Themis: Informationsmodell

Ein Themis-Projekt ist eine räumlich und zeitlich abgeschlossene Einheit, für die gemeinsame Stundenpläne erstellt werden sollen. Typischerweise enthält ein Projekt die Daten pro Fachbereich und Semester, z.B. "Fachbereich Informatik, WS 2010/11". 

Ob größere oder kleinere organisatorische Einheiten oder Zeiträume behandelt werden, hängt lediglich vom Umfang der in einem Projekt erfassten Daten ab. Verschiedene Projekte sind unabhängig voneinander.

Stundenpläne werden auf Basis der vorgesehenen Module je Studiengang und Semester erstellt. Eine Studiengruppe (SG) steht für eine Menge von Studierenden, die die gleichen Module absolvieren, z.B. "Bachelor Informatik, 4. Semester". Wichtigste Eingabe je SG ist die (erwartete) Anzahl von Studierenden.

In einem Projekt können SGs für mehrere Studiengänge angelegt werden. Mit der Zuordnung von Modulen zu (verschiedenen) SGs wird die Kursstruktur erfasst. Eine Kollisionsprüfung in Stundenplänen erfolgt nur zwischen Ereignissen im selben Zeitfenster, deren Module der gleichen SG zugeordnet sind (weil angenommen wird, dass verschiedene SGs keine Studierenden gemeinsam haben).

Themis erstellt Stundenpläne auf Wochenbasis und geht davon aus, dass sich ein Stundenplan über alle Wochen des Planungszeitraums identisch wiederholt.

Ereignisse werden Zeitfenstern zugeordnet, deren Dauer nicht weiter spezifiziert ist. Verschiedene Zeitfenster haben keine zeitliche Überschneidung. Die Anzahl der Zeitfenster kann pro Tag individuell festgelegt werden, ebenso die Höhe der Strafpunkte, die bei Nutzung eines Zeitfensters zu Buche schlagen (z.B. um die Verwendung von Randstunden zu vermeiden).

In Themis können beliebige Arten von Ausstattungen hinterlegt werden, etwa "Beamer" oder "PC-Pool". Sie werden verwendet, um Räume näher zu kennzeichnen.

Neben der Ausstattung ist die Verfügbarkeit eines Raumes pro Zeitfenster und die Angabe der Kapazität wichtig. Die Zuweisung von Strafpunkten erschwert während der Optimierung die Verwendung eines Raums, etwa wenn der Raum zwar verfügbar, aber weit entfernt ist.

Dozenten werden über ihren Namen identifiziert. Je Dozent können Zeitfenster als verfügbar (grün), unerwünscht (gelb) und ausgeschlossen (rot) gekennzeichnet werden.

Bei den weiteren Angaben ist die maximale Anzahl Ereignisse pro Tag ein Zulässigkeitskriterium, sonst sind es Optimierungskriterien.

SGs werden per drag&drop Modulen zugeordnet. Es gibt zwei Arten der Zuordnung, je nachdem, ob ein Modul Pflichtfach (PF) oder Wahlpflichtfach(WPF) für die SG ist. Die Art der Zuordnung hat Auswirkungen auf die Ermittlung der Teilnehmerzahlen und auf die Kollisionsprüfungen bei den Ereignissen des Moduls.

Bei einem Pflichtfach wird davon ausgegangen, dass alle Studierende einer SG an diesem Modul teilnehmen, bei einem Wahlpflichtfach ist der (erwartete) Anteil der Studierenden anzugeben, die dieses Fach wählen werden.

Beispielsweise ist das Modul "Web-Technologien" ein PF in der SG "Bachelor DMS, 3. Sem." und ein WPF in der SG "Bachelor INF, 4. Sem.".

Ein Modul kann verschiedene Arten von Lehrveranstaltungen haben. Themis unterstützt Vorlesungen, Übungsgruppen und Tutoriumsgruppen. Die Teilnehmeranzahl an einer Lehrveranstaltung ergibt sich aus der Zuordnung der SG-Blöcke (Ausnahme Tutoriumsgruppen). 

Lehrveranstaltungen unterscheiden sich hinsichtlich der Verteilung der Teilnehmer: Alle Teilnehmer eines Moduls werden der Vorlesung zugeordnet und alle Teilnehmer müssen auf die Übungsgruppen verteilt werden. Dagegen muss die Zuordnung von Studierenden zu Tutoriumsgruppen nicht vollständig sein. Bei Übungsgruppen wird die Gruppenanzahl und die maximale Gruppengröße erfasst, bei Tutoriumsgruppen die Gruppenanzahl und die (erwartete) Teilnehmerzahl.

Jede Lehrveranstaltung hat Ereignisse, die jeweils in ein Zeitfenster eingeplant werden und dort einen Raum belegen. Allerdings können für eine Lehrveranstaltung mehrere Ereignisse angelegt werden, falls diese mehrere Zeitfenster benötigt. Zusätzlich ist es möglich, Ereignisse aneinander zu binden, so dass sie zwingend in aufeinanderfolgenden Zeitfenstern liegen müssen.

Pro Ereignis werden die Dozenten, sowie die benötigte und verbotene Ausstattung erfasst. Beispielsweise kann für ein Ereignis des Moduls "Theoretische Informatik" und der Lehrveranstaltung "Übungsgruppe 1" festgelegt werden, dass ein "Beamer" als Ausstattung benötigt wird, aber "PC-Pool" verboten ist, was bei der Raumzuordnung im Plan entsprechend berücksichtigt wird.

Blöcke sind Gruppen von Studierenden einer SG. Sie werden verwendet, um Studierende den Lehrveranstaltungen zuzuordnen und so die notwendigen Informationen für die Kollisionsprüfung zwischen Ereignissen zu hinterlegen. Themis geht davon aus, dass gleiche Blöcke aus denselben Studierenden bestehen.

Ein Block ist eine Planungsgröße ohne Zuordnung konkreter Personen und daher anonym. So wird die Erstellung von Stundenplänen ohne vorherige Anmeldung der Studierenden zu den Lehrveranstaltungen ermöglicht. Themis unterscheidet die Blockeinteilung der SGs und die Blockzuordnung zu Lehrveranstaltungen.

Die SG "Bachelor Informatik, 4. Semester" mit 50 Studierenden kann beispielsweise in vier Blöcke mit 15, 15, 10 und 10 Studierenden unterteilt werden, um die Zuordnung zu drei Übungsgruppen mit Maximalgröße 20 zu ermöglichen.

Weil alle Studierenden einer SG die gleichen Pflichtfächer hören, wird die Blockeinteilung für die Zuordnung der Studierenden zu Pflichtfächern je SG vorgenommen (PF-Blöcke). Für jedes WPF-Modul einer SG wird eine eigene Blockeinteilung erstellt (WPF-Blöcke), bei der die erwartete Anzahl der teilnehmenden Studierenden aus dieser SG erfasst und auf die Blöcke aufgeteilt wird.

Blöcke können manuell angelegt, gelöscht oder geändert werden. Themis stellt aber auch einen Algorithmus zur Verfügung, der die Einteilung in PF-Blöcke für alle SGs und in WPF-Blöcke für alle SG-WPF-Kombinationen vornimmt. Der Algorithmus kann wahlweise für eine oder alle SGs gestartet werden, er hält die Einstellungen zur minimalen und maximalen Blockgröße ein und er überschreibt eine evtl. bereits vorhandene Einteilung.

Aus der SG-Zuordnung zu Modulen ergeben sich die Teilnehmer an diesem Modul, ausgedrückt als Menge von Blöcken sind das: Alle PF-Blöcke der SGs, in denen das Modul ein Pflichtfach ist, und alle WPF-Blöcke der SG-WPF-Kombinationen, in denen das Modul WPF ist. Die Summe der Blockgrößen ist die Gesamtteilnehmerzahl für das Modul.

Der Vorlesung eines Moduls werden implizit alle Blöcke des Moduls zugeordnet.

Sämtliche Blöcke eines Moduls müssen auf die Übungsgruppen des Moduls verteilt werden. Dabei ist die maximale Übungsgruppengröße einzuhalten. Diese Zuordnung kann manuell oder durch einen Themis-Algorithmus erfolgen (wahlweise für ein Modul oder für alle Module gleichzeitig). Der Algorithmus minimiert die Anzahl der verschiedenen SGs je Übungsgruppe, weil so während der Stundenplanung vermutlich weniger Kollisionen auftreten.

Durch die Zuordnung von Blöcken zu Tutoriumsgruppen kann angegeben werden, aus welchen SGs die Studierenden kommen. Die Zuordnung erfolgt manuell. Die Studierendenzahl wird durch die Angabe der (erwarteten) Teilnehmerzahl je Gruppe festgelegt und bei der Raumzuordnung beachtet. Sie ergibt sich nicht aus der Summe der Blockgrößen.

Themis überprüft nach jedem Speichervorgang die Daten im Informationsmodell auf Konsistenz, um den Benutzer bei der Datenerfassung zu unterstützen. Die Prüfung umfasst die Blockeinteilung (sofern die SG mindestens ein Modul hat), die Blockzuordnung und das Ausfüllen von Pflichtfeldern.

Beispielsweise muss im Projekt mindestens ein Dozent erfasst und jedem Ereignis mindestens ein Dozent zugewiesen worden sein.

Für alle Ereignisse können Zeitfenster und Räume vorgeplant, d.h. vor der eigentlichen Stundenplanung fixiert werden. Dabei werden Zeitfenster oder Räume als "verboten", "erwünscht" oder "hart vorgeplant" markiert.

Beispielsweise kann der Benutzer für ein Ereignis festlegen, dass es weder montags im zweiten noch dienstags im dritten Zeitfenster liegen darf, aber in Raum xy stattfinden muss. Markierungen mit "erwünscht" werden während der Optimierung bevorzugt. Themis bietet auch an, einen kompletten Stundenplan hart vorzuplanen.