基于Coderunner的程序設計作業在線評測與實踐

徐興，張智剛，孫道宗，王衛星，蔡坤

（華南農業大學 電子工程學院/人工智能學院，廣州廣東 510642）

隨著我國人工智能產業和物聯網技術的迅猛發展，現代社會對高水平軟件人才的需求與日俱增，這對大學生的程序設計能力提出了更高的要求，尤其是電子工程方向的學生，不僅要能熟練掌握硬件知識，還要對C、C++以及Python 程序設計語言熟悉掌握，成為“軟硬兼施”的復合型人才，以更好地滿足社會需要[1]。

在有限的一學期內，要熟練掌握一門計算機語言，這就要求學生能夠將編程學習與實踐緊密結合，通過大量的編程練習促進自己編程水平的提高，但是傳統的“紙上編程”作業脫離了真實的計算機運行環境，難以達到預期的學習效果。學生在計算機上所做的編程練習，教師無法實時監管，可能會出現抄襲的問題[2-3]。2020 伊始新冠肺炎疫情的突然暴發，導致高校傳統的課堂教學工作無法正常進行，采用網上教學，更導致了監督和批改學生作業成為高校教師面臨的現實難題[4]。因此，采用在線作業替代傳統紙上作業成了高校教師們迫切的教學需求[5-6]。

筆者在騰訊云服務器的基礎上搭建了在線SPOC（Small Private Online Course，小規模限制性在線課程）學習平臺，其界面如圖1所示。在該在線學習平臺上，筆者在程序設計課程中進一步搭建了基于Coderunner 的程序設計作業在線評測系統[5]，實現了程序設計作業的云布置、云批改和云評測，通過多位教師的共同使用，取得了較好的教學與實踐效果，目前學生用戶達到了470 多人，涵蓋了大一本科生、大四本科生以及研一研究生，有效地促進了學生計算機程序設計能力的鞏固和提高。

圖1 課程在線學習SPOC 教學云平臺

1 Coderunner 介紹

Coderunner 是一款用于Moodle（Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment）課程管理系統的作業插件，可以運行學生提交的程序代碼作業，并允許教師運行程序以對學生的答案評分。到目前為止，Coderunner 在坎特伯雷大學已經使用了七年多，以Python，C，JavaScript，PHP，Octave 和Matlab 運行了數百萬個學生測驗作業。截至目前，Coderunner 在全球600 多個其他站點中被廣泛應用。

Coderunner 目前支持Python3，C，C ++，Java，PHP，JavaScript（NodeJS），Octave 和Matlab，并且可以擴展到其他語言，可以充分滿足各類程序語言學習的需求。學生在自己的計算機上編完程序后，可以通過Web 瀏覽器把程序作業提交到Coderunner，而Coderunner 會直接運行程序并立即得到答案正確性的反饋，并允許再次提交作業。Coderunner 提供一種靈活的評分機制，比如：允許一到兩次內的作業錯誤提交不扣分，后續再次提交的話，每錯一次，可以設置為扣除10%的分數，從而讓學生能夠直觀地看到哪類題目自己錯得比較多、哪里是自己的知識薄弱點。Coderunner 支持的編程題目類型比較廣，從簡單的程序填空題一直到程序設計題都可以支持。在Moodle平臺下，Coderunner 還可以將單項選擇題、多項選擇題、判斷題、簡答題混合在一起，可以進行日常教學過程中的小測驗甚至期中期末考試，促進學生對各個知識點的有效掌握。

2 Coderunner 在線評測系統工作特點和優勢

Coderunner 在線評測系統具有界面直觀、簡單易用的工作特點：

（1）學生通過點擊“檢查”按鈕獲得即時結果反饋，可實時知道程序的運行情況。

（2）結果反饋采用的是勾號，其中綠色的勾號表示程序輸出了正確結果，紅色的勾號表示程序輸出了錯誤結果。

（3）如果程序運行輸出錯誤結果，則反饋面板為紅色。當學生重新提交正確答案時，則整個面板變綠，并獲得成績。由于最終的成績會扣去前面提交錯誤答案后的罰分，這會促進學生盡快解決問題，提高他們的學習積極性。

目前，很多高校計算機實驗室花費不菲的價格購買了相應的程序設計實驗平臺，但是，我們基于騰訊云服務器搭建的Moodle/Coderunner 平臺具有獨特的優勢：

（1）Moodle 是一個面向全世界的免費開放源碼學習平臺，Coderunner 也是一款面向全世界的免費插件，大大減少了高校的教學投入成本，采用騰訊云服務器，可以讓學生在任意時間任意地點進行課程學習并完成編程作業，提升了學生的學習效率。

（2）Moodle/Coderunner 組合可以在整個課程的測試、作業甚至期末考試中使用。學習評估、成績記錄和課程材料的分發都統一在同一個平臺上，實現了學習資料和教學信息的無縫鏈接。

（3）Coderunner 廣泛支持各大主流編程語言，并且在可以設置的問題類型、使用的罰分方式，甚至反饋的顯示形式方面非常靈活。

采用Moodle/Coderunner 組合方法的另一個好處是，學生日常學習和測試的環境保持一致，從而大大減輕了在線測驗和考試的壓力。

3 基于Coderunner 的程序設計課程考核方法設計

Coderunner 最初應用于C++程序設計課程中，經過一學期的試用，現在它擴展到Java 程序設計、Python 程序設計、物聯網概論、程序設計實踐等其他幾門課程中。雖然Coderunner 最初是作為滿足疫情期間學生程序設計在線作業評測需求而引入的，但Coderunner 在線評測系統現在已經成為華南農業大學電子工程學院/人工智能學院程序設計課程教學和評估的重要方式。目前，我們采用的程序設計考核方法有如下方式：

（1）每周進行一次常規編程作業測試，每次測試占課程成績的1%。把這些放在云服務器上，學生在宿舍編程學習實踐的能力大大提高，同時也減輕了學校計算機實驗室的壓力，而這些編程作業更像是為學生開設的編程學習幫助課程。同時，這些“編程作業測試題庫”的維護也容易得多。如果在預定的測試中檢測到題目出錯，教師只需遠程在云服務器進行更正，然后所有學生都會立即看到修改后的版本。

（2）四個大的編程作業測驗，取代了我們過去設置的傳統單一作業。這些因素加起來占課程評估的20%。常規作業測驗和大的編程作業測驗都要求學生注意程序編寫風格、變量和函數的命名、函數命名方式。教師們會評估最終提交代碼的質量，對糟糕代碼會施加一個小的風格懲罰扣分。

（3）可選練習測驗，對課程成績沒有任何影響，但為學生提供了額外的練習。

（4）期中考試，這項測試占課程成績的15%，是一個時長為1.5 小時的考試，主要使用題庫的問題和測驗。問題是隨機的，每個問題都是從一個小的選項庫中選出的，這樣每個學生都會得到不同的測試，但是問題的分布和總體難度對所有人來說都非常相似。

（5）期末考試，占總成績的55%，時長為2.5 小時，在學校計算機實驗室進行。在學校計算機實驗室考試不僅可以在時間上統一進行測試，方便教師監考，而且可以限制學生訪問除了Coderunner 在線評測云服務器以外的網絡資源，有效防止考試過程中的抄襲。

4 學生和教師對Coderunner 的使用反饋

在兩個學期的使用過程中，特別是在疫情期間，學生對Coderunner 的使用均非常積極。他們尤其推崇程序設計作業的在線評測功能。在云服務器環境下，遠程在線評測有助于學生及時糾正作業中的問題。學生會很努力地讓作業打上綠色勾號，在被標為紅色勾號作業題目變綠色之前，他們都會花時間把作業改好，然后再繼續下一道作業。在疫情期間，Coderunner 能夠及時指出編程作業中出現的各種錯誤，在教師不在場的情況下，大大提高了學生的知識掌握程度。

Coderunner 還大大減輕了教師的日常教學批改工作量，教師能隨時隨地地訪問在線學習平臺，實時跟蹤學生的完成情況，如圖2所示，為教師通過手機訪問第三章“C++的流程控制”作業完成情況，在這里不僅可以看到總體作業完成情況，還可以下載完整報告，看到每一道題目的完成情況，教師可以有針對性地進行備課，從而有效地提高了學生的學習效率。

圖2 編程作業完成情況（手機界面）

5 結語

本文在Moodle 平臺上搭建基于Coderunner 的程序設計在線作業評測系統。通過兩個學期的試用，已由最初的C++程序設計擴展到華南農業大學電子工程學院多個相關課程。目前有8 個教學班共約200 名本科生、140 名研究生和5 位教師使用，絕大多數學生較為推崇這種遠程在線學習、作業在線評測模式，他們可自由支配學習時間，隨時隨地進行學習，提高了學習效率；教師則能全程監督學生的學習活動，自動獲取各種統計成績，極大地減輕了日常作業批改工作量。在疫情期間，在線作業評測系統也提供了一個良好的監督機制，督促學生網課后及時完成作業，促進了學生們對于知識的掌握。本文搭建的在線學習平臺不僅構筑了學生和教師溝通的橋梁，還積累了大量的日常教學數據，為指導教師教學以及教育大數據挖掘研究提供了原始的數據積累。