高校排課多元優(yōu)化策略與自動實現方法的研究

摘要：我國高等教育已發(fā)展局進入新階段，受教育人數的增長和教學資源的緊張，使得 問題日益凸顯。為了更好地落實教育培養(yǎng)方案，實現教育目標，在當前情況下，高校需要更為高效的配置教學資源，合理安排課程的時間、空間和教師資源。文章旨在梳理當下國內高校排課的多元優(yōu)化策略，總結完善排課系統的方法，拋磚引玉，希望對這一領域的研究有所裨益。

關鍵詞：高校排課;優(yōu)化策略;算法

中圖分類號：TP301.6;G647

文獻標志碼：A

文章編號：1672-3872（2019）13-0053-02

近年來，我國的高等教育取得了很大的進展，高校在校人數不斷增加。受限于現實條件，很多高校的教學資源和教學條件并未隨學生人數增長而得到及時補充，由此帶來教學資源的相對緊張。日益龐大的學生群體和越發(fā)復雜的課程設置，對高校的排課工作提出了越來越高的要求。國內教育學、管理學、數學和信息技術等學界已經關注到了這一問題，都對如何優(yōu)化高校排課進行了較多的研究。本文將就這些研究成果進行總結梳理。

1高校排課的相關理念

教育學界的相關研究大多認為，高校排課并不僅僅是課程計劃的實現方式，其中更重要的是高校的指導思想和課程理念的體現。基于此，高校的排課問題首先可以被看做是一個教育理念的問題。明確本校的教育理念，即是明確了排課方法的指導理念，使得課程編排有了方向和指引。當前我國教育學界普通認同，平等的教育機會、彈性課程設計、跨學科學習和人性化安排，是世界課程發(fā)展的趨勢和主旨[1]。

同時，基于教育學界觀點，高校在考慮排課優(yōu)化策略時需要明確高校排課的基本原則。制定明確的排課原則，有助于高校明確課程編排的方向，在制定具體內容時不會囿于細節(jié)而忽視整體。以天津師范大學為例。天津師大在優(yōu)化排課時，秉承著以下兩個原則：第一，最佳教學時間原則，即優(yōu)先將最佳教學時間用于通識必修課程、較難的專業(yè)必修課程等重要課程;第二，課程性質原則，即在排課的優(yōu)先級方面，校通識課程安排優(yōu)于專業(yè)必修課程，優(yōu)于通識選修課。

2完善排課流程

優(yōu)化排課的重要前提是，我們在明確教育理念的基礎上，完善制定排課計劃的相關流程。

完善排課流程的第一步，是做好前期準備工作。排課的前期準備工作包括核對高校的教育計劃（培養(yǎng)方案、教學計劃安排等）;各院系負責人完成對此的意見（審定通過或有疑議）;高校的臨時調整（包括課程安排、課時計劃、教師情況等）。

第二步，明確課程編排的一系列注意事項。課程編排的注意事項并不是排課設計的約束條件，而是保障教學質量和學生學習體驗的一些內容。

首先，課程安排在時間上的均衡性。為避免學生（特別是一、二年級學生）日常學習生活中忙閑失衡，應將課時均勻分布于一周之內;對于可能需要兼顧畢業(yè)、就業(yè)問題的三、四年級學生，則可以通過課程安排集中化，為其騰出時間。

其次，課程安排在性質上的考慮。隨著我國高等教育的日益發(fā)展，學生在校學習的課程也越來越豐富。不同課程之間，通過合理的搭配，可以實現教學效果的增強。例如，如前所述，天津師范大學即注意優(yōu)先將最佳教學時間用于通識必修課程、較難的專業(yè)必修課程等重要課程;我們可以將對思維方式（形象思維、抽象思維兩種思維方式）要求不同的課程交錯搭配，提高學生的學習質量;我們還可以兼顧教師的授課狀態(tài)，在安排同一教師授課時，注意其單位時間內（一上午或一天等）的授課時長，保證課程質量[2]。

再次，教師時間的人性化考慮。一方面，很多奮戰(zhàn)在教學前線的老師，會因為各種原因（如私人事務）難以及時完成授課。這種情況需要被納入到課程安排的考慮中，以保障教師們的權益與生活。另一方面，很多高校中都有一批知名學者（有些以客座教授的身份）活躍在教學工作的第一線。這些學者的工作，往往以科研為主，授課為輔。為了能夠給學生們提供優(yōu)質的教學資源，高校在安排課程時，需要著重注意這些學者的時間安排，在不耽誤其其他工作的情況下，保障學生們能夠享受到最好的教學資源。

第三步，在排課完成后，及時核查。我們可以選擇從教師時間表、教室安排表、學生課表三個方面，分別核查課表，避免其中可能的遺漏與不合理之處。經過反復核查后，該課表才可以交給各院相關負責人與老師。

3選取適當算法

早在20世紀70年代，西方學者通過研究即已明確，課程編排的算法問題，是一個NP完全問題，即“多項式復雜程度的非確定性問題”。從問題性質上看，學界尚未形成一種行之有效的通用算法。本文將就運用于當前排課的若干典型算法進行總結。

（1）遺傳算法。作為一種用于解決最優(yōu)化問題的搜索啟發(fā)式方法，遺傳算法通過反復進行“種群評估”和“遺傳操作”，不斷“進化代數增加”，以此找出問題解的串集。

將遺傳算法運用于排課，基本運算圖如1所示，主要包括8個步驟：①確定編碼法則，將授課教師信息錄入，使之體現在排課之中;②將遺傳算法中的各種要素與排課要素一一對應;③進行初始的沖突檢測;如有沖突，找出影響因子;④根據運算，找出個體適應度值;⑤在上一步的基礎上生成子代群種;⑥進行隨機雜交;⑦完成變異操作;⑧完成前面步驟后，再次進行沖突檢測。

總體上看，遺傳算法方便并行化，在排課因子較為簡單時，計算較為簡便，是高校排課中常用的算法。另一方面，遺傳算法也有一些不足。由于一直以串集作為找尋目標，遺傳算法可能會造成巨大的計算量，對待復雜因子往往不能較好處理，并可能造成計算結果缺乏穩(wěn)定性[3]。

（2）貪婪算法。貪婪算法是一種主要應用局部最優(yōu)解的求解算法。運用于排課問題上，貪婪算法的方法是將排課的大問題分而治之，經過反復運算將單個問題逐個解決，最終得出關于這一問題的整體最優(yōu)解。

將貪婪算法應用于排課，一般包括以下幾個步驟：①總結并分析要進行排課的具體內容，確定貪婪算法適用于該問題;②將排課問題依照貪婪算法，轉變?yōu)槟骋惶囟ㄗ訂栴}，并求得解;③以最初的子問題之解為基礎，以排課問題的解決為方向，按照貪婪算法進行計算;④不斷加入元素組合，求得最終解。

貪婪算法的特點是計算較快，每一步運算都可以得出當前局部問題的最優(yōu)解。但貪婪算法在程序上不存在回溯，這意味著貪婪算法不能保證最后解是整體上的最優(yōu)解，它并不一定可以滿足復雜運算的要求[4]。

綜上，二種比較常見的算法各有優(yōu)劣。適當的算法可以幫助排課工作事半功倍。高校在開展排課工作時，需要將算法與相關要素進行對照，找出滿足解決問題需要的算法。

4結束語

總的來看，我國學界在高校排課工作領域已經取得了一定的研究成果。本文對這些研究成果進行總結和梳理后發(fā)現，就多元優(yōu)化策略與自動實現方法而言，高校可以三個方面入手：通過明確相關理念，確定排課指導思想;通過完善排課流程，核對與排課相關的所有因素;通過選取適當算法，實現排課策略的優(yōu)化，達成自動實現方法。

參考文獻：

[1]劉飛，地方高校排課現狀研究[D].成都：西南大學，20091.

[2]張雅超，高校徘課工作流程的優(yōu)化[J].學園，2015（19）：141-143.

[3]商凌霞，高校排課系統中的設計與實現[D].杭州：浙江工業(yè)大學.2012.

[4]胡培成，線性規(guī)劃理論在高校排課系統中的應用研究[D].蘭州：蘭州理工大學，2017.

基金項目：天津師范大學教育管理基金資助（52WT1910）

作者簡介：王行知，男，碩士，研究方向：高等教育管理。