基于云平臺的在線程序設計實驗管理系統

薛榮霞，張震浩

（南京工業大學浦江學院，江蘇 南京 211200）

0 引 言

近年來，為響應國家對教育改革發展的號召，高校積極進行教學管理理念的創新、高校業務流程與IT 的深度融合，學校的管理需要大量的管理數據作為支撐，通過流程再造，將信息化融入學校的管理流程中去。目前，深化信息技術與教育教學融合發展是高校教育現代化的必由之路，具體包括：從服務教學向服務育人全過程發展，積極利用云計算、大數據等新技術，創新資源平臺、管理平臺的建設、應用模式，加強節約型校園建設，開展綠色校園建設試點，推動教育系統成為能效水效領跑者；由分散的基礎設施硬件建設思路向“一體化戰略”轉變，校園信息化基礎設施建設朝著“一體化戰略”轉變，數據實現共享，軟硬件及服務融合，為用戶提供簡單、明確統一的集成化服務；由“業務管理信息化”向“應用服務信息化”轉變，通過信息化“一站式”服務模式整合業務過程，根據師生角色生命周期涉及的服務項目，建立公共服務平臺，集聚服務資源，推廣移動應用，完善服務體系，推動服務信息化建設。

本項目是基于云平臺的在線程序設計實驗管理系統，目標是實現校園信息化、網絡化、共享化和虛擬化的校園環境，打破傳統校園時空限制，提升教學、科研等校園信息本，在線一鍵式開通資源，24 小時隨時隨地遠程訪問，在真實云環境中便捷操作，詳細的實驗文檔指導操作，智能檢測實驗進程，一鍵式生成實驗報告，沉浸式實驗體驗。

1 系統設計

1.1 設計目標

本項目旨在向開發者提供基于云上程序實驗服務，支持師生實現備課、上課、作業、考試、實驗、實訓等全教學流程的線上教學，提供多類習題自動判題、免費在線習題庫等眾多高級特性輔助進行數字化教學轉型。

1.2 模塊劃分

本項目主要包括教師端和學生端，具體如圖1所示。

圖1 系統的功能模塊

1.2.1 教師端

教師端主要包括班級管理、成員管理、課程管理、課堂管理和作業管理五個模塊。

（1）班級管理：班級是學生的集體，可以將學生批量加入某個班級。

（2）成員管理：對成員進行管理，包括添加、刪除、查看成員列表等。可以批量導入成員與單個添加成員，導入成功后，同時向多個用戶發送郵件告知初始密碼。

（3）課程管理：對課程進行管理，包括新建、修改和刪除。課程是教師備課的工作臺，在進行教學前，需要先新建課程，對課程內容進行描述。

（4）課堂管理：對課堂進行管理，包括新建、修改和刪除。課堂屬于某個課程，課堂的資源、課時源自課程，是教師上課的入口；給課堂添加學生后，可以完成作業的收發。

（5）作業管理：對作業進行管理，包括新建、修改和刪除。具體內容包括：

1)作業是教師與學生互動的主要渠道，教師通過關聯資源庫的習題資源，創建作業，將作業發送給學生。

2)學生收到后登錄學生賬號，查看自己的作業，作答并提交作業。根據學生提交的作業，自動判題。

3)作業分析結果在教師作業詳情界面一目了然，教師可以自由選擇對作業“單個”或者“批量”批改，同時提供“評語庫”實現點擊評分。

1.2.2 學生端

學生端主要根據教師任務的計劃，及時了解到課程信息、課堂信息、作業信息的安排。具體包括學生可以看到所選的全部課程，以及課堂的基本信息，如課時數、學生數和作業數，還包括課堂下的課件、代碼和作業等其他信息

1.3 關鍵技術

本項目主要借助云上課堂和云上編碼環境技術，旨在最終完成的具體內容如圖2所示。

圖2 項目具體內容

1.3.1 云上課堂

提供云上虛擬課堂，支持多種課件類型播放與演示、支持師生交流、作業分發、作業提交與自動判題、作業評分等功能，為教師開展基礎軟件教學提供全云上服務支撐。

1.3.2 云上編碼環境

為學生提供IDE 編碼環境，無須額外準備軟硬件環境。

1.3.3 軟件上云分析

本項目計劃使用阿里云，具體介紹為：

(1)解決方案。阿里云智慧教學平臺通過混合云模式，實現資源層的彈性伸縮能力，彌補了高并發的在線教學場景的資源瓶頸和視頻資源的海量存儲，通過與線下智慧教室的物聯設備對接，實現了課程資源的統一匯集，高性能的視頻處理、數智平臺和物聯平臺共同構建了智慧教學堅實的技術支撐能力，中文字幕、協同筆記、圖像處理、金課提取以及基于海量教學數據和學習數據形成的知識圖譜，為教學場景提供了更多的智能化的手段；專屬釘釘加釘釘的標準版，不僅可以實現小班課的雙向直播，還能打通在校生以及畢業生的服務通道，使得母校文化可以成為陪伴一生的知識財富。

(2)架構特點。多種智慧設備的接入，通過集成主流智慧教室的廠商，實現智能設備的無縫接入，實現視頻資源的統一拉取收集；數智化的技術支撐平臺，通過數據處理平臺和智能化平臺能力的接入，實現AI 賦能教學；彈性混合云模式，實現資源的彈性伸縮，支撐高并發的在線教學場景，以及視頻資源的海量存儲；統一移動門戶，專屬釘釘作為校園門戶，可以確保高校數據安全，同時又可以通過釘釘小程序，實現校外人員的服務觸達，實現移動門戶的服務整合。

(3)方案優勢。教學過程全數字化，覆蓋高校全教學場景的端到端的解決方案，包含慕課、在線互動等在線教學場景和翻轉課堂、大班課的線下教學場景，拓展了教學的邊界，實現教學過程的全數字化；智能化提高教學效率，通過智能化的方式提高教學效率，增強教學互動，基于語音識別、知識圖譜、圖像識別等技術提供了一系列的智能化工具，包括實時翻譯、中文字幕、金課提取、學生圖譜、協同筆記、互動課堂等；混合云架構支撐高并發教學場景，通過混合云架構，實現資源的彈性伸縮，支撐高并發的在線教學場景；對線上線下視頻資源的統一采集，混合云存儲，實現教學資源的低成本保留，為教學分析和挖掘提供數據支撐。

1.4 創新特色

系統的創新之處主要有：

（1）云化和輕量化。依托云計算的存儲資源，實現云化開發環境供給，通過瀏覽器訪問就可完成開發全過程，實現移動程序設計。

（2）快速按需容器化。工作空間基于容器技術，極短時間即可按用戶所需（計算和存儲）啟動并提供服務，用后可隨時釋放，也可提交或暫存到云端。

（3）多語言和技術棧。支持多種語言的語法高亮，支持Java 等語言的語法補齊，支持多種預置技術棧，無須復雜配置環境即可就位。

（4）視圖風格可切換（明、暗）。提供亮色和暗色兩種視覺風格，編輯器提供多種視圖布局，還支持滿屏編輯和邊欄收縮。

（5）構建運行和調試。提供命令管理器以支持構建（Build）和運行（Run），對Java 等語言還支持斷點調試。

2 系統實現

2.1 用戶登錄

在用戶登錄頁面中，學校會提前幫學生統一注冊，以學生入學時的學號和身份證后六位分別作為賬號和密碼，然后學生輸入對應的賬號和密碼成功登陸，可以查看本人學習的相關情況。如圖3所示。

圖3 用戶登錄界面

2.2 個人中心

個人主頁展示用戶的個人信息，賬號為注冊時所用的學號，唯一且不可修改，可以設置和修改用戶的頭像、昵稱、郵箱及密碼，進而便于與老師和學生之間更好地溝通，同時也展示了學生的成績和提交記錄，可以對自己的學習情況有直觀的了解，如圖4所示。

圖4 個人主頁界面

2.3 月度信息

月度信息欄目中可以查看自己本月的學習狀態，知曉自己本月的綜合學習情況，包括本月分數總和，本月整體排名以及自己的通過情況，通過把握自我的學習狀況，可以針對性地制定學習計劃，實現高效地學習，如圖5所示。

圖5 月度信息界面

2.4 全球排行榜

全球排行榜欄目中是以每個人每個月的總體得分進行排名，可以直觀地看到本月整體排名和得分情況，也可以知道自己的所處排名，通過對比自已與他人的分數差距，認識自己的優點與不足，更好地激勵自己學習，在此排行榜信息會于每月月初進行重置，具體如圖6所示。

圖6 全球排行榜界面

2.5 題庫列表

題庫列表中會呈現不同類型、不同難易程度的題目，每道題目會設置相應不同的分值，學生可以根據自身情況選擇自己的中意題目進行挑戰，挑戰后會顯示自己的通過率，只有通過率顯示為100%即意味著挑戰成功，然后會將本題所對應到的分數累加到自己的成績，如圖7所示。

圖7 題庫列表界面

2.6 通過記錄

通過記錄界面可以看到自己已答題目的通過情況，如若成功通過，此頁面會顯示題目提交的時間，所練習的題目以及題目的運行時間，如果自己所答題目并未通過且此頁面沒有顯示，學生可以及時地對此題目涉及的知識點回顧溫習，達到良好的教學意義，如圖8所示。

圖8 題庫列表界面

2.7 匹配競賽

2.7.1 匹配界面

在線競賽的設置，可以組織學生之間兩兩匹配，對相同的題目列表進行在線答題，答題結束后系統會自動判題得出每人的最終得分，以得分數據為依據，進而判定每人在每次匹配的勝負情況，這樣有助于形成你追我趕的學習氛圍，推動教學質量，如圖9所示。

圖9 匹配界面

2.7.2 答題界面

答題界面中，在右邊的欄框會顯示此次回答的具體題目和比賽雙方的答題進程情況，在左邊的欄框要對應題目輸入自己的答案，系統會根據每人的回答作出判斷正確與否，也根據每人的回答進度給出相應的進程比例，如圖10 所示。

圖10 題目界面

3 結 論

本系統解決了基于云平臺的在線程序設計實驗管理系統的設計與實現，通過云上課堂和云上編碼環境，打破傳統校園教學的時空限制，有助于提升教學、科研等校園服務，最終實現更加便捷的線上教學體驗。