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课题题目

实验室排课系统的设计与实现

课题来源

自拟

成果形式

žA毕业设计 B毕业论文 C实做类毕业设计

开题报告内容（可另附页）

一、研究目的

研究旨在通过设计一个高效的实验室排课系统，实现对实验室资源（如实验室设备、场地、时间等）的最优化分配。这有助于减少资源闲置，提高实验室的利用率，从而最大化地满足教学和科研需求。传统的排课方式往往依赖于人工操作，容易因人为因素导致排课冲突、资源浪费等问题。本研究通过引入智能算法和自动化流程，旨在实现课程的快速、准确排布，减少排课过程中的错误和冲突，提高排课效率。

随着教育改革的深入和课程设置的多样化，实验室排课系统需要能够适应不同课程、不同教师、不同学生的需求。本研究致力于设计一个灵活、可配置的排课系统，能够根据不同需求进行个性化设置，以满足教学过程中的多样化需求。用户体验是评价一个系统好坏的重要标准之一。本研究注重提升用户（包括教师、学生和管理人员）对排课系统的使用体验，通过友好的界面设计、便捷的操作流程、实时的信息反馈等手段，增强用户对系统的满意度和信任度。

二、研究现状

在国内，随着科研、教育和工业实验室的日益增多和规模化，以及信息化技术的不断深入应用，实验室排课系统的需求也越来越迫切。目前，国内已经有不少高校和科研机构开始重视实验室排课系统的建设，并取得了一定的研究成果。

国内实验室排课系统通常包括课程管理、教师管理、实验室资源管理、排课算法等核心模块。这些系统旨在提高排课效率，优化资源利用，同时确保排课结果的合理性和科学性。例如，一些系统通过引入遗传算法、模拟退火算法等优化算法，来实现自动化的排课过程，减少人工干预和冲突。国内实验室排课系统多采用Java、Springboot等主流开发框架，结合MySQL、Oracle等数据库技术，构建稳定、可扩展的系统架构。这些系统通常支持Web访问，方便用户随时随地进行排课和选课操作。国内实验室排课系统在用户体验方面也取得了显著的进步。例如，一些系统提供了直观易用的用户界面，支持用户自定义排课参数和查看排课结果。同时，这些系统还提供了丰富的数据分析和可视化功能，帮助用户更好地了解实验室资源的使用情况和排课效果。尽管国内实验室排课系统已经取得了一定的研究成果，但仍存在一些问题和挑战。例如，一些系统的算法效率不高，排课结果可能不够优化；部分系统的稳定性和安全性有待加强；此外，还有一些系统在用户体验和交互方面存在不足，需要进一步完善。

在国外，实验室排课系统的研究与实践也取得了显著的进展。与国内相比，国外在算法优化、系统集成、用户体验等方面具有更高的水平。国外实验室排课系统通常采用更先进的算法和技术来实现智能化的排课过程。例如，一些系统引入了人工智能和机器学习技术，通过训练模型来预测和优化排课结果。这些系统能够根据实验室资源的使用情况和用户需求，自动生成合理的排课方案，减少人工干预和冲突。国外实验室排课系统通常与其他教学管理系统进行集成和互通，实现数据的共享和优化配置。例如，一些系统能够与实验室信息管理系统（LIMS）、实验室设备管理系统（LEMS）等无缝对接，实现实验室资源的全面管理和利用。国外实验室排课系统在用户体验和个性化服务方面也取得了显著的成果。例如，一些系统提供了丰富的用户自定义功能，允许用户根据自己的需求和偏好来设置排课参数和查看结果。同时，这些系统还提供了智能化的推荐和提示功能，帮助用户更好地了解实验室资源和课程信息。随着云计算、大数据、人工智能等技术的不断发展，国外实验室排课系统也呈现出一些新的发展趋势和创新点。例如，一些系统开始采用云计算架构来实现数据的集中存储和共享访问；利用大数据技术对选课数据进行深度挖掘和分析，为教学管理和决策提供有力支持；以及引入区块链技术来提高数据的安全性和可信度等。

三、主要研究内容

1、前端实现功能

①实验室预约界面。用户可直观查看实验室的可用时段，并进行预约操作。

②课程安排展示。系统根据排课结果，清晰展示各实验室的课程安排情况。

③智能排课功能入口。用户可通过输入相关参数，触发智能算法进行课程排布。

④使用情况统计图表。系统提供实验室使用情况的统计数据及可视化图表，便于用户分析。

⑤用户个人中心。用户可在个人中心查看个人预约记录、修改个人信息等。

2、后端实现功能

①实验室资源管理。管理员可添加、删除或修改实验室及其设备信息，确保数据的实时性和准确性。

②课程信息维护。管理员负责录入、编辑及删除课程信息，包括课程名称、教师、时间等关键要素。

③智能排课算法实现。系统后端集成智能排课算法，根据输入的约束条件（如实验室资源、教师时间等）自动生成排课方案。

④用户权限管理。系统对不同用户设定不同权限，确保数据的安全性和操作的合规性。管理员可查看、编辑及删除用户账户。

四、课题的准备情况

技术选型与平台搭建：深入研究了适用于实验室排课系统的前端框架与后端技术，并选择了合适的数据库系统。

功能需求分析与设计：通过对实验室管理流程的详细了解，明确了系统所需的核心功能，包括实验室资源的预约管理、课程的智能排课、使用情况的统计分析等。根据这些功能需求，制定了系统的初步设计方案，并绘制了相应的流程图与数据库表结构。

技术学习与研究：为了实现系统设计方案，课题组成员已针对所需技术进行了深入的学习与研究。这包括前端框架的组件化开发、后端服务器的搭建与接口设计、数据库的数据模型构建与查询优化等关键方面。

五、进度计划

2024~2025(1)第12~15周查阅相关文献资料，撰写开题报告并提交系统;

2024~2025(1)第16-17周对系统进行可行性研究，制定计划，实现整体功能设计，软件需求分析;

2024~2025(1)第18周确定开发技术，熟悉开发环境;软件概要设计、总体设计及数据库设计;

2024~2025(2)第1-4周

2024~2025(2)第5-6周进行界面设计、模块设计与功能实现;2024~2025(2)第7-9周进行系统集成，完成中期检查，并将中期报告提交系统;

2024~2025(2)第10-11周进行系统测试与运行，完善系统功能;

2024~2025(2)第12-13周

对系统进行最后调试，撰写毕业设计论文;

2024~2025(2)第14-15周根据论文查重结果进行修改，进行答辩;

2024~2025(2)第16周提交毕业设计材料。

六、参考文献

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[4]杜春涛.Angular Web前端框架开发基础[M].中国铁道出版社:202206.286.

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指导教师意见（课题难度是否适中、工作量是否饱满、进度安排是否合理、工作条件是否具备等）

课题难度适中，工作量饱满，进度安排合理，同意开题。

指导教师签名：

2023年12月17日

专家组意见（选题是否适宜、各项内容是否达到专业培养目标要求、整改意见等）

同意

专家组组长签字：

2023年12月23日