本科生作业

《管理科学与工程发展专题》课程论文

论文题目：大连理工大学学生网上选课系统优化研究

学 部： 管理与经济学部

课程名称：管理科学与工程发展专题

学 号： 201505013

姓 名： 周志伟

任课教师： 胡祥培、孙丽君

完成日期 2017 年 4 月

大连理工大学学生网上选课系统优化研究

摘要：学生网上选课系统是高校教学管理信息化平台的重要组成部分，其目的是利用信息系统在网上实现课程查询、选择、删除、修改等功能，针对不同表的不同用户（学生、教师）实现不同的操作，使学生的选课及对其的管理更加方便快捷，提高工作效率 ，降低管理成本。经调查，我校的网上选课系统确实在速度、网络等方面存在着一些问题。本文的重点在于分析现阶段我校网上选课系统存在的问题并针对这些问题提出可行的解决方案。

关键词：教学管理信息化，网上选课系统，SQL数据库，服务器负载，网络拥堵

Abstract: Student online course selection system is an important part of the college educational administration information platform, its purpose is to use the information system in the online course selection, query, delete, modify and other functions, for different users in different tables (students and teachers) different operations, the course selection of students and the management more convenient to improve work efficiency, reduce management costs. After investigation, the online course selection system in our school does exist some problems in speed, network and so on. The focus of this paper is to analyze the problems existing in the online course selection system of our school and put forward feasible solutions to these problems.

Keywords: Teaching management informatization, Online course selection system, SQL database, server load, network congestion

0 引言

随着我国高等教育事业的快速发展，高等教育实现了跨越式的发展。各个高校招生规模逐年扩大，办学规模迅速增长，据统计，目前我国高等教育在学人数超过2000万人，高等教育毛入学率达到19%。随着办学规模的不断增长，高校正面临着前所未有的挑战。在互联网及信息技术飞速发展的今天，信息化教学与管理是高校提高教育现代化水平，培养高素质人才的最好方法。

网上选课系统是高校教学管理信息化平台的重要组成部分，也是高校实施学分制改革的基础性工作。当前高等院校都在实行学分制教育改革，选课作为学分制实施的核心，是贯彻因材施教原则、促进学生个性化发展的重要途径。学分制教学改革的基本实现途径是学生自主选课，这就给选课管理提出了新的难题。一方面学生可以在一定时间、课程范围内自由选择自己需要的课程，因此现在的选课管理具有分散性、自由性、时间不确定性，难于人工调配与集中管理，另一方面，随着高校的扩招。学生人数日益增加，造成教学等资源比较紧张，这无疑增加了选课管理难度和教务管理人员的工作量。传统基于集中式管理的选课方式已经物理适应这些新的变化，于是网上选课系统应运而生。但是由于选课时间较为集中、教学资源相对不足，网上选课系统同时在线人数多，大量学生同一时间竞争有限教学资源，造成网上选课系统负荷急剧增加，在选课高峰期经常出现网络拥堵、反应延迟较高甚至服务器崩溃的情况。

1 问题描述

我校的选课系统自投入使用以来，大大提高了学校教务管理水平和效率。但随着办学规模的不断扩大，学生人数有了一个很大的增长，同时开设的课程也大量增加，系统数据量成倍增长。在选课高峰期，系统经常出现响应超时、网络拥堵的情况，甚至系统一度崩溃无法进入，系统的可靠性和稳定性得不到保证，给同学们的选课造成了十分大的影响。此类系统的主要问题是选课期间的高峰期拥堵问题，我校的论坛、贴吧里有大量学生表达的对现有选课系统的不满。

网上选课系统的高峰拥堵问题是指：同一时间节点由于同时访问系统的用户太多引起系统负载过高，从而造成数据传输的拥堵用户与服务器之间的通讯收到影响，不能很好的实现即时通讯从而造成系统响应超时、甚至数据库崩溃的问题，系统稳定性与可靠性受到挑战。直接导致学生正常的选课活动不能完成。

不止我校，当前高校的网上选课系统普遍存在选课高峰期的拥堵问题。一方面，由于在校人数和课程量的不断增长，系统数据量成倍增长，服务器现有的数据处理能力不能满足系统的要求。另一方面，由于选课时间存在限制和部分课程（例如全校核心通识课程）资源较紧张，学生可能选不到自己感兴趣或容易通过的课程，学生在使用网上选课系统时普遍存在“抢课”问题，直接导致了选课系统的高峰拥堵。

除了系统的拥堵问题之外，选课规则也存在着一定的问题。在选课管理中，高校往往面临着一个难题：与学生的选课需求相比，课程资源明显不足，学校不可能满足全部学生的选课需求。尤其学分制改革之后，学生可以根据自己的兴趣自由选课，从而创建适合自己发展的个性化只是学习框架。但在这种制度下，学生选课会有很强的盲目性和从众心理，课程的必要程度以及通过难度就成了评价一个课程的重要标准。此外，由于热门课程资源的紧张性，此时课程变成了一种“硬通货”，选到了自己不需要的热门课程也不会放弃，而是留在手里作为一种交换的筹码去和他人换取自己需要的课程。但是这些课程很大部分都会在选课即将截至的时候集中的被删除，造成资源的浪费。

综上所述，网上选课系统主要存在以下三种问题：

问题一：开始选课的前后数个小时内网络拥挤不堪，服务器崩溃，即高峰拥堵问题；

问题二：很多学生为了抢到需要的课程不得不守在电脑旁，对正常的生活造成很大影响，对此学生们也是怨声载道；

问题三：任课教师反映有些学生并不适合学习他们开设的课程，而有些适合学习的学生却没有选上课。

2 解决方案

如何解决网上选课系统的高峰拥堵问题、有效应对高并发访问一直是网上选课系统研究的重点。综合各种解决办法，大致有一下六种办法：

（1） 更换更高性能的服务器、数据库、硬件设备；

（2） 对服务器进行调整，使之更适合系统实际运行要求；

（3） 优化选课算法，从算法上解决高并发访问带来的问题；

（4） 将现有的选课规则流程进行调整优化，从根源上避免高峰访问；

以下，本文将根据实际情况对以上各个解决方法进行分析。

2.1 更换设备

在解决大型网站的高并发、高负载问题时，一般均采用高性能服务器、高性能数据库以及高性能的硬件设备，这种思路不妨可以应用在网上选课系统中来解决选课高峰的高并发访问问题。但是这种方法需要花费大量资金，而且当系统需求进一步增长后，硬件设备的性能有会成为制约系统的瓶颈，需要再次更换设备。此外，由于学生选课的时间较固定，一般都是学期开始和学期末，其余时间段内，学生对选课系统基本没有需求，这就会造成高性能设备在一年之中的绝大部分时间内都是闲置的，会造成资源的极大浪费。

综合以上各种情况，可以看出更换高性能设备在解决大型网站的高拥堵问题上有一定作用。但是在高校选课系统优化问题上只存在理论上的可行性，不符合我校选课系统的实际情况与需求，这种办法的可拓展性较差，资源的利用率较低，不适合用于网上选课系统的优化。

2.2 服务器调整

出于对成本、资源利用率、网络畅通等方面的考虑，现在大多数选课系统采用集群技术材构建web服务器。

计算机集群简称集群，是一种计算机系统，它通过一组松散组成的计算机软件或硬件连接起来高度紧密的协作完成计算工作。

这样做一方面可以利用学校现有的服务器资源，节省大量资金；另一方面可以根据需要动态控制集群中节点服务器的数量，具有较好的可伸缩性。并且采用服务器集群技术，当集群中某个节点服务器出现异常的时候，其他的节点仍然可以继续工作，从而使系统的可靠性大大提高。并且由于拥有多个服务器，所以分配给每台服务器的任务大大减少，提高系统的承受能力，避免服务器崩溃；同时每个服务器的负载减轻以后，其反应速度也会加快，从而改善选课系统的整体性能。

2.3 优化选课算法

我校现在使用的选课算法是“随机抽签+先到先得”机制进行选课。一般情况下的做法是给学生规定一段时间进行预选，预选阶段所有课都可以选上，以此来统计各个课程的需求。预选结束后，正选开始前会根据课程容量以及选择人数进行随机抽签，随机抽签的结果决定了正选阶段的选课难度。在正选阶段，对于需求较高的课程，会适当扩大容量，这是多出来的这部分课余量就回采用先到先得机制，即“抢课”。这种机制相较于原来先到先得的模式有效的解决了问题一和二，但无法解决问题三。

2.4 优化选课流程与规则

在优化选课流程方面，可以参考国外很多大学实行的学分制下导师指导选课的机制。这种机制下，学生在正式选课之前必须先与自己的导师进行交流，共同讨论某学期的学习计划，在得到导师许可之后才能进行选课。学生选课之后还需要得到任课教师的许可才算是最后选上此课，否则无效。从选课系统设计上，他们采用“导师许可+先到先得+任课教师许可”的流程。这种流程可以较好的解决以上的三个问题，可以为我校的选课系统优化提供参考。

3 总结与展望

本文针对大连理工大学网上选课系统中存在的问题进行了分析研究，并结合其他高校的情况提出了解决方案。选课一直是各个高校教学管理中的难题，在现有的技术水平下很难找到一个完美的解决方案来解决所有问题，但是纵观近年来的情况，网上选课系统确实在不断完善本文中很多方法都是借鉴了其他高校的方法。问题在不断产生，但也在不断被解决，网上选课系统的研究，还需要继续摸索。