e a c h i n gr e s o u r c e s ，c o u r s es c h e d u l i n g s y s t e mm o d e l ，d a t am i n i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重廑太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：琴j 签字日期： 2 刁年珀塔日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废盍堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重庞太堂可以将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、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：嘭 签字日期：沙亏年岁月格日 导燃：触坪 签字日期：一2 鼍声j - 月矽日 重庆大学高校教师硕士学位论文1 绪论 1 绪论 【课题研究背景和意义 近年来，我国高等职业教育发展迅速，从1 9 9 8 年到2 0 0 4 年，高等职业教育 招生数从5 4 万人增长到2 3 7 万入，在校生从1 1 7 万人增长到5 9 7 万人，在6 年时 问里，高等职业技术教育的招生数和在校生数分别增长4 4 倍和5 1 倍。但是，我 国目前在生产一线的劳动者素质偏低和技能型人才紧缺问题仍然十分突出。现有 技术工人只占全部工人的1 3 左右，而且多数是初级工，技师和高级技师仅占4 。 我国已是制造业大国，但还不是制造业强国，我国的制造业生产技术和管理水平 与发达国家还有不小的差距。主要问题是产业结构不合理，技术创新能力不强， 产品以低端为主、附加值低，这些都与从业人员技术素质偏低、高技能人才匮乏 有很大关系。现在经济全球化深入发展，国际产业结构加快调整与重组，要努力 提高我国制造业水平，必须从源头抓起，更加重视和加快发展职业教育，全面提 升人力资源的整体素质。 因此，发展职业教育，尤其是发展高等职业技术教育，使我国经济建设切实 转到依靠科技进步和提高劳动者素质的轨道上来，是提高经济增长质量和竞争力 的可靠保证，也是科教兴国战略和人才强国战略的重要组成部分。为此，在全国 职业教育工作会议前夕国务院下发了关于大力发展职业教育的决定，提出了在 “十一五”期间，高等职业教育招生规模占高等教育招生规模的一半以上。为社 会输送11 0 0 多万名高等职业院校毕业生高等职业教育的快速发展，需要其教学 管理工作实现管理思想、管理模式、管理手段的转变，在这一转变过程中。教学 管理信息化的建设与运行将发挥重要作用。 教务排调课工作是高职院校教学管理的核心环节，是维护学校教学秩序正常 进行的重要保证。排调课管理信息化水平在很大程度上决定着学校教学质量、办 学资源的整合及其可持续发展的进程。 目前，高职院校较之综合大学，其教学管理信息化水平相对较低，仅在局部 教学管理环节中有所应用，信息资源难以实现共享。虽然多数院校已经建成校园 网，但是由于缺少教学管理信息化平台，先进的硬件设施很难在教学管理工作中 真正发挥作用。一方面，许多宝贵的教学管理信息滞留在某一工作环节；另一方 面，信息的使用者( 教师、学生、管理者) 无法及时有效地获取信息。由于教学管理 的动态变化，更导致了教学管理信息的庞杂、无序。低水平的教学信息管理，阻 碍了高职教学管理水平的提高，进而也制约了高职院校自身的发展。特别是近年 来，随着高职教育的快速发展，招生人数的急剧增加及教室设备和师资的严重不 重庆大学高校教师硕士学位论文1 绪论 足，课程类别的多样化，学生选课的自由度增加，使得排调课工作日益复杂和繁 琐。教务管理排调课工作所面临的教学管理理念和教学资源需求发生了巨大的变 化，给落后的排调课系统带来很大的困难，教学改革力度加大与教学资源短缺之 间的矛盾日益明显，如何根据高职教育的定位与办学特色，合理分配利用有限的 教学资源? 如何将排调课策略与计算机数据库及网络技术结合，使高职教务排调 课系统既有助于学院教学管理水平和教学质量的提高，实现教学运行管理有效性、 科学性，又有助于整合办学资源，为学院可持续发展奠定基础? 这是目前高职院 校教务排调课管理适应新形势需要面对的一项重要课题。 笔者在重庆电专教务处从事教务排调课管理工作1 2 年，经历了计算机排课软 件在重庆电专排调课管理工作中的逐步应用，使用了多个排课软件。针对学校有 限的教学资源，排课软件功能单一，数据重复录入工作量大，难以真正实现资源 共享，系统和数据的安全性不高，且带宽窄，信息传送速度慢，已不能满足学校 教学改革及长远发展的迫切需要。 为此，结合管理信息系统理论及优化技术方面知识，我进行了重庆电力高职 教务排调课系统模型研究的探索，构建和完善重庆电力高职排调课系统模型，为 实现有限的教学资源发挥最大经济效益的办学目标贡献自己的一份力量。 1 2 目前国内外发展状况 计算机排调课系统属于管理信息事务处理系统的典型应用类型。其课表问题 是一个多目标、有限资源、带有模糊约束条件的组合规划问题，即时间表优化问 题。上世纪6 0 年代国外就开始了对该课题的探索。1 9 6 3 年c c 高特烈伯给出了课 表问题的数学模型【l l ，使之成为数学家和计算机应用专家共同研究的课题。1 9 7 5 年s 艾温证明了课表问题是n p 完全问题，宣布了这一时空组合问题的学术地位和 难度1 2 1 【3 】f 4 】嘲。上世纪9 0 年代，国外如印度、加拿大、澳大利亚等国学者对课表 问题的研究非常活跃。他们将模拟退火法应用到课表问题研究旧【_ 7 】嘲，但目前还处 在模型试验阶段。我国自1 9 8 4 年清华大学发表了实验性研究成果起，相继多个院 校都开展了研究工作。课表问题属n p 完全问题，其最优解的时间复杂度是课表规 模的指数级，至今人们在数学上尚未找到n p 完全问题的最优解解法。因此，对各 种排课策略问题的研究均以求得较优解为目标。课表问题虽然是数学上时间与空 间的组合问题，但排调课过程却是人的主观因素作用下的人文决策过程。若单纯 从数学角度研究设计一种计算机算法，实现计算机全自动编排课表，无疑会使这 个问题的解决陷入困境。 近三十年来，国内外有许多软件开发商和个人采用将管理信息系统的理论与 人工智能技术、计算机网络技术相结合的方法，应用于教务排调课系统的研究， 2 重庆大学高校教师硕士学位论文l 绪论 成型的排课软件有上百种之多。解决课表问题的方法主要有：模拟手工排课法、图 论方法、二次分配型法、回溯法、遗传算法【9 】【1 0 】【l l l 【1 2 】、模拟退火算法等多种方 法。国外软件商开发的自动排课系统，其有关排课算法【1 4 l 由于未考虑教室的约束 因素，不适用于我国高校教室紧张的情况。b o n d y 提出了一个简单的排课表问题， 将问题归结为一个图的边染色问题，并且对提出的简单排课表问题给出了一个算 法【”j 。但实际教学活动中提出的排课表问题远非如此简单，且由于它必须满足各 种复杂约束条件而使这种算法实际上是无能为力的。国内对课表问题的研究，具 有代表性的有：南京工学院的u t s s 系统，清华大学的综合教务管理系统，大连理 工大学的智能教学组织管理与课程调度系统，沈阳电力高等专科学校研制了基于 c s 的开放式智能排课系统等。从实际使用情况来看，存在两方面问题：一方面是 作为一个很复杂的系统，排课要想面面俱到是一件很困难的事；另一方面每个学 校由于其各自的特殊性，自动排课系统很难普遍实用。 目前，国内外具有高职教育特色的教务排调课系统尚不多见，大部分研究要 么是针对综合性大学的教务管理系引16 】【1 那町，要么只提出了排课策略问题的某个 方面，如排课系统的需求分析、排课系统的建模分析等等。相对于整个排课系统 的综合性研究而言，对系统的局部研究理论基本趋于成熟，特别是排课策略方面， 在现有文献中，已经有了一些基于各种算法的排课数学模型如陶滔的解决多维冲 突的排课模型【1 9 】；张健的从图论角度对排课问题重新抽象并结合数据库技术给出 数学模型1 2 0 ，王健的自动排课系统的模型与实现一文中，建立自动排课系统的数 学模型，并利用遗传算法进行问题求解1 2 n 。而对于排课系统需求分析，除了结合 各自高校的特点进行定性分析外，还引入u m l 技术建立系统需求分析模型并对其 进行定量分析圈。这些虽然多是局部的探讨，但它们为重庆电力高职教务排调课 系统模型研究提供了坚实的理论基础。 排课系统这样较复杂的时间规划优化问题，涉及因素很多，任何固定、单一 的数学模型和智能算法，都不能达到完美的地步。若能综合现有的排课专家系统、 基于模拟进化优化技术的排课系统田】及基于数据仓库、数据挖掘技术的排课系统1 2 4 1 等几个方面的成就，必将成为教务排课系统发展的方向。 1 3 高职排调课系统建设及发展趋势 构建高职教务排调课系统，应把握排调课系统的发展趋势，结合本学校教务 排课系统实际使用状况，充分调研，将其他院校排调课系统及相关商业软件进行 对比、分析，学习其成功经验，将新的管理思想和管理模式引入排调课系统，完 善已有的排课系统。 在重庆电专，教务排课系统大致经历了三个阶段的发展： 重庆大学高校教师硕士学位论文1 绪论 第一阶段是以d o s 作为操作系统平台，学校教师自行开发的小型数据库单机 排课系统。这种系统只能单机运行，算法简单，功能分散、单一，造成不必要的 存储资源浪费和数据重复录入工作量大。 第二阶段是学校于9 9 年向教育部教育管理信息中心申购的教务综合管理系统 ( 网络版) ，它以w i n d o w s9 x 为操作系统平台，使用小型数据库教学管理排课系 统，借助内部局域网，在教学管理各部门之间，通过集线器，将若干台计算机联 网，组成了一个内部的计算机网络，实现初步的数据交换和共享，对教学部门的 信息管理起到了一定的作用。但由于软件开发商对系统运行和维护工作做得不够， 部分功能无法实现，网络技术水平较低，同时各个部门的内部网络无法联接，不 能互相交换数据，难以真正实现资源共享，系统和数据的安全性不高。 第三阶段，是基于校园网的教学排课m i s 系统，这个系统根据各教学系部的 使用要求和应用目的，强化了教学排课系统的功能，起到了数据交流、资源共享 的作用。但由于带宽窄，信息传送速度慢，且系统功能较弱，仍不能满足现代教 学管理的需要。最后，只得借助教育部教育管理信息中心申购的教务综合管理系 统( 单机版) 进行排课。 可见，重庆电专教务排调课系统的建设正处于一个关键阶段。一方面，原有的 “单机”系统的运行由于系统最初的需求定位与现在的实际工作需求存在较大差 距。排课漏课率高且不能自动提示，人工排查、审核工作量大，系统已经很难满 足教学管理工作的实际需要。另一方面，基于网络环境的各类教学管理排课系统 不断涌现，它们有的来自于各大院校，有的来自于软件开发公司，这为高职院校 的教学管理排调课系统建设提供了比较充分的选择空间。但是，高职教务排课系 统的建设，不仅在系统集成度要求较高、管理信息共享程度高，而且管理信息系 统与实际教学管理工作要实现更为紧密的融合基于上述原因，在目前购置软件 不能直接、有效、方便地进行排调课管理之时，依据高职独特的办学理念和管理 模式，合理优化和整合学校有限的教学资源，利用计算机网络技术和优化技术， 我进行了重庆电力高职教务排调课系统模型研究。 开题之初，我对一些有代表性的教学排课系统进行了分析和调研，期望对本 课题研究有所借鉴和启发： 重视基础信息建设与维护 各个教学管理排课系统，都建立了比较完善的后台数据库，使其基础信息间 形成了一套严密的体系结构，保障了系统的稳定运行。系统基础信息涵盖教学管 理的各个环节，并且有严格的技术规范。系统要求对各类信息进行高质量的管理 与维护，这促进了教学排课管理信息的规范化、制度化。 遵循教学管理工作规律 4 重庆大学高校教师硕士学位论文i 绪论 每一种教学管理排课系统，都遵循着一条清晰的教务工作流程，将教学计划、 开课、排课、调课等全学期的教学管理工作，组织成为一个整体。由学校自行开 发的教学管理排课系统，一般带有明显的学校特色，个性化特点突出，体现着开 发单位的教学管理思路。由软件公司开发的教学管理信息系统，一般具备比较完 整的体系结构，系统集成化程度较高。由于商业软件的设计目标是满足不同院校 教学管理工作的需要，系统功能的实现更加注重普遍性，但是在具体使用环节的 设计上往往不够精细。 用户管理和用户权限管理 各系统都实现了不同程度的用户权限划分。比如：北京大学教学管理信息系 统根据不同用户身份进行权限划分：清华大学教学管理信息系统的权限划分精确 到字段级，可以灵活定制使用者权限。权限划分以管理工作流程为基础，规划了 各管理部门、管理岗位的工作职责，实现了工作协同。权限划分实现了各类用户 权限的严格管理，保证排课系统的安全运行。 系统的开发与完善必须以需求分析为基础 如清华大学的二次选课系统，是针对清华大学实验科目与实验室管理而建设 的。迎新系统，是为清华大学的迎新工作而量身订做的。这些系统的成功，都建 立在细致的需求分析基础之上。当系统初步成功，逐步商业化，并推向更多学校 的时候，系统开发者会根据更为普遍的用户需求，进行一系列的二次开发。可以 预见的是，需求分析将贯穿系统建设的始终。 排调课系统面临的新问题 软件开发商开发的排课系统会根据用户的要求，对系统进行局部的二次开发。 不同学校的不同需求，使得系统需要进行不断的调整与完善。最终的结果是：系 统成为“万能”系统，造成系统功能的繁杂，并且增加了系统使用和维护的工作 难度；系统的改变，总是难以适应教学管理的新变化；系统更多关注的是“如何顺 利地完成工作”，以应对教学管理不断增加的工作量，而对于“如何提升排调课工 作质量”，。如何适应新的管理流程、管理理念”等则缺少创新例如，重庆电 专运行的教务综合管理信息系统( 教育部教育管理信息中心版) ，未能从高职特殊需 求出发，没有涉及教学过程管理，实践教学管理等内容。这也是我要研究本课题 的最大初衷。 所以，通过对各种排调课系统的调研，重庆电专要完善的教务排调课系统应 实现以下目标： 拓展教学管理信息系统的功能 高职学院的教学管理排调课系统，具有个性化特点突出、用户需求变化快的 特点。随着高职学院办学资源的不断整合。对于教室状态管理、教学进程管理， 重庆大学高校教师硕士学位论文1 绪论 实训设备利用率等动态管理信息的需求明显增加，这就需要不断完善系统的功能， 以满足教学管理工作的新需求。系统还应具有较好的可扩展性和包容性，易于扩 充升级，既能满足当前业务的需求，又为今后的扩充留有空间。 实现信息资源共享，提升。数据挖掘”能力 网络条件下的教学管理排调课系统，要面向全校不同部门的信息资源，实现 信息资源共享。各部门信息系统平台不一，数据库不尽相同，这就需要系统结构 应具有跨平台访问不同数据源的机制，建立与其他系统的数据接口。目前大多数 教学管理排课系统，主要利用了计算机强大的存储和可视化功能，在自动化和智 能化设计上存在不足。网络技术主要用于管理信息的适时传递，没有充分挖掘己 经存在的大量的教学管理信息。高职学校教学管理的科学决策，需要教学管理捧 调课系统提供充分的统计信息，统计分析需求日益多样化，这就需要排调课系统 增强“数据挖掘”能力。 更加重视对教学过程的管理、分析与监督 重庆电专的教务综合管理信息系统( 教育部教育管理信息中心版) ，侧重于结果 数据的汇总。新的系统应该把教学过程的管理与分析放在首位，对于教学过程各 环节进行深入细致的剖析，再与数字技术能够提供的可能性紧密结合，设计出能 够实时反映教学进程的系统，为教学过程的实时调控，教学决策和教学咨询提供 依据。 综上所述，重庆电力高职教务排调课系统模型研究，应当是融合高职教育独 特的办学理念、办学模式、管理流程和教学管理内涵 2 5 1 1 2 6 1 1 2 7 2 8 1 ，以排课系统需 求分析、排课工作流程分析、排课策略分析为基础，以有效的排课系统逻辑模型 为核心，利用计算机网络技术和优化技术，完善原来的排课系统、使有限的教学 资源发挥最大办学效益。 1 4 本课题的任务 本文立足高等职业教育迅猛发展的现实背景下，以电力高职排调课系统模 型为研究对象，探求改进现行电力高职教学管理模式，促进学校教学资源的优化 利用，提高排调课工作效率的有效途径，为电力高职排调课系统二次开发提供技 术支持。 分析、优化重庆电力高职排调课工作流程，构建重庆电专教学管理业务流 程图和重庆电专排调课系统需求分析模型。 将定性分析与定量分析相结合，分析高职教学管理排调课系统数据流，构 造重庆电专排调课系统逻辑模型。 依据排课决策规则，建立决策树排课参考模型，修改排课约束条件参数， 6 重庆大学高校教师硕士学位论文1 绪论 构建重庆电专排调课系统数学模型。 提出重庆电专排调课系统b s 模式和c s 模式相结合的三层体系架构。 1 5 本课题的主要研究工作 针对高等职业教育的定位，结合对重庆电专排调课系统建设进程和发展趋 势的调研，提出研究重庆电力高职排调课系统模型的必要性。 电力高职排调课系统分析 通过分析电力高职教育的发展形势，阐明电力高职教育发展的特色需求，为 细致的系统需求分析作好准备。 高职排调课系统工作流程分析及优化。利用广泛的深入调研和多年教学管理 工作经验，对高职教学运行工作流程进行分析、优化，构建重庆电专教学运行业 务流程图。 高职排调课系统需求分析和建模。采用面向对象的建模语言u m l ，完成系统 需求分析模型的构建遵循业务再造的思想，将定性分析与定量分析相结合，分 析离职教学管理排调课系统数据流，构造重庆电专排调课系统逻辑模型。 电力高职排调课系统的模型建立 1 ) 排课问题分析： 乱分析排课的基本思路 b 探讨高职教育教学活动的特点及其心理分析，依据数据挖掘技术分类分析的决 策树算法，分析影响高职学生学习效果的因素，提出高职排课决策规则； c 针对电力高职教育独特的教学管理理念和办学特色，提出重庆电专排调课系统 约束条件的技术特征。 2 ) 电力高职排调课系统数学模型设计： 依据高职排课决策规则，提出决策树排课参考模型，改进、完善重庆电专排课 约束条件，构造重庆电专排调课系统数学模型，并采用基于优先级的资源匹配算 法予以实现； 高职排调课系统模型的实现 设计重庆电专排调课系统b s 模式和c s 模式相结合的三层体系结构；阐明 系统的技术实现平台 7 重庆大学高校教师硕士学位论文2 相关方法研究 2 相关方法研究 2 1 数据挖掘技术 数据挖掘的研究来自于对海量数据进行分析理解的迫切需要。由于人类社会 在迈向信息化的过程中积累了巨量数据，迫切需要种技术帮助人们能够对海量 信息进行积极处理，从中获取有价值的知识。因此，伴随着数据仓库等相关技术 的成熟，数据挖掘技术也得到了迅猛发展。当前，数据挖掘技术是源于机器学习、 数理统计、神经网络、数据库、模式识别、粗糙集、模糊数学等多个学科的交叉 学科，已成为国际上研究和应用的热点之一。 目前校园教学管理信息系统对信息资源的利用不足，特别是对大量的历史教 学数据资源缺乏有效的组织、整理和提取。而主要面向商业应用各个方面的数据 挖掘，对应用于排调课管理来说缺乏系统的研究如何在电力高职排调课系统中 应用数据挖掘技术是本课题要探讨的一个方向。本课题将以排调课系统为平台， 围绕下列两项工作，研究数据挖掘在电力高职排调课系统中的可行性和实用性。 对数据的处理 其原因在于数据类型复杂：数据之间语义关系复杂；数据的操作要求不同。 针对数据问题，将采用数据规范、数据评估和清洗等技术提高数据质量，并对相 应的挖掘主题进行数据选择，增加挖掘的可信度。 分类分析决策树模型的应用 在排调课系统中，大量的学生学习反馈信息记录存储在数据库中，这些宝贵 的数据为进行数据挖掘，建立分类分析决策树模型提供了先决条件。编排课表时， 不同的课程在不同的教室容量下教学效果完全不同，这对于排调课系统模型研究 是非常重要的约束条件。 2 1 1 数据挖掘的概念 数据挖掘( d a t ai i m g 。简称o m ) ，简单的讲就是从大量数据中提取或“挖掘” 知识。其广义的定义是把数据挖掘等同于数据库中的知识发现( k n o w l e d g e d i s c o v e r yf r o md a t a b a s e ，简称k d d ) ，这是一个从大量数据中抽取和挖掘出未知 的、有价值的模式或规律等知识的复杂过程。而狭义的数据挖掘是把数据挖掘视 为数据库中知识发现过程中的一个基本步骤。知识发现过程有： 数据清理c e a n i n g ( 消除噪声或不一致数据) ； 数据集成i n t e g r a t i o n ( 多种数据源可以组合在一起1 ； 数据选择s c l c c t i o n ( 崩, 数据库中检索与分析任务相关的数据) ； 数据变换t r a n s f o r m a t i o n ( 数据变换或统一成适合挖掘的形式，如通过汇总或 8 重庆大学高校教师硕士学位论文2 相关方法研究 聚集操作1 ； 数据挖掘d a t am i n i n g ( 使用智能方法提取数据模式) ； 模式评估e v a l u a t i o n ( 根据某种兴趣度度量，一种识别、表示知识的有趣模 式) ； 知识表示p r e s e n t a t i o n ( 用可视化和知识表示技术，提供挖掘的知识) 。 狭义的数据挖掘认为数据挖掘是知识发现过程的一个步骤，但是在产业界、 媒体和数据研究界，将“数据挖掘”定义为“数据库中知识发现”更为普遍。因此， 本文中使用数据挖掘的广义定义基于数据挖掘的广义定义【凹j ，典型的数据挖掘 系统d o 】f 3 1 】由以下部分组成，如图2 1 所示。 数据库、数据仓库或其他信息库：它表示数据挖掘对象是由一个或一组数 据库、数据仓库、数据表单或其他信息数据库组成。通常需要使用数据清洗和数 据集成操作，对这些数据对象进行初步的处理。 数据库或数据仓库服务器：根据用户的数据挖掘请求，数据库或数据仓库 服务器负责提取相关的数据。 知识库；此处存放数据挖掘所需的领域知识，这些知识将用于指导数据挖 掘的搜索过程，或者用于对数据挖掘结果的评估。挖掘算法中所使用的用户定义 的阀值就是数据挖掘引擎( 这是数据挖掘系统的最基本部件，它通常包含一组挖 掘功能模块，以便完成定性归纳、关联分析、分类归纳、进化计算和偏差分析等 挖掘功能) 。 图2 1 典型数据挖掘系统结构 f i g 2 1 t h et y p i c a ls l n l c t m o f t h e d m am i n i n gs y s t e m 9 重庆大学高校教师硕士学位论文2 相关方法研究 模式知识评估模块：该模块可根据趣味标准( i n t e r e s t i n g n e s sm e a s u r e s ) 协助数 据挖掘模块，聚焦挖掘更具意义的模式知识。 可视化用户接口模块：本模块在用户和数据挖掘系统之间通信，允许用户 与系统交互，制定数据挖掘查询任务，提供信息、帮助搜索聚焦，根据数据挖掘 的中间结果进行探索式数据挖掘。此外，还允许用户测览数据库和数据仓库模式 或数据结构，评估挖掘的模式，以不同的形式对模式可视化。 2 1 2 数据挖掘分类分析及其决策树模型 数据挖掘的模型有多种，其中比较典型的有关联分析、分类预测分析、聚类 分析、孤立点分析等。它们可以应用到管理的各个不同的领域和阶段。结合本文， 下面主要介绍分类预测分析及其典型的决策树模块。 分类分析 分类分析要解决的问题是为一个事件或对象归类。在使用上，既可以用于分 析已有的数据，也可以用它来预测未来的数据。例如，用分类来预测哪些客户最 倾向于对直接邮件推销做出回应，或在医疗领域当遇到一个病例时用分类来判断 一下从哪些药品着手比较好。数据挖掘算法的工作方法是通过分析己知分类信息 的历史数据，为每个类别做出准确的描述或建立一个分析预测模型或挖掘出分类 规则，然后用这个分类规则对其它数据库中的记录进行分类。这里用于建立模型 的数据称为训练集。 目前已有多种分类分析模型得到应用，其中几种典型的模型是线性回归模型、 决策树模型、基本规则模型和神经网络模型。 决策树算法使用分级技术来分析数据，还可以预测新数据的属性或值。构造 决策树的方法是采用自上而下分而治之的方法，开始时，所有的数据都在根节点， 属性都是种类字段( 如果是连续的，将