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基于J2EE的中職選課系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
摘要：通過對培英職校選課系統(tǒng)的研究，在培英學校的校園網(wǎng)絡軟硬件系統(tǒng)下，使學生公平選課和學校管理工作中存在的各種問題得到了解決，使學校的教務管理工作的效率得到了提高，工作質(zhì)量有了改善。開發(fā)出一個公平、公正、方便、易用的選課系統(tǒng)，方便了學生和學校教務管理人員，促進學分制建設。另外，對B/S結(jié)構(gòu)下的抽簽算法的選課系統(tǒng)的研究，結(jié)合了網(wǎng)絡應用技術(shù)的先進經(jīng)驗，為這方面的研究起到積極的推動作用，軟件的實現(xiàn)也讓我校學生選課工作的管理水平得到了提高，使我校學分制的選課制度更加完善
關(guān)鍵詞：選課系統(tǒng);MVC;J2EE/JSP;B/S模式
1、緒論
1.1研究背景與意義
鑒于選課制的特點和要求，本課題將以學分制的基礎理論為指導，根據(jù)廣東培英職業(yè)技術(shù)學校的實際需要，結(jié)合廣東培英職業(yè)技術(shù)學校的具體實際情況，在充分調(diào)查論證和取得用戶需求的基礎上，設計一套在培英職校的學分制管理體制下基于J2EE技術(shù)的選課管理系統(tǒng)。不僅需要滿足培英職校的特殊情況，即滿足學校中專班、大專班、培訓班的需要，又能適應學分制管理本身具備的各種特點，還要能夠在我校選課制度的實施過程中出現(xiàn)的各種各樣的問題時，提供各種幫助和依據(jù)，用比較靈活的技術(shù)手段予以解決。而且該系統(tǒng)要能夠與我校校園網(wǎng)絡化建設的其他系統(tǒng)模式相融合，使教務管理部門對學分制下的各種情況能夠迅速地利用系統(tǒng)解決，令我校學分制的選課實施與管理能夠更加科學和規(guī)范，促進我校學分制改革，提高教務管理工作的效率。
1.2國內(nèi)外研究概況
縱觀國內(nèi)外各類院校的選課制度實施情況，目前對選課制主要的做法有以下的三種：
(l)第一種是學校課程分為選修課和必修課，而學生可以根據(jù)自己的需求和興趣自由選擇選該專業(yè)選修課，教學班與行政班基本保持一致。
(2)第二種是對于選修課部分仍由教務處統(tǒng)一排課，但也允許學生自由選擇課程，包括提前修讀的或分層次必修課和各種選修課，也就是學生不能隨意選擇老師，而對于行政班基本不變。
(3)第三種是可以說是全面選課制，即是學生不僅自由選擇課程還能選擇老師，行政班和教學班是沒有明顯的界限的，打破了行政班和教學班的區(qū)別。
1.3論文的主要研究內(nèi)容
本課題主要研究基于J2EE框架的網(wǎng)絡選課系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，文章的組織和結(jié)構(gòu)具體安排如下：
第一章為緒論，主要講述了課題研究的背景，課題的國內(nèi)外研究概況以及論文的主要研究內(nèi)容。
第二章重點介紹了選課的系統(tǒng)需求分析。
第三章介紹具有抽簽算法的系統(tǒng)設計。
第四章詳細說明了選課系統(tǒng)的實現(xiàn)。介紹系統(tǒng)運行結(jié)果，說明整個系統(tǒng)的功能分布
第五章介紹了系統(tǒng)的測試，并對測試結(jié)果進行了分析。
第六章對課題進行總結(jié)和歸納，對系統(tǒng)進行了展望。
2、系統(tǒng)需求分析
2.1我校選課系統(tǒng)需求
時代不斷發(fā)展，教育事業(yè)也在不斷進步。跟隨教育改革的步伐，為了全面提高學生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學生主動性、創(chuàng)造性，我國很多中專學校和職業(yè)技術(shù)學校都開始試行選課制度，學生可以按照自己的學習計劃，自主選擇學習的課程，學生的主動性得到很大的提高，知識結(jié)構(gòu)的自主權(quán)增大，選課范圍也逐漸擴大。所以，培英職業(yè)技術(shù)學校為了更好地與教學改革相適應，必須設計開發(fā)出適應我校實際情況的學分制管理模式的選課系統(tǒng)，而且結(jié)合校園網(wǎng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，使之完全網(wǎng)絡化。根據(jù)廣東省培英職業(yè)技術(shù)學校學分制開展的當前現(xiàn)實環(huán)境，選課制按照必修課程和選修課程來分類，選修課程包括公共選修課和專業(yè)選修課;必修課程包括了公共必修課和專業(yè)必修課。按科目劃分，每學期初對各個科目的課程進行安排，并按照學生殘疾類型(肢殘、聾、盲、健全)、班級類型(中專班、大專班、培訓班)、年級和專業(yè)進行排課，按照專業(yè)教研組制定的教學計劃來編排這個學期的課程。
2.2選課業(yè)務流程
系統(tǒng)選課系統(tǒng)的流程圖如1所示。
2.3選課系統(tǒng)需求模型
學生選課流程如下：
(1)學生賬戶選課流程。
①事件開始進入準備階段;
�、诶脼g覽器打開系統(tǒng)選課頁面;
�、坻I入學號和密碼后進入系統(tǒng);
�、苋缑艽a輸入錯誤，重返登錄界面;密碼正確，完成登錄過程;
�、菹到y(tǒng)顯示出學生操作主頁面;
�、薜谝淮问褂�1234登錄，登錄后會系統(tǒng)給出提示，要求用戶進行修改密碼操作;
�、唿c擊“選課操作”進入選課頁面;
⑧根據(jù)學生情況頁面列出當前可選課程;
�、狳c選課程后并點擊提交完成選課;
�、庀到y(tǒng)檢測出所選課程是否有矛盾，一旦出現(xiàn)與規(guī)定不符合的或時間有錯誤的選課操作，系統(tǒng)反饋沖突信息，要求重新進行選課操作;
(2)補選階段事件流程。
當正常選課時間結(jié)束后，將開始進行選，因故沒有選課或出現(xiàn)沖突沒處理的同學利用這個階段進行選課操作。經(jīng)管理員同意的帳號，在這個時間段允許進行選課操作。
(3)教師查詢學生選課情況事件流程。
老師在系統(tǒng)教師管理頁面可以查詢所任課程的選課詳情，系統(tǒng)頁面會顯示出對應教師所任教課程里面的具體信息，包括該門課程名稱、課程報名人數(shù)、報名學生姓名、學生所在班級等，教師可以從系統(tǒng)中得到一份自己所授課程學生的名冊，并且能夠按照要求根據(jù)日期或班級統(tǒng)計和打印出花名冊。
(4)管理員添加課程事件流程。
�、倭鞒涕_始，用瀏覽器打開主頁面并點擊管理登錄;
②系統(tǒng)進行安全性檢查;
�、酃芾韱T登陸要鍵入正確帳號名和8字符以上安全密碼;
�、苊艽a或帳號出錯，返回管理登陸;連續(xù)3次出錯，系統(tǒng)退出，流程結(jié)束;密碼正確進入下一步;
�、菹到y(tǒng)顯示課程管理頁面;
�、撄c擊課程管理里面的“添加”按鈕;
⑦課程添加的操作要求鍵入完整的課程名稱和課程詳情等信息;
�、帱c擊確認添加;
�、崛绻n程名稱有重復，系統(tǒng)反饋出錯誤提示，并返回添加操作頁面;正確操作系統(tǒng)反饋操作成功信息進行下一步;
�、庀到y(tǒng)將課程信息儲存至數(shù)據(jù)庫。
2.4系統(tǒng)采用隨機抽簽算法
抽簽算法的流程是：系統(tǒng)自動為該課程報名學生用一個報名人數(shù)范圍內(nèi)的唯一隨機數(shù)編號，如果被分配的隨機數(shù)小于規(guī)定人數(shù)數(shù)值，則該學生中簽，系統(tǒng)會反饋選課成功信息給該學生，并將該生選課信息保存到數(shù)據(jù)庫，反之則未被選中，學生從該課程中淘汰，隨即編號標志設置為0，系統(tǒng)會發(fā)出通知讓該生重新進行選課。
系統(tǒng)抽簽選課的過程采用平均分布概率算法對超過規(guī)定人數(shù)的選課的結(jié)果做計算，利用計算機真隨機數(shù)產(chǎn)生法，產(chǎn)生分布平均的隨機數(shù)賦予變量，然后按照管理員設定的課程規(guī)定人數(shù)來抽取相應數(shù)量的學生。這種系統(tǒng)隨機抽簽的計算只有在課程報名人數(shù)過多，超過課程規(guī)定人數(shù)是才發(fā)生。
3、選課系統(tǒng)設計
選課系統(tǒng)要根據(jù)上一節(jié)系統(tǒng)需求分析的結(jié)果進行設計，將其轉(zhuǎn)化為軟件表示的過程，同時為系統(tǒng)的實現(xiàn)提供可靠的依據(jù)。
3.1系統(tǒng)總體架構(gòu)
一般來說，我校對該系統(tǒng)操作上，既要求系統(tǒng)既要求做任何提交動作時系統(tǒng)的主操作頁面不能隨意轉(zhuǎn)變，又要能對從數(shù)據(jù)庫讀出的內(nèi)容進行排版，調(diào)整到適合不同顯示分辨率下瀏覽器能正常瀏覽，因此，系統(tǒng)設計基于以上特殊需求，決定采用Model2 MVC應用程序構(gòu)架進行開發(fā)。此系統(tǒng)架構(gòu)可以實現(xiàn)將模型、視圖與控制器的分離，即實現(xiàn)表現(xiàn)和內(nèi)容的真正分離。
系統(tǒng)一旦檢測到了數(shù)據(jù)變化，控制器會向前臺發(fā)送消息，提示前臺要進行更新。這實際上是一種模型的變化-傳播機制。
3.2選課系統(tǒng)功能劃分
根據(jù)我校所開展選課制模式下的實際要求，功能要滿足學生用戶、教師用戶和管理員用戶三塊。因此，根據(jù)三種用戶說進行操作的不同，選課系統(tǒng)劃分為三個功能部分。
3.3選課系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計
數(shù)據(jù)庫設計的任務是針對我校目前選課制度下的實際應用環(huán)境，來構(gòu)造適合的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應用系統(tǒng)，使之能有效地收集、存儲、操作和管理數(shù)據(jù)，滿足用戶各種需求。一般來說，只有經(jīng)過周密和全面的考慮進行數(shù)據(jù)庫設計，才有可能開發(fā)出優(yōu)秀的信息系統(tǒng)。
3.4安全性設計
為了保護學生個人隱私以及保障教務管理，在做系統(tǒng)設計時我們要從多個脆弱環(huán)節(jié)進行安全性設計。包括服務器的病毒木馬防護，后臺賬戶密碼加密和驗證方式都要符合較高的安全防護標準。
4、系統(tǒng)的實現(xiàn)
完成了設計工作后，要進入選課系統(tǒng)的實現(xiàn)階段。本章將對選課系統(tǒng)：學生選課、教師查詢、管理員管理、抽簽算法等幾個主要模塊的實現(xiàn)進行講述。
4.1系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境
開發(fā)本系統(tǒng)的硬件環(huán)境要求：Intel Pentium4以上處理器、512M以上內(nèi)存，支持標準網(wǎng)絡協(xié)議的網(wǎng)卡。
軟件環(huán)境：為了保障JSP的運行，需要安裝Tomeat服務器支持�；赪indows server 2008操作系統(tǒng)，客戶端軟件需要IE6.0及以上的瀏覽器版本。
4.2學生選課系統(tǒng)的實現(xiàn)
在上一章中，介紹了各主要功能的分析和設計，系統(tǒng)主要分為三個子系統(tǒng)，分別為：學生子系統(tǒng)和教師課程管理子系統(tǒng)和選課管理子系統(tǒng)。其中還包含抽簽算法模塊，由于篇幅有限，代碼部分省略，下面介紹這三個子系統(tǒng)和抽簽算法模塊的實現(xiàn)。
4.2.1學生子系統(tǒng)的實現(xiàn)
學生子系統(tǒng)主要實現(xiàn)對學生登陸進行身份驗證，驗證通過后允許學生進入選課頁面，根據(jù)教學計劃和安排進行選課的操作，最后保存選課的結(jié)果。同時，學生也可以查詢自己的選課的成績。
4.2.2教師課程管理子系統(tǒng)的實現(xiàn)
教師課程管理子系統(tǒng)主要實現(xiàn)的是教師登陸系統(tǒng)后，對教師所教授的課程進行管理，可查詢班級、課程、學生人數(shù)等，還可以進行成績錄入操作以及對選課成績進行分析統(tǒng)計等。
4.2.3選課管理子系統(tǒng)的實現(xiàn)
包括數(shù)據(jù)庫模塊和選課編輯模塊兩部分。數(shù)據(jù)庫模塊負責數(shù)據(jù)記錄的維護以及通知的發(fā)布、各種課程表、統(tǒng)計報表生成等。選課編輯模塊為管理員提供課程增、刪、改的功能，并可以對教師和學生賬戶進行管理。
4.2.4選課抽簽算法的實現(xiàn)
選課分為預選和抽簽兩個過程。預選階段一般為學期前的一段自由選課時間段，此時間段內(nèi)學生可根據(jù)個人愛好和學分需求進行預選，預選期學生必須要對課程選擇該課程為第幾選擇的一項作為優(yōu)先級順序。預選時間段過后，系統(tǒng)自動進入正式選課階段，開始對課程報名情況進行計算，通過比對報課的優(yōu)先級抽選，并在同優(yōu)先級報課人數(shù)超過最高人數(shù)時發(fā)生抽簽，控制該門課程人數(shù)。
4.3選課過程及應用情況
根據(jù)以上設計原則所開發(fā)的選課系統(tǒng)于2008年7月份在廣東培英職業(yè)技術(shù)學校開始運行，到目前為止，已經(jīng)運行幾個學期，順利完成了兩個學期的選課工作。尤為可貴的是，本系統(tǒng)利用抽簽算法選課技術(shù)解決了選課系統(tǒng)普遍存在的性能問題，在選課時間集中，選課人數(shù)眾多的情況下，高效的完成了大規(guī)模并發(fā)選課。更進一步的證實了系統(tǒng)設計的合理性和可行性。在實際運行過程中，同時也發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)存在的一些問題，并對這些問題作了分析和改進。
5、系統(tǒng)的測試
選課系統(tǒng)中，一個選課流程主要是包括打開網(wǎng)站，登錄系統(tǒng)，選擇校區(qū)，各類課程，如果需要退課則在選課后進行退課操作等一系列操作。 因此，我們采用拉長事務流水線，取消模擬思考時間的辦法，設計了包含多個具體事務的選課測試流程。
6、總結(jié)與展望
本文主要探討培英職校網(wǎng)絡環(huán)境下開發(fā)針對性強的有助于培英職校學分選課制開展的一套網(wǎng)上選課系統(tǒng)，這套選課系統(tǒng)基于J2EE架構(gòu)，結(jié)合了抽簽算法，很好地實現(xiàn)了選課中的公平公正，使選課工作高效靈活。我校學生分為中專班、大專班和培訓班，因條件不同他們無法隨時上網(wǎng)選課，過去只能按照先來先得進行選課，這樣會導致選課的不公平，也會造成課程人數(shù)分布不平均，出現(xiàn)某門課程“爆滿”或某門課程無人問津。采用抽簽算法的選課系統(tǒng)開始應用后，一方面減輕了管理員的調(diào)度安排工作，只需要讓學生在規(guī)定時間段內(nèi)登陸系統(tǒng)頁面進行選課，系統(tǒng)會自動對報選人數(shù)過多的課程進行抽簽篩選，沒中簽的學生可以及時接到通知改報其他課程，使課程人數(shù)分配平均;另一方面，這種算法下的選課系統(tǒng)不會因為遲選而造成學生無法報選自己想要修的課程，以抽簽的形式來盡量照顧到全部學生的公平選課。
培英職校的學分制建設剛剛開展不久，對于這方面的工作需要一套靈活多變的系統(tǒng)才能真正適應我校的特殊環(huán)境。這套選課系統(tǒng)利用MVC模式下的struts框架來實現(xiàn)系統(tǒng)的應用功能，其結(jié)構(gòu)簡潔清晰，可隨時增加功能，代碼可復用性高，系統(tǒng)移植難度不大，服務器容易配置，操作界面簡單易學，為培英職校的教務管理工作提供了一個很好的工具。而在將來，系統(tǒng)能夠緊跟學校教育制度不斷發(fā)展的步伐，在原來的基礎上不斷創(chuàng)新，開發(fā)出更完善更豐富的功能。
目前移動網(wǎng)絡技術(shù)已經(jīng)非常成熟，大多數(shù)學生都能利用手機上網(wǎng)，如果我們的選課系統(tǒng)能夠在WAP平臺上進行連接，允許學生利用聯(lián)網(wǎng)手機對進行選課操作，并依靠手機接收完整的課程通知單，那會為學生帶來非常大的便利。這都將會是我們下一步要努力實現(xiàn)的目標。
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