Python 实战：Django 学生选课系统-Python教程-PHP中文网

答案：设计Django学生选课系统需构建学生、教师、课程和选课记录模型，通过OneToOneField关联用户认证，用ForeignKey建立关系，设置unique_together保证选课唯一性，并在视图中结合事务与F表达式处理选退课逻辑，确保数据一致性。

python 实战：django 学生选课系统

Django 学生选课系统，本质上就是利用 Python 的强大与 Django 框架的便捷，搭建一个能让学生浏览课程、选择课程、退选课程，同时教师和管理员也能进行课程管理、学生信息管理的应用。它不仅仅是一个技术项目，更是对 Web 开发流程、数据库设计、前后端交互等核心概念的一次系统性实践。

解决方案

要构建一个功能相对完善的 Django 学生选课系统，我们通常会从以下几个核心环节入手，这就像是盖房子，地基、框架、装修，一步都不能少。

首先是项目初始化与环境搭建，这是所有开发的起点。你需要一个干净的 Python 环境，安装 Django，然后通过

django-admin startproject

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和

python manage.py startapp

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命令，创建你的项目和应用（比如

students

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courses

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selections

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）。

接着是数据库模型设计，这是系统的骨架。我们需要定义学生（Student）、课程（Course）、教师（Teacher）以及选课记录（Selection）等核心实体，并建立它们之间的关系。例如，一个学生可以选多门课，一门课也可以被多个学生选，这就涉及多对多关系。教师与课程之间可能是一对多，一个教师教多门课。

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然后是视图（Views）和 URL 路由（URLs）。视图是处理用户请求并返回响应的地方，比如学生登录、查看课程列表、提交选课请求。每个视图都需要通过 URL 路由映射到一个特定的网址。这里会用到 Django 的类视图或函数视图，根据业务逻辑选择。

模板（Templates）是用户界面的呈现。Django 的模板语言让你可以将后端传递的数据动态地渲染到 HTML 页面上。登录页面、课程列表页、个人选课详情页，都需要对应的模板文件。

表单处理（Forms）是用户与系统交互的关键。无论是学生登录、提交选课，还是管理员添加课程，都需要用到表单。Django 的

ModelForm

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可以大大简化基于模型的表单创建和验证工作。

用户认证与权限管理是任何多用户系统的基石。Django 内置的

User

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模型和认证系统非常强大，可以轻松实现学生和管理员的登录、注册、登出，并通过权限组或自定义权限来控制不同用户能进行的操作。

最后，可能还需要考虑静态文件（Static Files）和媒体文件（Media Files）的处理，比如 CSS、JavaScript、图片等，以及在生产环境下的部署。一个完整的实战项目，这些都是不可或缺的组成部分。

如何设计 Django 学生选课系统的数据库模型？

数据库模型设计，在我看来，是这类系统成败的关键之一。它不仅仅是定义字段，更是对业务逻辑的深刻理解和抽象。一个设计糟糕的模型，后期改起来会让人头疼不已，甚至可能导致性能问题。

核心模型通常包括：

学生 (Student)：

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- ```
User
```
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  (ForeignKey to
```
User
```
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  ): 与 Django 内置的用户模型关联，用于认证和授权。
- ```
student_id
```
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  (CharField): 学号，通常是唯一的。
- ```
name
```
  登录后复制
  (CharField): 姓名。
- ```
major
```
  登录后复制
  (CharField): 专业。
- ```
grade
```
  登录后复制
  (CharField): 年级。
- ```
email
```
  登录后复制
  (EmailField): 邮箱，方便联系。
教师 (Teacher)：
- ```
User
```
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  (ForeignKey to
```
User
```
  登录后复制
  ): 同样与内置用户关联。
- ```
teacher_id
```
  登录后复制
  (CharField): 教师编号。
- ```
name
```
  登录后复制
  (CharField): 姓名。
- ```
department
```
  登录后复制
  (CharField): 所属系部。
课程 (Course)：
- ```
course_id
```
  登录后复制
  (CharField): 课程编号，唯一。
- ```
name
```
  登录后复制
  (CharField): 课程名称。
- ```
description
```
  登录后复制
  (TextField): 课程描述。
- ```
teacher
```
  登录后复制
  (ForeignKey to
```
teacher
```
  登录后复制
  ): 授课教师。
- ```
capacity
```
  登录后复制
  (IntegerField): 课程容量，最大选课人数。
- ```
current_students
```
  登录后复制
  (IntegerField, default=0): 当前已选人数，这个字段在并发选课时需要特别注意处理。
- ```
credits
```
  登录后复制
  (DecimalField): 学分。
- ```
start_time
```
  登录后复制
  ,
```
end_time
```
  登录后复制
  (DateTimeField): 上课时间，用于排课冲突检测。
选课记录 (Selection)：
- ```
student
```
  登录后复制
  (ForeignKey to
```
student
```
  登录后复制
  ): 哪个学生。
- ```
course
```
  登录后复制
  (ForeignKey to
```
course
```
  登录后复制
  ): 选了哪门课。
- ```
selection_time
```
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  (DateTimeField, auto_now_add=True): 选课时间。
- ```
status
```
  登录后复制
  (CharField): 选课状态，比如 '已选', '已退选'，有时也可能有 '待审核' 等。
- ```
grade
```
  登录后复制
  (DecimalField, blank=True, null=True): 成绩，选课结束后可以录入。

# students/models.py 示例片段

from django.db import models
from django.contrib.auth.models import User

class Student(models.Model):
    user = models.OneToOneField(User, on_delete=models.CASCADE, primary_key=True)
    student_id = models.CharField(max_length=20, unique=True, verbose_name="学号")
    name = models.CharField(max_length=100, verbose_name="姓名")
    major = models.CharField(max_length=100, verbose_name="专业")
    grade = models.CharField(max_length=50, verbose_name="年级")
    email = models.EmailField(verbose_name="邮箱")

    def __str__(self):
        return self.name

class Teacher(models.Model):
    user = models.OneToOneField(User, on_delete=models.CASCADE, primary_key=True)
    teacher_id = models.CharField(max_length=20, unique=True, verbose_name="教师编号")
    name = models.CharField(max_length=100, verbose_name="姓名")
    department = models.CharField(max_length=100, verbose_name="系部")

    def __str__(self):
        return self.name

class Course(models.Model):
    course_id = models.CharField(max_length=20, unique=True, verbose_name="课程编号")
    name = models.CharField(max_length=200, verbose_name="课程名称")
    description = models.TextField(blank=True, verbose_name="课程描述")
    teacher = models.ForeignKey(Teacher, on_delete=models.SET_NULL, null=True, blank=True, related_name="courses", verbose_name="授课教师")
    capacity = models.IntegerField(verbose_name="课程容量")
    current_students_count = models.IntegerField(default=0, verbose_name="当前选课人数")
    credits = models.DecimalField(max_digits=3, decimal_places=1, verbose_name="学分")
    # 可以添加更多字段如上课地点、时间段等

    def __str__(self):
        return f"{self.name} ({self.course_id})"

class Selection(models.Model):
    STATUS_CHOICES = [
        ('selected', '已选'),
        ('dropped', '已退选'),
    ]
    student = models.ForeignKey(Student, on_delete=models.CASCADE, related_name="selections", verbose_name="学生")
    course = models.ForeignKey(Course, on_delete=models.CASCADE, related_name="selections", verbose_name="课程")
    selection_time = models.DateTimeField(auto_now_add=True, verbose_name="选课时间")
    status = models.CharField(max_length=20, choices=STATUS_CHOICES, default='selected', verbose_name="选课状态")
    grade = models.DecimalField(max_digits=4, decimal_places=1, null=True, blank=True, verbose_name="成绩")

    class Meta:
        unique_together = ('student', 'course') # 确保一个学生不能选同一门课两次

    def __str__(self):
        return f"{self.student.name} 选择了 {self.course.name}"

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这里

OneToOneField

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连接

User

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模型，这是处理用户认证的常见模式。

ForeignKey

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定义了一对多关系，

unique_together

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则保证了选课记录的唯一性。

current_students_count

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字段的设计需要特别注意，它在选课和退课时必须以原子操作更新，否则在高并发下容易出现数据不一致。

在 Django 中如何实现学生选课与退课逻辑？

选课和退课，这不只是简单的数据库增删改查，它背后牵扯到一系列的业务规则和状态管理。实现这部分逻辑，我通常会倾向于在 Django 的视图（Views）中完成，结合表单验证和数据库事务，确保操作的原子性和数据一致性。

选课逻辑：

接收请求： 学生通过前端页面提交选课请求，通常是一个 POST 请求，包含课程 ID。
身份验证： 确认当前用户已登录且是学生身份。
课程校验：
- 课程是否存在？
- 课程是否已满？ (
```
current_students_count < capacity
```
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  )
- 学生是否已选过这门课？ (
```
Selection.objects.filter(student=student, course=course, status='selected').exists()
```
  登录后复制
  )
- 是否有时间冲突？（这需要更复杂的逻辑，比较所选课程与学生已选课程的时间段）
- 是否有前置课程要求？（如果系统有此需求）
执行选课：
- 如果所有校验都通过，在一个数据库事务中执行以下操作：
  - 创建新的
```
Selection
```
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    记录，状态设为 'selected'。
  - 更新
```
course
```
    登录后复制
    模型的
```
current_students_count
```
    登录后复制
    字段，使其加一。这里强烈建议使用
```
F
```
    登录后复制
    表达式进行原子更新，以避免并发问题：
```
Course.objects.filter(pk=course.pk).update(current_students_count=F('current_students_count') + 1)
```
    登录后复制
    。
- 如果更新失败（例如，在校验通过后，另一个学生抢先选了导致课程已满），需要回滚事务并返回错误。
返回结果： 选课成功或失败的消息，并重定向到学生的选课列表页或课程列表页。

退课逻辑：

接收请求： 学生提交退课请求，包含选课记录 ID 或课程 ID。
身份验证： 确认用户已登录且是该选课记录的学生。
记录校验：
- 选课记录是否存在？
- 该记录是否属于当前学生？
- 当前选课状态是否允许退课（例如，不能退选已结课的课程）？
执行退课：
- 在一个数据库事务中：
  - 更新
```
Selection
```
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    记录的状态为 'dropped'。
  - 更新
```
course
```
    登录后复制
    模型的
```
current_students_count
```
    登录后复制
    字段，使其减一，同样使用
```
F
```
    登录后复制
    表达式：
```
Course.objects.filter(pk=course.pk).update(current_students_count=F('current_students_count') - 1)
```
    登录后复制
    。
返回结果： 退课成功或失败的消息，并重定向。

这是一个简化版的

views.py

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示例：

# selections/views.py 示例片段

from django.shortcuts import render, redirect, get_object_or_404
from django.contrib.auth.decorators import login_required
from django.db import transaction, IntegrityError
from django.db.models import F
from .models import Selection, Course, Student

@login_required
def select_course(request, course_id):
    course = get_object_or_404(Course, pk=course_id)
    student = get_object_or_404(Student, user=request.user)

    if request.method == 'POST':
        # 简单校验，实际应用中会更复杂
        if Selection.objects.filter(student=student, course=course, status='selected').exists():
            return render(request, 'error.html', {'message': '你已经选过这门课了。'})

        if course.current_students_count >= course.capacity:
            return render(request, 'error.html', {'message': '课程容量已满。'})

        try:
            with transaction.atomic():
                # 再次检查，防止并发问题，这里可以用 select_for_update 锁住课程记录
                # course = Course.objects.select_for_update().get(pk=course_id)
                # if course.current_students_count >= course.capacity:
                #     raise IntegrityError("课程已满，选课失败。")

                Selection.objects.create(student=student, course=course, status='selected')
                course.current_students_count = F('current_students_count') + 1
                course.save(update_fields=['current_students_count']) # 仅更新此字段

            return redirect('student_dashboard') # 假设有学生个人中心页面
        except IntegrityError as e:
            # 捕获可能的并发冲突或数据库错误
            return render(request, 'error.html', {'message': f'选课失败：{e}'})
        except Exception as e:
            return render(request, 'error.html', {'message': f'发生未知错误：{e}'})

    # 如果是 GET 请求，显示选课确认页面
    return render(request, 'select_course_confirm.html', {'course': course})

@login_required
def drop_course(request, selection_id):
    selection = get_object_or_404(Selection, pk=selection_id, student__user=request.user)
    course = selection.course

    if request.method == 'POST':
        if selection.status == 'dropped':
            return render(request, 'error.html', {'message': '你已经退选过这门课了。'})

        try:
            with transaction.atomic():
                selection.status = 'dropped'
                selection.save(update_fields=['status'])

                course.current_students_count = F('current_students_count') - 1
                course.save(update_fields=['current_students_count'])

            return redirect('student_dashboard')
        except Exception as e:
            return render(request, 'error.html', {'message': f'退课失败：{e}'})

    return render(request, 'drop_course_confirm.html', {'selection': selection})

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在这个示例中，

transaction.atomic()

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确保了数据库操作的原子性，要么全部成功，要么全部回滚。

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表达式是处理并发更新的关键，它直接在数据库层面操作，避免了读取-修改-写入的竞态条件。

开发 Django 学生选课系统时可能遇到哪些常见挑战？

在实际开发这类系统时，我们总会遇到一些意料之中或意料之外的挑战。这些挑战往往是系统复杂性、用户体验和性能要求的综合体现。

1. 并发选课问题： 这是最典型也最棘手的挑战。当多名学生同时选同一门容量有限的课程时，如何确保

current_students_count

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的准确性，避免超选或漏选？直接的

course.current_students_count += 1; course.save()

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这种方式在高并发下几乎必然出错。解决方案通常是使用数据库事务结合

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表达式进行原子更新，或者更高级的

select_for_update

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来锁定记录。

2. 复杂的业务逻辑与验证： 选课系统往往不只是简单的选与退。它可能涉及：

前置课程要求： 必须先修完 A 才能选 B。
时间冲突检测： 学生不能同时选两门上课时间冲突的课程。
学分限制： 学生每学期选课学分上限。
年级限制： 某些课程只对特定年级开放。这些都需要在后端进行严谨的验证，并且需要在前端提供友好的提示。

3. 用户体验 (UX) 设计： 一个功能强大的系统，如果用户用起来不顺手，那也大打折扣。

清晰的界面： 课程列表、个人课表、选课状态等信息要一目了然。
即时反馈： 选课成功/失败、错误提示要及时、准确。
异步操作： 选课、退课等操作如果能通过 AJAX 实现无刷新更新，体验会更好。
响应式设计： 确保系统在不同设备上都能良好运行。

4. 权限管理与角色分离： 系统通常有学生、教师、管理员三种角色，甚至可能更多。如何精细地控制每个角色能访问哪些页面、能执行哪些操作？Django 的

User

登录后复制

模型、

Group

登录后复制

和

Permission

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机制提供了很好的基础，但具体到业务逻辑，需要精心设计

login_required

登录后复制

、

user_passes_test

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装饰器，或者自定义中间件来处理。

5. 性能优化： 当学生数量、课程数量达到一定规模时，数据库查询、页面渲染都可能成为瓶颈。

数据库查询优化： 使用
```
select_related
```
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和
```
prefetch_related
```
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减少查询次数，建立合适的索引。
缓存： 对不经常变动的数据（如课程列表）使用 Django 的缓存机制。
异步任务： 对于耗时的操作（如批量导入数据、生成报表），可以考虑使用 Celery 等工具进行异步处理。

6. 安全性问题： 任何 Web 应用都面临安全挑战。