人工智能在計算機自動排課算法中的應用

鄭策 袁璐 山東工程職業技術大學

對高校教務管理工作非常熟悉的人都知道，占據教務管理工作量很大百分比的便是課程安排工作，也就是排課工作。隨著我國社會的不斷發展，教育事業的改革也開始萌芽，我國進行教育體制改革的原則是要以人為本、因材施教，大多高校的學生都在進行自主選課，打破了傳統自然班的束縛。將個體轉變為學生本人，隨之而來的便是難度加大的排課工作，需要根據方方面面的因素進行人工排課，會出現較大的出錯率，也很容易出現沖突，輕則可能是學生、教師與教室發生個別沖突，進行課程重調的變動會非常大，對學校的正常教學造成影響，還會出現教學事故的問題。嚴重的情況下會對課程無法進行合理安排，更不用說教學、教育體制的改革了。

一、傳統排課軟件的特點

1. 本土化特征明顯

大多軟件都是專門為某些學校而開發的，只能滿足暫時的需要，具有稽查的數據擴展能力，一旦學校的設施和資源出現一點點的改變，軟件就不能夠繼續滿足學校要求。但是現實的學校狀況是處于一個動態運動中的，不得不隨時隨地更新著學校的軟件和硬件措施，出現的后果便是很多學校要對排課軟件進行不停的修改，使人力資源和物力資源都出現浪費。

2. 缺少人性化特征

有很多從事教務管理的專家在實踐過程中有著寶貴的經驗，這些經驗是值得我們吸收和借鑒的，但是軟件的算法求解問題是根據其推理機制去決定的，導致不滿足其結果，所以要管理人員大量的修改和完善該排課方法。

3. 操作繁瑣，難以理解

出現的排課軟件和以往的人工輸入不具有兼容性，所以加大了叫我管理人員的工作量，碰見稍微復雜一點的功能，例如操作繁瑣等，會出現操作人員難以理解的問題，這也是目前大多數流行軟件所普遍存在的問題。

二、人工智能在計算機自動排課算法中的應用

1. 人工智能的理論

計算機技術在發展到一定階段之后，出現的其中一個計算機科學的分支門類，人工智能。人工智能主要研究的是用計算機模擬人腦，對各種人工智能活動進行操作，用通俗的語言解釋，用計算機實現一系列人腦所進行的推理、策劃和思考等活動便是人工智能，將一些需要人類才能完成的復雜性問題進行解決。目前的工廠、醫學、生物地理研究甚至游戲開發都會應用到人工智能，其研究對象是各種符號代替的知識，借助非常規的啟發式推理式進行研究。

2. 對學校的實際排課情況進行分析

根據教育改革和一般學校的教育工作安排的現狀，使學校的日常管理工作面臨巨大挑戰。需要在設計時注意排課系統的靈活性、方便性和實用性。要充分貼合學校所利用的各種教學資源，最大化教學質量。這就必須使排課軟件必須具備靈活性，根據應用對象的不同和學校實際教學狀況對教學資源進行合理分配，在計算機自動排課算法中應用人工智能需要考慮到的因素有以下幾點：

2.1 老師

每位教師的授課門類都是相對穩定的，一次在利用人工智能對排課軟件進行設計是，可以采取一對一的教師資源分配，另外，還需要考慮到每位教師的實際特點，靈活分配排課軟件。例如因為特殊原因導致某天無法上課的某位教師，所以在安排教師課程上要切合實際靈活安排。

2.2 課程

能夠對課程安排進行直接制約的還有課程本身，安排課程時，還需要對課程本身的實際情況和學生的實際心理特點進行分析，從而科學的、合理的安排課程，例如較為重要的基礎性專業課程，如語文、外語等課程需要安排在上午，不建議在下午或周五下午進行安排，而類似體育課等輔助性課程則不建議安排在上午進行，因此在進行課程安排事需要實際考慮課程的因素。

2.3 班級

還要對班級的實際情況進行分析，之后在進行課程安排，例如在一周的某個特點時間，某個班級需要進行實踐活動等。碰見上述情況時，則不能給其安排課程。

2.4 學校

除了上述因素外，還需要對學校的實際情況進行分析，例如某些學校會規定某一特定時間進行班會或者大掃除等，在將此類情況考慮到之后在進行排課，而擁有人工智能的排課軟件會在考慮到以上的實際情況進行排課，盡量保證課程的高效性和實用性，還能相應減少學校管理人員的工作量。

3. 設計排課系統

在考慮到教學資源、學生群體和教師資源的實際情況等因素后，開始設計排課系統，不同學校會有不同的課程使用對象特點，因此要從校務管理人員群體、學生群體和教師群體等三個方面對排課系統進行設計。

3.1 校務管理人員

在應用了人工智能的排課系統形成課表后，管理人員還需檢查課程安排，課表中存在少數軟件無法安排的特殊課程，則需要切合學校實際情況下，校務管理人員對其進行人工手動調節，使課程得到進一步完善。除此之外，管理人員還需要平時根據隨時變化的有關課程進度對課程進行合理、靈活的調整，以及發布和維護相關課程信息等，保證能夠正常開閘相關課程。借助計算機自動生成管理員模塊界面。

3.2 學生群體

學生可以借助有效證件在學生系統模塊對自己本學期或本學年需要學習的課程進行查詢，能夠方便學生提前做好準備，碰見不能接受的已安排課程，可以通過反饋功能項工作人員反饋。借助計算機自動生成學生模塊。

3.3 教師群體

教師想要查詢自身的課程安排則可以登錄教師系統，對有異議的系統自動安排課程可以借助反饋功能向管理人員進行反饋協商，使課程安排得到優化。借助計算機自動生成教室模塊。

4. 借助人工智能算法設計排課系統

設計排課系統時需要將時間因素作為核心，還需符合學校的實際教學狀況。對直接影響學校課程安排的教師、教室和學生三大因素進行合理分析，假設某校每周教師、教師和學生的可用教學時間段有36個，那么安排一門課程就要考慮到某個時間段三者是否都可以利用，基于這一思路去借助人工智能算法設計排課系統。

借助人工智能算法設計排課系統可以幫助管理人員減少工作量，還能快速從已輸入的信息庫中獲取想要的相關數據和信息，在進行選擇或提取相關信息時，出于對相關條件和限制的考慮，選擇完畢相關數據后會自動進行混合型算法分析和篩選有關數據，綜合匹配和搭配各個因素，得到最終最優化的數值。

三、結束語

綜上所述，在排課系統的設計中應用人工智能理論能夠對學校日常化管理起到促進作用，讓學校日常化管理更具科學性和高效性，因此排課系統的設計在學校日常管理工作中具有非常重要的作用。據了解，我國目前排課工作中所使用到的排課系統和排課軟件仍然缺少高校性和實用性，因此對排課軟件設計應用人工智能的研究還需繼續進行。當下學校采用人工智能設計排課系統是教育管理研究的其中一個熱點，在未來學者們還進一步深入研究借助高效化、智能化程度更高的人工智能算法設計排課系統，對我國教學工作起到推動作用。