編程語(yǔ)言課程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

譚成兵，方 曉

（亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，安徽 亳州 236800）

編程語(yǔ)言課程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

譚成兵，方 曉

（亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，安徽 亳州 236800）

編程語(yǔ)言類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)改革必須與實(shí)際運(yùn)用相結(jié)合。編程語(yǔ)言課程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是學(xué)生實(shí)訓(xùn)的主要載體，實(shí)訓(xùn)用戶(hù)必須通過(guò)理論測(cè)試。給出了編程語(yǔ)言課程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建和設(shè)計(jì)思路，在提出的個(gè)性化實(shí)訓(xùn)算法和模型基礎(chǔ)上，分析、構(gòu)建針對(duì)用戶(hù)的個(gè)性化實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，并運(yùn)用J2EE技術(shù)進(jìn)行模塊化實(shí)現(xiàn)。測(cè)試結(jié)果表明：此系統(tǒng)能提高領(lǐng)域知識(shí)的管理和平臺(tái)的智能化，滿足了實(shí)訓(xùn)者的個(gè)性化需求。

J2EE；編程語(yǔ)言課程；個(gè)性化；本體

0 引言

實(shí)訓(xùn)是高等職業(yè)院校人才培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，決定著人才質(zhì)量的高低。提高實(shí)訓(xùn)質(zhì)量，與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐有效結(jié)合，是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。編程語(yǔ)言課程的實(shí)訓(xùn)要求在環(huán)境、形式、規(guī)范、內(nèi)容上與企業(yè)一致，因此設(shè)計(jì)一種符合軟件開(kāi)發(fā)規(guī)范和流程的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)已經(jīng)刻不容緩。

個(gè)性化推送服務(wù)能夠提供與用戶(hù)行為信息相符的資源，在解決信息過(guò)載、提高信息檢索方面具有較大優(yōu)勢(shì)[1]。但獲取用戶(hù)行為信息是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，本系統(tǒng)依據(jù)理論測(cè)試模塊，分析用戶(hù)知識(shí)節(jié)點(diǎn)中的不足，給出相應(yīng)的學(xué)習(xí)方案。因此，個(gè)性化推薦模型應(yīng)包括用戶(hù)個(gè)性化信息模型和推薦模型。

本文介紹了實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、開(kāi)發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等相關(guān)信息，并匹配了相應(yīng)的系統(tǒng)圖表等，且對(duì)學(xué)生模塊中個(gè)性化推送模塊進(jìn)行了詳細(xì)描述。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)目的

軟件開(kāi)發(fā)工作中的核心是開(kāi)發(fā)思想和技術(shù)方法。編程語(yǔ)言實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)旨在使編程語(yǔ)言系列課程實(shí)訓(xùn)步驟符合現(xiàn)代軟件工程思想的標(biāo)準(zhǔn)。

已有編程語(yǔ)言實(shí)訓(xùn)以教師為中心，即教師設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)規(guī)范和流程，學(xué)生依據(jù)實(shí)訓(xùn)計(jì)劃統(tǒng)一進(jìn)行。學(xué)生基本素質(zhì)能力的差異，導(dǎo)致進(jìn)度緩慢和教師輔導(dǎo)難度加大。由學(xué)生按照實(shí)訓(xùn)大綱步步進(jìn)行，每組學(xué)生在任務(wù)分配、結(jié)果檢查、進(jìn)度監(jiān)督等方面存在缺陷，如任務(wù)分配不合理、無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)督流程和規(guī)范、進(jìn)度，則實(shí)訓(xùn)中學(xué)生操作很難達(dá)到行業(yè)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

因此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)有效的編程語(yǔ)言課程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，以提高實(shí)訓(xùn)質(zhì)量與實(shí)訓(xùn)管理工作效率，成為實(shí)訓(xùn)教學(xué)迫切需要解決的問(wèn)題。

1.2 概要設(shè)計(jì)

編程語(yǔ)言實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是使學(xué)生有效按照模擬軟件開(kāi)發(fā)規(guī)范和流程進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。按照邏輯劃分，系統(tǒng)有4個(gè)模塊：學(xué)生模塊、教師模塊、管理員模塊、課程模塊。圖1為以學(xué)生身份進(jìn)入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖。

圖1 數(shù)據(jù)流圖Fig.1 Data flow chart

模塊調(diào)用關(guān)系如圖2所示。

圖2 模塊調(diào)用Fig.2 Module calls

模塊間的調(diào)用關(guān)系：管理員模塊通過(guò)教師工號(hào)和學(xué)生ID分別對(duì)教師和學(xué)生模塊進(jìn)行調(diào)用，學(xué)生模塊通過(guò)課程ID對(duì)課程模塊進(jìn)行調(diào)用，而教師通過(guò)學(xué)號(hào)對(duì)學(xué)生進(jìn)行監(jiān)督，教師通過(guò)課程ID對(duì)課程進(jìn)行管理。

2 相關(guān)技術(shù)

2.1 EJB技術(shù)

考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、組件可重用性及開(kāi)發(fā)效率等，解決問(wèn)題的有效途徑是EJB技術(shù)。作為J2EE的核心技術(shù)之一，EJB的優(yōu)點(diǎn)是解決系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯問(wèn)題，EJB容器主要負(fù)責(zé)安全和事務(wù)回滾。[2]

2.2 J2EE架構(gòu)

J2EE技術(shù)是一種開(kāi)發(fā)Internet和事務(wù)型應(yīng)用程序的通用平臺(tái)技術(shù)，開(kāi)發(fā)人員可以在此平臺(tái)上創(chuàng)建靈活且可重用的組建和應(yīng)用程序。

本系統(tǒng)在J2EE框架與EJB技術(shù)結(jié)合的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)。應(yīng)用系統(tǒng)中的主要構(gòu)件有實(shí)體Bean、EJB組件、普通EJB組件、Servlet類(lèi)、Jsp。因此，在J2EE平臺(tái)下開(kāi)發(fā)基于構(gòu)件的應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵在于評(píng)價(jià)和選擇正確的組件集合和服務(wù)，以及保障系統(tǒng)具有較好的工作性能。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與文獻(xiàn)[3]給出J2EE框架內(nèi)容[3]，如圖3所示。表1為部分系統(tǒng)架構(gòu)信息。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)Fig.3 System Architectures

表1 系統(tǒng)架構(gòu)信息表Table1 System Architecture Information Table

在本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，個(gè)性化部分主要是testServlet通過(guò)課程ID形成理論測(cè)試內(nèi)容，通過(guò)習(xí)題ID信息，習(xí)題答案與analysisServlet相結(jié)合對(duì)理論測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。最后，將分析結(jié)果以信息流形式推送到extrServlet中，exterServlet從中抽取習(xí)題，并通過(guò)pushServlet推送到前臺(tái)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

有效實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下基本條件：能夠按照預(yù)定實(shí)訓(xùn)計(jì)劃完成任務(wù)，系統(tǒng)穩(wěn)定性好、安全性強(qiáng)、運(yùn)行效率高。應(yīng)用系統(tǒng)更注重穩(wěn)定性和健壯性，且對(duì)安全性的要求也更嚴(yán)格。所以，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面的要求主要包括以下幾點(diǎn)。[3]

1）簡(jiǎn)單、方便用戶(hù)應(yīng)用

用戶(hù)接口基于人性化設(shè)計(jì)方式，使用戶(hù)獲得方便體驗(yàn)，完成各實(shí)訓(xùn)計(jì)劃，并能幫助用戶(hù)進(jìn)一步提高工作智能化水平。

2）接口隔離

本系統(tǒng)中有許多接口，在模塊中都遵循相互獨(dú)立原則。

3）友好的用戶(hù)接口

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)從用戶(hù)體驗(yàn)出發(fā)，站在用戶(hù)角度設(shè)計(jì)用戶(hù)接口。針對(duì)學(xué)生用戶(hù)，提供一個(gè)功能齊全而操作方便的系統(tǒng)；而對(duì)于管理員用戶(hù)，將給予管理員最大范圍的服務(wù)支持。

4）魯棒性

魯棒性指的是應(yīng)用系統(tǒng)所具備的容錯(cuò)能力，在高性能硬件設(shè)備基礎(chǔ)上，系統(tǒng)采用Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，系統(tǒng)能及時(shí)為實(shí)訓(xùn)學(xué)生服務(wù)，并具有數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)能力。

5）可擴(kuò)展性

隨著實(shí)際需求變化，要求在學(xué)生、教師、管理員模塊有一定的擴(kuò)展性和二次開(kāi)發(fā)功能，從而可對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行功能和性能的擴(kuò)展。

6）并行、快捷性

課程系統(tǒng)對(duì)開(kāi)發(fā)環(huán)境有一定要求，因而在軟件配備方面有所限制。系統(tǒng)運(yùn)行后，存在調(diào)用和驗(yàn)證軟件配置、以及多用戶(hù)同時(shí)訪問(wèn)情況，因此系統(tǒng)運(yùn)行要快速、敏捷。J2EE技術(shù)的特點(diǎn)在于并行性運(yùn)算，因此運(yùn)用J2EE技術(shù)使得系統(tǒng)靈活、高效、快速。

7）準(zhǔn)確性

本系統(tǒng)在信息驗(yàn)證、個(gè)性化推薦、測(cè)試等模塊要求準(zhǔn)確及時(shí)，特別是個(gè)性化的推薦算法和應(yīng)用程序采用java并行技術(shù)開(kāi)發(fā)，保證了結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的要求以及功能模塊的劃分，系統(tǒng)的主要E-R圖如圖4所示。

圖4 E-R圖Fig.4 E-R diagram

系統(tǒng)主要通過(guò)測(cè)試習(xí)題獲取相關(guān)信息，進(jìn)行個(gè)性化推薦度計(jì)算，習(xí)題實(shí)體的設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 習(xí)題實(shí)體結(jié)構(gòu)Fig.5 Exercises entity structure

表2～6為課程、習(xí)題、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容、測(cè)試信息、學(xué)生信息表。

表2 課程表Table2 Curriculum

表3 習(xí)題表Table3 Exercises

表4 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容表Table4 Training Contents

表5 測(cè)試信息表Table5 Test Information

表6 實(shí)訓(xùn)學(xué)生表Table6 Training students

5 關(guān)鍵技術(shù)與算法

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建要與軟件工程、開(kāi)發(fā)技術(shù)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，本系統(tǒng)使用領(lǐng)域本體技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化模塊。學(xué)生用戶(hù)登錄后，進(jìn)行訓(xùn)練測(cè)試，依據(jù)測(cè)試結(jié)果，系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，給出個(gè)性化實(shí)訓(xùn)方案。

從用戶(hù)的理論測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)用戶(hù)的知識(shí)缺陷和不足，以及所欠缺的知識(shí)能力是比較難的問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)后從習(xí)題庫(kù)抽取相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)和知識(shí)能力進(jìn)行訓(xùn)練，這些過(guò)程需要個(gè)性化的發(fā)現(xiàn)和個(gè)性化的構(gòu)建、個(gè)性化的推送技術(shù)，它們是本系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。

5.1 知識(shí)訓(xùn)練模塊

實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的智能化能夠給實(shí)訓(xùn)者正確的指導(dǎo)，以及給出針對(duì)性的訓(xùn)練方案。最關(guān)鍵的步驟包括：獲取實(shí)訓(xùn)者知識(shí)掌握的情況，經(jīng)過(guò)合理分析，得到實(shí)訓(xùn)者需要強(qiáng)化以及強(qiáng)化的程度。基于智能的基礎(chǔ)上分析的測(cè)試結(jié)果有不確定性，因此給出個(gè)性化方案需要借助于本體技術(shù)。本體具有嚴(yán)格的概念性和格式性。[5-7]

研究組運(yùn)用領(lǐng)域本體對(duì)系統(tǒng)中各種概念進(jìn)行合理描述及分析，并在此基礎(chǔ)上提出個(gè)性化服務(wù)，以使得服務(wù)更符合實(shí)訓(xùn)者的個(gè)人需求，從而明顯提高實(shí)訓(xùn)積極性、效果和效率。

5.2 個(gè)性化推薦模型

本體有結(jié)構(gòu)化強(qiáng)、概念精確等特點(diǎn)，用本體表示課程知識(shí)，用戶(hù)通過(guò)理論測(cè)試平臺(tái)，初步掌握課程知識(shí)和知識(shí)能力情況。通過(guò)算法發(fā)現(xiàn)用戶(hù)的知識(shí)缺陷和能力不足，依據(jù)用戶(hù)知識(shí)情況模型LM得到用戶(hù)知識(shí)缺陷集合，結(jié)合領(lǐng)域本體庫(kù)給出個(gè)性化的訓(xùn)練方案進(jìn)行實(shí)訓(xùn)[9-10]。

結(jié)合本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)信息，從習(xí)題表中提取理論習(xí)題信息與用戶(hù)理論測(cè)試結(jié)果。個(gè)性化推薦模型從習(xí)題集合、得分情況、推薦度3個(gè)方面考慮。參考文獻(xiàn)[8]，個(gè)性化推薦模型LM={G, S, FP}為一個(gè)三元組。其中：G是理論測(cè)試習(xí)題集合，G={N1, N2, …, Nn}，N1, N2, …, Nn為G的理論習(xí)題，Ni為習(xí)題表中習(xí)題ID為i的習(xí)題；S={s1, s2, …, sn}為習(xí)題得分集合，通過(guò)習(xí)題ID，查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)ScoInformation 項(xiàng)可獲取集合S，si（0≤si≤1）為習(xí)題Ni（1≤i≤n）的得分，即習(xí)題表中習(xí)題ID為i的ScoInformation項(xiàng)信息。FP={fp1, fp2, …, fpn}為習(xí)題的推薦度。通過(guò)習(xí)題ID，查詢(xún)習(xí)題表中Recdegrees項(xiàng)獲取集合FP，fpi（0≤fpi≤1）為習(xí)題Ni所在范疇內(nèi)的推薦度，即習(xí)題表中習(xí)題ID為i的Recdegrees項(xiàng)信息。

5.3 個(gè)性化推薦算法

結(jié)合上述模型，依據(jù)系統(tǒng)的及時(shí)和準(zhǔn)確性原則對(duì)算法進(jìn)行設(shè)計(jì)，算法設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度[13]，算法設(shè)計(jì)如下。

Step 1 計(jì)算習(xí)題Ni得分，即為S集合中的元素si賦值；

Step 2 獲取各習(xí)題的推薦參考值R；

Step 3 遞歸Step 1，直至計(jì)算節(jié)點(diǎn)結(jié)束；

Step 4 獲取Vi為習(xí)題Ni的量度。

Step 5 計(jì)算fpi，依次給集合Fp賦值。

Step 6 判斷是否推薦習(xí)題范疇，算法結(jié)束。

5.4 系統(tǒng)測(cè)試個(gè)性化推薦結(jié)果

系統(tǒng)測(cè)試中對(duì)個(gè)性化模塊的測(cè)試，采用160個(gè)學(xué)生用戶(hù)身份登錄系統(tǒng)，對(duì)java程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)行理論測(cè)試，從習(xí)題數(shù)量、量度的變化、精準(zhǔn)率3個(gè)維度進(jìn)行分析。通過(guò)測(cè)試證明。推送的正確率與習(xí)題數(shù)量、量度、測(cè)試的次數(shù)有直接影響。測(cè)試環(huán)境CPU：Intel(R) Celeron(R) E34002.6GHZ，內(nèi)存為2GB，測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

測(cè)試中，根據(jù)學(xué)生用戶(hù)掌握知識(shí)水平，把160學(xué)生用戶(hù)分為3個(gè)層次。圖6表明，隨著理論測(cè)試習(xí)題數(shù)量的增大，各層次用戶(hù)精準(zhǔn)度隨之提高。知識(shí)水平層次高的學(xué)生用戶(hù)在量度（精準(zhǔn)度變化率）上的變化是不一樣的。

圖6 測(cè)試結(jié)果分析Fig.6 Analysis of test results

6 結(jié)語(yǔ)

編程語(yǔ)言課程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是一個(gè)基于Web的3層架構(gòu)管理信息系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要核心在于通過(guò)理論測(cè)試，分析測(cè)試結(jié)果，以發(fā)現(xiàn)用戶(hù)缺陷的知識(shí)點(diǎn)和能力點(diǎn)，從而構(gòu)建個(gè)性化實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，使用戶(hù)進(jìn)行個(gè)性化的實(shí)訓(xùn)，提高實(shí)訓(xùn)質(zhì)量。

運(yùn)用J2EE技術(shù)模塊化開(kāi)發(fā)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，不僅能提高開(kāi)發(fā)速度，降低整個(gè)系統(tǒng)模塊的耦合性，提高模塊的內(nèi)聚性，而且能提高系統(tǒng)安全性、可擴(kuò)展性和可靠性，真正實(shí)現(xiàn)了教學(xué)中課程實(shí)訓(xùn)的信息化管理。

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[13]蒲菊華，劉 偉，熊 璋. 個(gè)性化定制企業(yè)門(mén)戶(hù)桌面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，37 (1)：86-90. Pu Juhua，Liu Wei，Xiong Zhang. Design and Implementation of Personalized Desktop for Enterprise Portal[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics，2011，37(1)：86-90.

（責(zé)任編輯：申 劍）

Design and Implementation of Programming Language Courses Training System

Tan Chengbin，F(xiàn)ang Xiao
（Information Engineering Department，Bozhou Vocational and Technical College，Bozhou Anhui 236800，China）

Programming language curriculum experiment training reform must be combined with practical application. Programming language courses training system (PLCTS) is the main carrier for student training and the training users must pass the theory test. Proposes the construction and design ideas for PLCTS, analyzes and constructs the user-oriented personalized training project on the basis of the proposed personalized training algorithm and model, and applies J2EE technology for modular implementation. The test results show that the system improves the management of domain knowledge and the intelligence of platform and meets personalized needs of trainer.

J2EE；PLCTS；individual needs；ontology

TP311

A

1673-9833(2014)02-0062-05

2014-01-17

安徽省振興計(jì)劃高等學(xué)校優(yōu)秀青年人才重點(diǎn)基金資助項(xiàng)目（2013SQRL129ZD），安徽省教育廳高校自然科學(xué)研究基金資助項(xiàng)目（KJ2013B154）

譚成兵（1973-），男，安徽舒城人，亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，主要研究方向?yàn)檐浖O(shè)計(jì)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，

E-mail：tancheng@163.com

方 曉（1981-），男，安徽黃山人，亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，主要研究方向?yàn)檐浖O(shè)計(jì)和算法設(shè)計(jì)與分析，

E-mail：fx8188@163.com

10.3969/j.issn.1673-9833.2014.02.013