三自主体育选课算法研究

董东风

三自主体育选课算法研究

董东风

（湖南邮电职业技术学院，长沙410015）

三自主体育选课不是简单的增加资源就可以实现，也不是采用计算机网路选课就可以实现。传统“先教务排课，后学生选课”算法既不能满足学生选课的动态需求，也不能充分利用现有资源。文章运用关系数据库原理提出了“先学生选课，后教务排课”关系数据库算法。这个算法是把学生放在首位，能够充分利用现有资源，用来满足学生三自主选课的动态需求，提高学生选课的可选数量和满意度。本算法尚未在实际中运用，可以为三自主体育选课数据库管理软件开发提供理论依据。

三自主；体育选课；算法

通过互联网很容易发现目前很多高校都实现了网络体育选课，通过知网查询高校三自主体育选课相关文献资料可以发现，有两个主要观点：一是很多研究最终给出的建议都是增加资源，包括教师人数及兼项、场地数、项目数、选课时间等资源，认为只有足够的资源才能够满足学生三自主体育选课需求；二是以为实现了网络体育选课就等于实现了学生三自主体育选课，因为学生可以自主选择教师、项目、时间。

本文认为，教育部提出“三自主”的主要目的，从表面上看只是为了满足不同性别、不同水平的学生自主选择上课教师、自主选择上课内容（项目）、自主选择上课时间的三自主需求。其实，这其中包含了更深一层的目的，就是充分利用现有教师、场地、时间、项目等资源。因为，只有充分利用现有资源，才能尽可能满足学生三自主选课需求。要尽可能满足学生三自主选课需求，不是简单的增加资源就可以实现，资源的增加赶不上学生需求的变化，计划没有变化快，以不变应万变的最好办法就是做好现在，充分利用现有资源；也不是采用计算机网路选课就可以实现，阿尔法围棋（AlphaGo）之所以能够战胜人类围棋世界冠军，依靠的是人类为它提供的算法。

1　传统算法存在的问题

传统教学管理都是教务来安排学生课程，教务排课强调的是以教师为主，先分配给每个教师课，再安排时间，要满足每个教师排课要求就必然会发生时间上的冲突，通过调整，最终解决时间冲突排好课表。也就是说，教务排课会产生N个版本的课表，最后出版的课表只是其中的一个版本。我们把这种排课简单的称之为教务排课算法，即传统算法。

教务排课算法可以用于安排公共课。但如果用于学生三自主体育选课，就会出现“一方面在抱怨缺乏资源，另一方面却在浪费资源”的现象。因为，按照这个算法，不管如何排课都会在浪费资源。举个简单例子，一个篮球场可以安排篮球和排球两个项目（共用场地充分利用资源），考虑到篮球热，一周4个时间，3个时间安排篮球，1个时间安排排球，但学生选课的结果可能是排球没人选，篮球3个班选满，还有想选篮球的学生只好选别的项目，篮球场的1个时间就这样浪费了。假如先让学生来选，可以提供给学生的选择是4个篮球班和4个排球班，选择结果可能就是4个时间都是篮球班，而可能随着排球热的到来，又一学年或学期，选择结果可能又是4个时间都是排球班。这个例子说明，教务排课算法不能动态掌握学生需求，有资源却不能用于满足学生需求。

实际上，部分学校体育选课正是采用这种算法，“先教务排课，后学生选课”，把排好的课表提供给学生选择，表面上看是给了学生选择权，实际上却是教务管理者在安排选课资源，在帮学生做选择，尽管做到了充分利用现有资源，但现有资源并没有满足学生需求。学生所谓的选择，只是通过三自主条件从一个版本的课表中筛选需要的课，而不是从N个版本的课表中筛选需要的课。这就是传统算法用于学生体育选课时存在的问题。

2　三自主体育选课课表的生成及相关约束

有人提出了“先学生选课，后教务排课”的进化规划算法来解决学生选课问题，从其结论来看，并没有完全解决问题。

本文运用关系数据库原理对学生三自主体育选课进行研究，提出了“先学生选课，后教务排课”的关系数据库算法。这个算法简单的说，就是把现有教师、场地、时间、项目等资源进行充分排课，不事先分配每个教师的课，也不考虑时间冲突，然后把排课产生的全部课表提供给学生，让学生来选择，学生的选择就是最终的课表。图1是本文给出的三自主体育选课课表生成示意图。

图1　三自主体育选课课表生成示意图

从图1看，三自主体育选课课表的生成包括10个步骤：1教师；2场地；3时间；4教师时间；5场地时间；6课程；7课程分配；8教师课程；9场地课程；10三自主体育选课课表。下面本文分别对各步骤及相关约束进行描述。

2.1教师

教师表（参见表1）是为学生选课提供教师个人信息。可同一时间段上课的教师人数将决定学生选课最大人数。选课学生最大人数=教师人数×选课时间段数×班高限人数。

表1　教师表

2.2场地

一个场地是指一个教学班用的场地，可以专属于一个项目，也可以多个项目共用一个场地。如果一个场地，例如田径场，可以同时安排多个教学班，那么，这个场地就应该分解成多个场地。参见表2（场地表）。场地表还可以为学生选课提供场地条件信息。

2.3时间

时间是指所有上课时间，是教学管理时间，由教务安排，其中包括学生时间、教师时间、场地时间，参见表3（时间表）。表3只是列出了体育选课时间的一个例子，每周8个时间段。表3中的周性质分为每周和单双周，如果分单双周，时间将增加一倍，相应增加一倍可选课，但学生学期上课时间将减少一半。对学生来说，只要没有排课的时间就是选课时间，在学生登录选课系统时，可以通过与教务排课系统接口获得学生的已排课时间表参数。对教师来说，可以有自己的上课时间选择，不是所有的教学管理时间都必须上课。同样，对场地来说，也有自己的开放时间。

表2　场地表

表3　时间表

2.4教师时间

每个时间段都包含了所有教师，所以，时间表（表3）与教师表（表1）的乘积就是教师时间表（在本文中教师时间表有48条记录）。教师上课时间的选择可以通过教师时间分配产生，参见表4（教师时间分配表）。表4列出了所有时间段的教师，如果说，某位教师有一个时间段不能上课，可以从该时间段中去掉这名教师。参见表5，这样可以更人性化地安排教师上课时间。

表4　教师时间分配表

表5　场地时间分配表

2.6课程

一个项目例如篮球，最多可以分为6个课程，包括最多分为两个组别，每个组别分三个级别。项目分组是满足男女学生分班要求，有些项目不需要男女分班只有一个组别；项目分级是满足不同水平的学生分班要求，所以每个组别又可以分为三个级别：初级、中级、高级。参见表6（课程表）。表6只是列出了开设的课程。

表6　课程表

2.7课程分配

课程分配是为每个教师和场地分配课程，一个教师不是每门课程都能胜任（当然，可以通过培训提高教师的兼项能力），所以，需要为教师分配课程。同样，一个场地也不能用于每个项目或课程，所以，需要为场地分配课程。参见表7（课程分配表）。

表7　课程分配表

2.8教师课程

通过教师课程分配可以得到教师课程表（参见表8）。一个课程可以有多个教师，例如表8中，课程1有教师3和教师5，也就是说，在同一时间同一课程可以有多个教师。一个教师可以有多个课程，例如表8中，教师1有课程2、3、8、9，但同一时间只能有一个课程。这个约束与传统排课是相同的。但是，在教务排课前，在一个时间段，一个教师可以有多个课程，排课后一个教师只能有一个课程，这个课程可以是教师的兼项1，也可以是教师的兼项2，传统排课做法是教师的这个课程由教务来确定，本文的做法是，在排课前让学生选择来确定，这就是本文与传统排课的最大区别。

表8　教师课程表

2.9场地课程

通过场地课程分配可以得到场地课程表（参见表9）。一个课程可以有多个场地，也就是说，在同一时间同一课程可以有多个场地（或教师）。一个场地可以有多个课程，例如表9中，场地1有课程1、2、3、8、9，但同一时间只能有一个课程。这个约束与传统排课是相同的。但是，在教务排课前，在一个时间段，一个场地可以有多个课程，排课后一个场地只能有一个课程，这个课程可以是课程1，也可以是课程2，传统排课做法是场地的这个课程由教务来确定，本文的做法是，在排课前让学生选择来确定。

表9　场地课程表

表10　三自主体育选课课表（1个时间段）

2.10三自主体育选课课表

通过教师时间表（表4）与教师课程表（表8）的乘积可以得到教师时间课程表，由于每个时间段教师课程表是相同的，所以，对一个时间段来说教师课程表就代表了教师时间课程表。通过场地时间表（表5）与场地课程表（表9）的乘积可以得到场地时间课程表，由于每个时间段场地课程表是相同的，所以，对一个时间段来说场地课程表就代表了场地时间课程表。通过教师课程表（行）与场地课程表（列）的乘积可以生成1个时间段的三自主体育选课课表（表10）。

表10只是一个时间段的选课课表，在这个课表中，只有教师与场地有一个相同时间时，且教师课程与场地课程有一个相同课程时，才能构成一个可选课程（班）。

在一个时间段中，一个教师可以有多个可选课程，例如表10中，教师1有女生课程8和男生课程2、3、9，共有4个可选班，但同一时间只能有一个班，占用一个场地。

在一个时间段中，一个场地可以有多个可选课程（或教师），例如表10中，场地1有女生课程1、8和男生课程2、3、9，共有10个可选班，但同一时间只能有一个班一个教师。

例如表10中，如果教师3和场地1的女生课程1被选中，且最先达到低限开班人数开班，那么，教师3和场地1的其余班（课程）就变为不可选，如果这时有正在选“其余班”等待开班的学生将被自动“踢出”，需要重新“抢位”。这个例子说明，虽然在一个时间段有多种可能的选择，但一个教师与多个场地只能有一个选择，一个场地与多个教师也只能有一个选择。同时也说明，在现有选课资源条件下表10可以尽可能满足学生选课动态需求。如果是“先教务排课”只能提供表10中的一个选课结果让学生来选，而“先学生选课”可以有N种可能选课结果。

3　结论

本文运用关系数据库原理提出了“先学生选课，后教务排课”关系数据库算法。本算法简单地说，就是把现有教师、场地、时间、项目等资源进行充分排课，不事先分配每个教师的课，也不考虑时间冲突，然后把排课产生的全部课表提供给学生，让学生来选择，学生的选择就是最终的课表。本算法是把学生放在首位，能够充分利用现有选课资源，用来满足学生三自主选课的动态需求，提高学生选课的可选数量和满意度。本算法尚未在实际中运用，可以为三自主体育选课数据库管理软件开发提供理论依据。

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Algorithm research on three-independence PE courseselection

DONG Dong-feng
（Hunan Postand Telecommunication College，Changsha，Hunan，China410015）

Three-independence PE course selection cannot be achieved simp ly by increasing resources or adopting online course selection.The traditional algorithm of“first courses arranging，then courses selection”cannotmeet the dynamic needs of the students' course selection ormake full use of the existing resources.By using the principles of relational database，this paper puts forward the algorithm of“first course selection，then courses arranging”.This algorithm canmake full use of the existing resources to satisfy the students'dynamic needs of“three-independence”course selection and improve the optional numbers and satisfaction of the courses. Thealgorithm hasnotbeen applied in practice and itcan provide the theory basis for the databasemanagementsoftware developmentof the course selection.

three-independence；PE course selection；algorithm

10.3969/j.issn.2095-7661.2016.02.007】

G807.4

A

2095-7661（2016）02-0021-05

2016-04-25

2013年度湖南邮电职业技术学院资助科研项目“我院体育课自选系统开发与研究”（课题编号：2012BZ09）。

董东风（1958-），男，湖南长沙人，湖南邮电职业技术学院经济管理系教授，学士，研究方向：体育教学管理、体育竞赛编排。