基于Python的摇号选课程序的设计与实现

摘要：为了解决宁波经贸学校计算机专业项目化课程中学生个性化选课需求与教师资源有限之间的矛盾，文章基于Python语言，运用random和os标准库开发并实现了摇号选课程序。该程序通过模拟摇号机制，确保了学生在选课过程中的公平性。

关键词：Python编程；程序开发；摇号选课；中职计算机；CSV文件；数据结构

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）08-0042-03

开放科学（资源服务） 标识码（OSID）

0 引言

宁波经贸学校计算机专业为满足学生对专业知识和技能的个性化需求，开设了一批项目化课程。然而，由于每位教师能够指导的学生数有限，且学生的兴趣与需求各不相同，如何公平地分配有限的资源成为亟待解决的问题。为此，本文设计了一款基于Python的摇号选课程序，旨在克服现有选课平台的局限性，为学生提供一个透明、公正、高效的选课环境。

1 问题分析

研究者分析了市场上几款流行的选课平台：智慧选课系统、喜鹊儿和超星学习通。这些平台主要基于移动互联网技术构建，以手机App为操作终端。学生在选课前需要下载并安装相应的手机App，注册账号并绑定个人信息，确保手机网络稳定、电量充足等，这一系列准备工作对于学生而言显得过于烦琐，增加了选课的负担与复杂度。此外，选课结果往往与学生操作速度密切相关，即反应迅速者更易抢先选到心仪的课程，这在一定程度上影响了选课的公平性和公正性。最后，中小学校园内让学生使用手机进行选课与教育部2021年印发的《关于加强中小学生手机管理工作的通知》[1]中提到的“中小学生原则上不得将个人手机带入校园”要求不符。

为解决上述问题，本文设计并实现了摇号选课程序。该程序基于Python语言开发，运行于电脑端，打破了学生必须依赖手机进行选课的局限性，有助于学校营造良好的学习环境，减少手机对学生成长的潜在干扰。此外，程序操作流程规范有序，学生只须按照提示进行简单操作即可完成选课，无须具备专业的计算机操作技能，显著降低了学生选课的复杂性。

2 相关技术介绍

本研究选择Python作为开发选课程序的语言，Python得益于其简洁的语法结构和庞大的功能库[2]，在敏捷开发中具有显著优势，非常适合快速开发教育领域的软件。它的设计哲学强调代码的可读性和简洁性，使得开发者能够用更少的代码行数实现复杂的功能。在摇号选课程序开发中，Python的os标准库可用于文件操作，方便学生信息的读取和选课结果的导出。random标准库提供了随机算法[3]，为摇号选课的实现提供了有力的支持；此外，Python的字典数据结构在数据管理方面表现出色，能够方便地存储教师和参与选课的学生信息。

3 程序需求分析

研究对象为摇号选课程序，旨在解决宁波经贸学校计算机专业学生个性化选课需求与教师资源有限之间的矛盾。经过与相关人员的沟通与确认，选课程序的功能模块需求如下。

3.1 教师信息管理

教师信息仅包括每位授课教师的姓名以及他们所能指导的学生数量上限。此外，每位教师所能指导的学生数量上限是相同的。在摇号选课的过程中，每位教师剩余可指导的学生数量需要能够实时更新。

3.2 学生信息管理

学生信息仅包含姓名一项。此外，程序应提供用户管理学生信息的功能接口，包括修改和删除选课学生姓名的选项，并确保每位学生的个人信息都能准确无误地输入系统。

3.3 学生摇号选课操作

实现一个摇号算法，对所有参与选课的学生进行公平排序，并在摇号过程中实时记录每位学生的选课结果。

3.4 生成选课结果

在所有学生按照摇号顺序完成选课后，须将选课结果进行公示。为了确保选课结果能够在不同的计算机、操作系统和软件之间无缝传输和共享，方便展示，最终选课结果需采用CSV文件的格式来进行存储，CSV文件内部数据结构如图1所示，每一行的第一个数据表示指导教师，剩余数据表示选择该名教师课程的学生。以第一行为例，潘家乐、许客、黄昶皓等同学选择了徐老师的课程。

4 程序功能设计与实现

根据需求分析，设计的摇号选课程序流程图如图2所示。该流程图详细阐述了摇号选课程序的核心步骤和运行逻辑：程序首先导入学生信息，随后利用随机排序算法确定学生选课的顺序。由于随机排序算法的不可预测性，它确保了所有学生都能以一种公平的方式参与选课。接着，学生按顺序依次选课的同时记录下每位学生的选课结果。待所有学生完成选课流程后，程序生成选课结果CSV文件。打开CSV文件即可查看选课结果。

4.1 教师信息管理模块的设计与实现

为提升程序编写的便捷性并优化摇号选课结果的导出流程，本摇号程序采用图3所示的Python字典变量来存储和管理选课信息。字典的每个键（Key） 对应每位教师的选课编号，例如1、2、3、4等，这些编号用于标识每位授课教师，因此每位教师的选课编号不能重复。每个键关联的值（Value） 是一个列表（List） ，该列表只有两个数据元素：第一个数据元素为任课教师的姓名，如徐老师、苏老师、张老师等，教师的姓名以字符串（String） 的形式表示，便于识别和检索；第二个数据元素是一个用于存储学生姓名的空列表，用于在选课过程中动态记录选择该教师课程的所有学生姓名，从而实现对学生选择的追踪和管理。

此种设计方法的优势在于，它不仅简化了数据的组织和访问，还极大地方便了开发过程中的一系列操作，如：

1） 信息检索与更新：通过选课编号可以快速检索特定教师的课程信息，以及更新学生名单。

2） 数据关联：轻松关联教师姓名和对应的学生名单，便于管理和维护。

3） 结果导出：使用字典这个数据结构来存储管理选课信息不仅便于在程序中操作，在选课结束后，还可以便捷地从字典中提取数据，生成报告或导出至其他格式，如CSV文件、Excel文件或JSON文件等便于进一步的数据分析和记录保存。

4） 动态管理：在选课流程中，字典内每个键（key） 关联的学生列表将实时进行更新。此外，通过执行len（学生列表） 代码，程序也能够即时了解特定教师目前指导的学生数目。

4.2 导出选课结果模块设计与实现

选课信息字典中每一个值（Value） 的第一个数据元素为教师姓名，第二个数据元素为选择该名教师课程的学生名字列表。按照需求分析，需要使用CSV文件的形式来存储选课结果。CSV以纯文本的形式存储数据，每一条数据记录以换行符作分隔，每条记录的字段之间以逗号分隔[4]。

因此，设计该模块的流程如图4所示。生成的选课结果CSV文件，用户可以使用电子表格等软件轻松打开并查看。

4.3 学生信息管理模块的设计与实现

本设计避免了使用复杂的MySQL等传统数据库系统进行数据存储，而是选择使用更为简单直观的CSV文件格式来保存学生姓名。用户可通过Excel等软件创建一个CSV文件，CSV文件内每一行的第一个数据输入学生姓名，具体格式参见图5。

按照选课程序流程图，程序运行后首先需要读取学生信息CSV文件。研究者借助Python自带的os模块找到当前目录下学生信息CSV文件并在终端窗口中呈现，随后利用传统的input与print交互，让用户选择正确的CSV文件。最后再使用open函数读取CSV文件内容，进而构建一个包含所有学生姓名的摇号池。运行效果见图6所示。

4.4 摇号算法模块的设计与实现

摇号算法模块是本摇号选课程序的核心功能之一，其设计主旨是通过随机排序的方式模拟真实的摇号过程。为了达成这一目标，程序借助random标准库中的shuffle方法，该方法能够高效地打乱学生在摇号池中的顺序，确保每位学生在摇号池中任意位置出现的概率均等，以此保障每位学生享有平等的选课机会[5]。具体实现步骤如下。

1） 初始化摇号池：将所有学生姓名添加到一个列表中，形成初始的摇号池。

2） 调用random.shuffle方法：对摇号池列表进行随机排序，打乱学生姓名的顺序。

3） 生成摇号顺序：随机排序后的列表即为学生的摇号顺序，系统将按照这个顺序依次让学生进行选课操作。

4.5 学生选课操作模块设计与实现

在通过摇号确定学生的选课顺序之后，学生依次进行选课，屏幕上会显示选课编号、教师姓名和该教师目前剩余可指导学生数量。当前学生确认完成选课后，对应教师剩余名额减一，随后下一位学生开始选课，直至所有学生选课结束。

由于每位教师可指导的学生数量有限，故在选课过程中，若某教师剩余可指导学生数量变为0，则表示该教师开班人数已满，程序将隐藏该名教师信息，同时该教师课程变为不可选状态。对于确定教师可指导学生的剩余名额，仅需统计选修该课程的学生人数，并与学生人数上限进行对比即可完成。

以图7展示的程序运行过程为例，根据摇号顺序，当舒旭东同学选择1号徐老师后，徐老师剩余可指导学生数由原本的1变为0，意味着徐老师开班人数已满，不可再选，程序隐藏徐老师的相关信息，因此下一位同学夏超，以及后续所有同学在选课的过程中无法再选择徐老师的课程。

5 结束语

本文设计并实现了基于Python的摇号选课程序，为宁波经贸学校计算机专业项目化课程选课难题提供了解决方案。程序以随机排序算法确保公平，满足了学生个性化需求与教师资源合理分配。目前该程序已在校内投入使用并取得预期效果，但仍有完善空间。例如，在用户界面设计和功能扩展等方面，程序仍有待提升。未来的研究可以进一步优化用户界面，使其更加友好和美观；同时，探索将程序应用于其他教育场景的可能性，如课程安排、活动报名等，以拓展其应用范围和价值。

参考文献：

[1] 严艳霞，吴维煊.藏手机神器：藏住了什么，露出了什么[J].教育家，2024（42）：32-33.

[2] 陆洁.浅析初中信息技术Python编程教学策略[J].新课程导学，2024（27）：45-48.

[3] 崔赛英.Python语言random库经典案例教学[J].电脑编程技巧与维护，2024（5）：19-21，44.

[4] 吴庆晨，周伟，孙江艳，等.基于条件选择的CSV文件数据挖掘算法研究[J].电脑编程技巧与维护，2017（11）：54-56，60.

[5] 张鑫.网上选课的随机抽签算法改进分析[J].信息与电脑（理论版），2011（24）：185-186.

【通联编辑：谢媛媛】