基于新工科背景下的編程課程考核網(wǎng)站的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃建昌 孫娜 劉振超

【摘要】針對(duì)當(dāng)前傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀，提出了新工科背景下傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)編程課程面臨的一些問題。同時(shí)，在大數(shù)據(jù)、人工智能等不斷出現(xiàn)的大環(huán)境下，為了提高編程課程考核的合理性、公平性，本文基于vue.js和Django框架，構(gòu)建了一個(gè)在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】 課程改革 在線評(píng)測(cè) 操作系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫

【課題】課題名稱1：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)第十批教研項(xiàng)目：基于《C語言程序設(shè)計(jì)》課程的在線考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)（課題編號(hào)：2018YB04）；課題名稱2：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)2018年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目：針對(duì)編程課程的在線考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)（項(xiàng)目編號(hào)：2018026）。

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）01-0253-01

引言

隨著新工科概念的提出，越來越多的行業(yè)與計(jì)算機(jī)專業(yè)密不可分。針對(duì)新工科人才能力培養(yǎng)需求，大學(xué)生計(jì)算機(jī)編程能力是新工科人才能力組成的重要部分。其中，《C語言程序設(shè)計(jì)》作為大多數(shù)高效的計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課則顯得尤為重要。在傳統(tǒng)教學(xué)中，編程課程考核多以紙質(zhì)試卷進(jìn)行，不能非常科學(xué)合理的評(píng)判出一個(gè)學(xué)生的編程能力高低。 針對(duì)這些問題，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)（Online Judge，簡(jiǎn)稱“OJ”）。OJ系統(tǒng)能夠編譯和執(zhí)行代碼，并使用預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)測(cè)試這些程序，從而分析出用戶提交代碼的正確性。只要有一臺(tái)計(jì)算機(jī)或一部手機(jī)，用戶隨時(shí)隨地都可以登陸賬號(hào)去進(jìn)行編程練習(xí)并由系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)測(cè)，簡(jiǎn)化了程序的評(píng)測(cè)過程，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，減輕了教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)。

1.系統(tǒng)概述

OJ是一個(gè)在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)。用戶注冊(cè)時(shí)可以選擇身份（學(xué)生、老師或管理員），使用手機(jī)號(hào)（或郵箱）、學(xué)號(hào)及身份證號(hào)完成注冊(cè)。用戶登錄后，可以在線進(jìn)行編程練習(xí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)用戶提交的代碼進(jìn)行編譯，生成可執(zhí)行文件并執(zhí)行。代碼通常在受限制的環(huán)境中運(yùn)行，包括時(shí)間限制，內(nèi)存限制等。代碼的輸出會(huì)被OJ系統(tǒng)捕獲，然后通過與預(yù)先設(shè)計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)比較，對(duì)程序源代碼的正確性進(jìn)行驗(yàn)證。這樣就達(dá)到了在線測(cè)評(píng)的目的，實(shí)現(xiàn)了教育的信息化。該系統(tǒng)整體可以分為web部分和judge部分，web部分又分為前端和后臺(tái)，前端網(wǎng)頁以JS作為開發(fā)語言，使用的是流行的JS框架vue.js，輕量化后端以python作為實(shí)現(xiàn)語言，使用的框架是Django。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1操作系統(tǒng)的選擇

從原理上來看，操作系統(tǒng)選擇Windows或Linux均可。但兩者相較之下，Linux系統(tǒng)更加安全穩(wěn)定，服務(wù)器不容易崩潰，而且Linux非常適合阻止或防止可疑惡意軟件進(jìn)入并影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。此外，往長(zhǎng)遠(yuǎn)打算，如果將來把該OJ系統(tǒng)用于正規(guī)的比賽，使用Windows系統(tǒng)需要商業(yè)授權(quán)，使用Linux系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)。綜合以上因素，本文選擇了Linux操作系統(tǒng)。

2.2docker部署

docker是一個(gè)開源的應(yīng)用程序容器引擎，允許開發(fā)人員將其應(yīng)用程序和依賴項(xiàng)打包到便攜式容器中。系統(tǒng)的web部分和judge部分，都是以一個(gè)docker容器運(yùn)行。在web部分，系統(tǒng)會(huì)將網(wǎng)站封裝成 docker鏡像，然后將其下載到服務(wù)器，使其可以獨(dú)立運(yùn)行。此外，系統(tǒng)利用Postgresql和Redis構(gòu)建了后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫也分別以一個(gè)docker容器運(yùn)行，也就是說，整個(gè)系統(tǒng)一共有4個(gè)docker容器在運(yùn)行。這四部分獨(dú)立運(yùn)行，互不影響。

3.運(yùn)行方式

系統(tǒng)將用戶提交的源代碼進(jìn)行編譯，生成“.exe”文件并執(zhí)行。其輸出結(jié)果會(huì)被OJ系統(tǒng)捕獲并保存，然后將輸出結(jié)果與正確結(jié)果比較。如果編譯正確，輸出和正確答案一致，且程序運(yùn)行沒有超出限定的時(shí)間和限定的內(nèi)存，則認(rèn)為用戶提交的源代碼正確，即Accepted（AC）。否則報(bào)出相應(yīng)錯(cuò)誤：如答案錯(cuò)誤、運(yùn)行超時(shí)、內(nèi)存超限等，并向用戶反饋程序的使用內(nèi)存、運(yùn)行時(shí)間和其他信息。具體的運(yùn)行方式如圖2所示。

4.系統(tǒng)需求

系統(tǒng)用戶角色有三種：學(xué)生、教師和管理員。

（1）學(xué)生用戶注冊(cè)時(shí)選擇學(xué)生身份，使用手機(jī)號(hào)（或郵箱）、學(xué)號(hào)和身份證號(hào)進(jìn)行注冊(cè)，每個(gè)學(xué)號(hào)只能注冊(cè)一個(gè)賬號(hào)。注冊(cè)后可以登錄，登錄系統(tǒng)后可以進(jìn)行練習(xí)，在線提交代碼，提交后經(jīng)過系統(tǒng)測(cè)評(píng)會(huì)給出結(jié)果。學(xué)生進(jìn)入測(cè)評(píng)狀態(tài)頁面，即可查看做題情況。

（2）在教師用戶注冊(cè)并登錄后，他可以對(duì)問題庫進(jìn)行更改，創(chuàng)建新問題或修改和刪除問題，并檢查每個(gè)問題的正確率。

（3）管理員可以對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理。

5.結(jié)語

在新工科的背景下，學(xué)習(xí)各種計(jì)算機(jī)編程語言已經(jīng)受到了更多人的重視。為了加強(qiáng)學(xué)生之間的學(xué)習(xí)交流，簡(jiǎn)化程序的評(píng)估過程，OJ系統(tǒng)順應(yīng)時(shí)代潮流而生。這對(duì)開展計(jì)算機(jī)相關(guān)教育，增強(qiáng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)專業(yè)素養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用，大大提高學(xué)生應(yīng)用程序設(shè)計(jì)解決實(shí)際問題的能力。

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