摘 要

随着新高考制度的落地实施，“走班制”教学模式逐渐替代传统的高中文理分科教学方式。这种教学模式的转变，增加了中学分班和排课的约束，给分班排课工作带来了很大的挑战。传统的分班排课方式需要花费教务管理人员大量的时间，且结果难以达到最优，已经无法满足“走班制”教学体制的分班需求。本文根据新高考下“走班制”教学模式的特殊性，以变领域搜索算法为基础设计“走班制”教育模式下分班问题的解决方案并简化后续的排课问题。本文的主要研究成果有：

介绍新高考下的“走班制”教学模式，将走班排课问题分解为行政班分班、教学班分班和课表编排三个阶段，提出行政班分班和教学班分班的问题模型，将课表编排转换为传统排课问题。

以变领域搜索算法为基础，设计行政班分班和教学班分班算法，并将两种算法嵌入到走班排课系统中，实现走班排课系统的开发。

关键词：新高考；走班排课；变领域搜索；行政班分班；教学班分班

Abstract

With the implementation of the new college entrance examination system, the "walking class" teaching model gradually replaces the traditional teaching method in high school. The use of this teaching model has led to an increase in factors and constraints that affect the efficiency of class scheduling, and there will be a shortage of teaching resources. The traditional manual arrangement of classes needs to consume the administrative staff a lot of time. Also, it is hard to achieve the optimal results and it may make scheduling become more challenging. This traditional method can’t meet the needs of teaching system of "walking class" any more. Based on the particularity of the teaching model of "walking class", this paper solves the problem of class placement under the teaching model of "walking class" and simplifies the subsequent scheduling problems through the algorithm of variable neighborhood search. The main research achievement is as followed:

Firstly, the paper introduces the concept of ‘walking class’ under the new college entrance examination and decomposes the problem into three stages including administrative class division, teaching class division and schedule arrangement. Secondly, it proposes the model of administrative class division and teaching class division and converts the schedule arrangement into the problem of traditional course arrangement.

Finally, based on the algorithm of variable neighborhood search, this paper designs the division algorithm of administrative classes and the division of teaching classes, and embeds the two algorithms into the system of scheduling classes to finish the development of the system of scheduling classes.

Key Words：the New College Entrance Examination; Class scheduling; Variable neighborhood search; Administrative class division; Teaching class division

目 录

第1章 引 言 1

1.1 研究背景与意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究内容与方法 2

1.4 论文组织结构 3

第2章 关键技术 1

2.1 局部搜索算法的基本概念 1

2.2 相关算法概要 1

2.2.1 爬山法搜索算法 1

2.2.2 变领域搜索算法 2

2.2.3 遗传算法 2

第3章 走班排课问题分析 3

3.1 “走班制”下行政分班问题的分析 3

3.1.1 高考模式分析 3

3.1.2 分班模式分析 4

3.1.3 层级约束分析 4

3.2 “走班制”下教学分班问题的分析 5

3.2.1 层级隔离 5

3.2.2 时序走班 5

3.3 “走班制”下排课问题的分析 6

第4章 走班排课问题模型 8

4.1 “走班制”下分班问题数学描述 8

4.1.1 行政分班问题的数学描述 8

4.1.2 教学分班问题的数学描述 8

4.2 “走班制”下分班问题约束分析 9

4.2.1 硬约束分析 9

4.2.2 软约束分析 10

4.3 “走班制”下分班问题数学描述 10

4.3.1 行政分班问题约束满足模型 11

4.3.2 教学分班问题约束满足模型 11

第5章 算法设计 13

5.1 行政分班算法设计 13

5.1.1 数据读取与处理 13

5.1.2 评价函数 13

5.1.3 定一走二模式思路分析 14

5.1.4 定二走一模式思路分析 15

5.1.5 优先三科模式思路分析 15

5.2 教学分班算法设计 16

5.2.1 数据读取与处理 16

5.2.2 评价函数 16

5.2.3 生成初始解 18

5.2.4 领域搜索 19

5.2.5 解的优化 19

5.2.6 学生的最终分配 20

5.3 多次重启与停止 20

5.3.1 行政分班的迭代搜索 20

5.3.2 教学分班的迭代搜索 22

第6章 实例验证 24

6.1 实例数据分析 24

6.2 行政分班结果 25

6.2.1 定一走二分班结果 25

6.2.2 定二走一分班结果 26

6.2.3 优先三科分班结果 26

6.3 教学分班结果 27

6.3.1 定一走二教学分班结果 27

6.3.2 定二走一教学分班结果 27

6.3.3 优先三科教学分班结果 28

6.4 实验结果分析 29

第7章 系统设计与实施 30

7.1 走班排课系统简介 30

7.2 系统总体设计 30

7.2.1 功能模块设计 30

7.2.2 物理配置方案设计 31

7.3 系统详细设计 32

7.3.1 编码设计 32

7.3.2 数据库设计 32

7.3.3 输入输出设计 36

7.4 系统实施 38

7.4.1 功能模块概述 38

7.4.2 模拟运行系统 39

第8章 结 论 47

致谢 48

参考文献 49

引 言

研究背景与意义

研究背景

当下，新高考改革已由试点阶段迈入全面推广阶段，对高中教学的内容与形式等提出了新的要求与挑战。

传统的“齐步走”教学模式是文理分科的，除去统一必考的语数外，学生升入高二前需要根据自己的职业规划和兴趣，选考文科综合或理科综合科，其中文科综合包括政治、历史、地理，理科综合包括物理、化学、生物^[4]。这种的教学模式对于分班的要求不高，因为主要的约束条件只有“文理分科”，只需确保一个班的同学都是文科或理科即可，人工可以简单实现分班。

“走班制”教学模式具有的区别于传统“齐步走”式教学模式的灵活化与个性化特征，能够有效地满足新高考下高中教学改革的需要。在“走班制”模式中，学生自主选择不同教学科目的教学班级进行学习的教学模式^[6]。学生因为选考科目不同，而出现的所属的行政班和选考科目上课的教学班之间流动学习的现象就叫“走班制”。具体表现为，在高二年级学生所学的科目将分为必考和选考两类，必考的科目有语文、数学、英语，必考科目以行政班为单位进行授课，选考科目则是学生根据自己的未来的职业规划和兴趣，从物理、化学、生物、政治、历史、地理、6门课程（部分省份包含信息技术）中选择3门作为高考科目^[4]，这三门选考科目则开设教学班走班上课，其余四门作为会考科目。这种教学模式对分班要求较高，人工较难实现。