A web-based decision support system for class-teacher timetabling problem

Abstract

Sınıf-Öğretmen Çizelgeleme Problemi, genel sert-yumuşak ve kurumlara özgü kısıtları yerine getirerek, sınıf-öğretmen çifti için haftalık zaman çizelgeleri oluşturmayı içermektedir. Grup dengeleme problemi, oluşturulacak sınıfların kendi içerisinde heterojen, sınıflar arası homojen bir yapı oluşturmayı amaçlamaktadır. Bu tezde, eğitim kurumlarında yeni dönemin planlanmasında sıkça karşılaşılan sınıf-öğretmen çizelgeleme problemi ve grup dengeleme problemi için matematiksel modeller geliştirilmiş ve ilgili problemler için bir web tabanlı karar destek sistemi (DSS) tasarlanmıştır. Bu çalışmanın amacı, planlayanın zaman çizelgelerini ve sınıf listelerini kısa sürede oluşturması için araç geliştirmektir.Grup dengeleme problemi için oluşturulan karma tam sayı model, sınıfların not ortalamasının genel ortalamadan sapmasını en aza indirmeyi ve sınıf listelerinde öğrencilerin cinsiyet, uluslararası ve tekrar durumuna göre sınıflar arasında dengeli dağılımını sağlamayı amaçlamaktadır. Sınıf-öğretmen çizelgeleme problemi için geliştirilen ikili tamsayılı model, genel zaman çizelgesi ve söz konusu kurum için özel kısıtları olan, ancak amaç fonksiyonu olmayan kısıt sağlama problemi olarak formüle edilmiştir.Birçok eğitim kurumu, kişiselleştirilmiş yazılımların genel uygulanabilirliği eksikliği ne-deniyle manuel olarak çizelgeleri hazırlar. Son kullanıcı arayüzü, haftalık zaman çizelgelerini ve sınıf listelerini manuel olarak hazırlamak yerine planlayanın matematiksel yaklaşımları kullanması için gerekli olan bir bileşendir. Son kullanıcı için bir DSS tasarlanmış olması bu çalışmanın çok önemli katkısıdır. Geliştirilen DSS, veri girişi, verilerin ön işlenmesi, sorunun çözülmesi ve çözümün raporlanması için tasarlanmıştır. DSS tasarımında, PHP ana yazılım dili kullanılmış olup, matematiksel modellerin çözümünde GAMS ile yapılmıştır. Uygulama kısmında, İstanbul Şehir Üniversitesi Diller Okulu'nun verileri test çalışma olarak kullanılmıştır. Yaklaşık iki iş günü süren çalışma ile dakikalar içinde Diller Okulu'nun taleplerini yerine getirilmiş, listeler ve çizelgeler başarılı şekilde oluşturulmuş-tur. Diller Okulu, sistemin kullanılabilir olduğunu beyan etmiş ve 2017 Bahar dönemi planlaması bu sistem aracılığıyla yapılmıştır.

Class-Teacher Timetabling Problem determines weekly timetables for class-teacher pair with respect to certain hard and soft constraints, and institutions' specific constraints. Group balancing problem aims to create heterogeneous structure within the groups, and homogeneous structure between the groups. In this thesis, mathematical models are developed for class-teacher timetabling problem and group balancing problem frequently encountered during the planning of new semester in educational institutions. Additionally, a web-based decision support system (DSS) is designed for the related problems. As a contribution to this sub-field, this study provides tools to the planners to prepare weekly timetables and class lists in a short time.A mixed-integer model is developed for group balancing problem, and aims to minimize deviation of average score of the generated classes from the general average, and to ensure balanced distribution of students among classes according to gender, international, and repeat status. A binary integer model proposed for class-teacher timetabling problem. This model is formulated as a constraint satisfaction problem with no objective function, but includes general timetabling constraints and specific constraints for the institution.Many educational institutions still prepare timetables manually due to lack of general applicability of customized software. The end-user interface allows planners to use mathematical model instead of manually preparing weekly timetables and class lists. The exclusive contribution of this study is to design a DSS for the end user. The functions of this DSS include data entry, pre-processing of data, solving the problem, and reporting solution. DSS is based on PHP script, and GAMS is used to solve mathematical models. The data from İstanbul Şehir University School of Languages English Preparatory Program (SEPP) is used as a case study to demonstrate operation of the system. Class lists and weekly timetables were successfully created within minutes instead of two days taken manually. SEPP approved the timetables and declared that our system satisfies their requests. Class lists and weekly timetables for Spring 2017 have been planned using our system.