Python編程題在線測評系統的設計與實現

摘要：隨著在線教育與編程教學的快速發展，自動化測評系統成為提升教學效率的重要工具。當前，Python編程作業批改主要依賴人工，存在效率低、主觀性強、反饋不足等問題，難以滿足大規模在線教學的需求。為此，文章設計并實現了一種基于Django與Vue.js的Python編程題在線測評系統。該系統采用動態測評技術，從可運行性、輸出匹配、函數調用及邏輯覆蓋四個維度對學生作業代碼進行自動化評估。這一方法支持教師高效批改作業，顯著提升了評分效率與準確性，降低了人工批改負擔。同時，系統為編程教學提供了可擴展的技術解決方案。

關鍵詞：Python；在線測評系統；Django；Vue

中圖分類號：TP311

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）14-0054-03

0引言

隨著互聯網和在線教育的快速普及，編程教育在計算機科學教學中的地位日益提升。Python語言憑借其簡潔性、易讀性以及豐富的生態系統，已成為高校教學和職業培訓中的主流編程語言。然而，當前Python編程作業的批改仍主要依賴人工審核，這與編程教育的快速發展不相適應。教師需要逐行檢查代碼邏輯、驗證測試用例并統計通過率，存在效率低下、反饋周期長等問題。針對上述挑戰，本文提出了一種基于Django框架和Vue.js前端技術的在線測評系統，通過動態測評技術實現對學生代碼的多維度自動化評估，顯著提升了評分的準確性和效率。

1架構設計

系統采用前后端分離的B/S[1]架構，后端基于Django[2]框架，前端基于Vue.js[3]框架，充分發揮各自的技術優勢，提高了開發效率和系統的可維護性。系統包含題目管理、用戶管理、提交管理和班級管理等模塊。用戶管理模塊負責管理用戶信息及權限配置，支持教師創建班級并添加學生。題目管理模塊允許教師創建編程題目并配置測試用例。提交管理模塊記錄學生的代碼提交記錄，支持多次提交和成績查詢。各模塊之間的關系如圖1所示，展示了系統的整體架構和數據流向。

2數據庫設計

數據庫設計是系統設計過程中不可或缺的關鍵環節[4]，一個功能完善且結構合理的數據庫能夠幫助系統更高效、便捷地管理各項數據。在數據庫設計中，ER模型（實體關系模型）作為一種重要的建模工具，能夠有效改善開發人員與用戶之間的溝通，準確描述數據的特性及其相互之間的約束關系，是一種典型的概念性設計方法。通過ORM[5]技術實現Model層與數據庫的映射，生成數據表。此外，EER[6]模型（增強實體關系模型）在ER模型的基礎上進行了進一步細化，將其轉換為關系模型，并與具體的數據庫管理系統相關聯。系統的EER模型如圖2所示。

2.1用戶表

用戶表主要用于存儲用戶的相關信息，包括賬號、密碼、郵箱、用戶昵稱、手機號及權限配置等，其詳細字段如表1所示。

2.2編程題目表

該表用于管理編程題目，主要存儲由任課教師創建的編程題目及其對應的測試用例，包括題目名稱、題目描述、難度等級（簡單、中等、困難）、創建者信息以及測試用例的輸入和輸出字段。其詳細字段如表2所示。

2.3代碼提交表

該表用于管理用戶的代碼提交信息，主要存儲用戶提交的相關數據，包括代碼內容、提交時間、提交人、得分、總分、通過的測試用例數量、總測試用例數量以及測試結果等。其詳細字段如表3所示。

3關鍵技術

該系統關鍵技術主要是為學生作業代碼進行測評，其中測評技術是本系統實現自動化代碼評估的核心模塊，通過可運行性、輸出匹配、函數調用和邏輯覆蓋等四種多維度測評方法對用戶提交的Python作業代碼進行綜合評測。針對使用simpleguitk庫進行游戲開發的Python課程特點，本系統設計了4種測評方法：可運行性測評、輸出匹配測評、函數調用測評和邏輯覆蓋測評。

3.1可運行性

可運行性是代碼評測的基礎環節，主要用于驗證學生提交的代碼是否具備正確的語法結構，以及能否在標準運行環境中正常啟動與執行。通過在沙盒環境中運行代碼，檢測其是否能夠正常運行。如果代碼運行報錯，則直接評估為0分。由于程序中使用了simpleguitk庫，直接運行程序時會彈出GUI界面，進程阻塞且無法退出，從而影響后續評估。針對這一問題，本測評方法采用替換代碼的方式，將彈出GUI界面的代碼部分替換為pass，以確保程序能夠順利運行。

3.2輸出匹配

對于部分要求在終端輸出特定結果的編程作業，輸出匹配測試至關重要。系統模擬用戶的真實運行環境，捕獲代碼的輸出內容，并將其與預設的標準輸出進行嚴格比對。輸出比對不僅包括內容的完整性，還會檢查輸出的格式與順序是否完全一致，以確保學生作業符合題目得分要求。具體的測評如表5所示。

3.3函數調用

函數是Python編程中的重要組成部分，函數調用測試用于檢查學生代碼中函數的正確性。系統會自動分析代碼結構，尋找關鍵的函數定義，并通過模擬不同的輸入參數調用這些函數，驗證其返回的結果是否符合預期。系統預設了多組測試用例，涵蓋各種邊界條件、異常情況以及常見輸入場景，通過對比函數的實際返回值與預設的標準值，來判定函數的邏輯是否正確，是否存在潛在的邏輯錯誤。具體的測評如表6所示。

3.4邏輯覆蓋

在編程作業中，部分學生可能會采取投機取巧的方式，編寫僅能滿足正常運行功能的代碼，而缺乏作業實際要求的實現。例如，作業要求實現3個按鈕和1個輸入框的界面代碼，針對GUI代碼測評設計了邏輯覆蓋測評方法。通過對代碼結構的深入分析，系統會精確統計代碼中各類語句的數量，確保代碼符合作業要求。具體的邏輯覆蓋測評如表7所示。

4系統實現

4.1題庫配置界面

教師創建題目時，需要填寫題目的基礎代碼、配置測試用例、設定題目名稱、選擇難度等級以及編寫題目描述。圖3展示了題庫配置界面，教師可以在此創建和編輯題目。

4.2答題界面

系統提供在線代碼編輯器，答題界面如圖4所示。該部分采用分屏式布局設計，劃分為三個獨立交互區域：左側為全幅題目描述區；右側采用垂直分割設計，上層配置代碼編輯區，下層整合控制臺輸出區。支持用戶通過拖拽操作進行橫向/縱向尺寸調整，并可通過區域最大化功能實現焦點內容的沉浸式展示。

4.3成績管理界面

教師在查看學生成績時，主要可查看的信息包括所獲得的分數、通過的測試用例數量、總測試用例數量以及提交時間。成績管理界面的設計如圖5所示。

5結論

本文系統通過動態測評技術解決了傳統編程作業批改效率低的問題，其創新性體現在對simpleguitk庫的特殊處理和多維度評估方法的綜合應用。研究表明，系統顯著提升了教學效率，并為學生提供了精準反饋。未來工作將擴展對多語言的支持，并探索智能評估算法的集成。參考文獻：

[1]孫鋒志.基于B/S的程序編程競賽自動測評系統設計[J].電子技術，2021，50（10）：94-95.

[2]牛寧.基于Django的智慧園區平臺系統設計與實現[D].成都：電子科技大學，2019.

[3]李曉薇.vue.js前端應用技術分析[J].網絡安全技術與應用，2022（4）：44-45.

[4]迪力夏提·多力昆，張太紅，馮向萍.LabelMe標注核對系統的設計與實現[J].計算機技術與發展，2022，32（3）：214-220.

[5]李婷婷，張金玉，馬鳳乾.基于ORM的數據管理序列化實現方法[C]//天津市電子工業協會.天津市電子工業協會2024年年會論文集.天津七一二通信廣播股份有限公司，2024：5.DOI：10.26914/c.cnkihy.2024.009945.

[6]CHIANGR，BARRONT，STOREYV.Reverseengineeringofre?lationaldatabases：extractionofanEERmodelfromarelationaldatabase[J].Dataamp;KnowledgeEngineering，1994，12（2）：107-142.

【通聯編輯：謝媛媛】