孫丹鵬

（曲靖師范學(xué)院信息與教育技術(shù)中心 云南 曲靖 655011）

1 引言

本文提出基于Moodle環(huán)境搭建在線編程評(píng)測(cè)系統(tǒng)，學(xué)習(xí)者可以在有網(wǎng)絡(luò)的地方就可以在線編程，且系統(tǒng)能夠及時(shí)評(píng)測(cè)反饋給學(xué)習(xí)者，減輕教師工作，也方便學(xué)習(xí)者更有效的習(xí)得編程技能?；谶@種在線編程與測(cè)評(píng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境，更有助于學(xué)習(xí)者的編程技能的培養(yǎng)與學(xué)習(xí)。

2 Moodle平臺(tái)與Virtual programming lab

Moodle是一個(gè)用于建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程和站點(diǎn)的課程管理系統(tǒng)，是為支持社會(huì)建構(gòu)主義教育框架而設(shè)計(jì)的全球性開發(fā)項(xiàng)目。Moodle作為開源軟件免費(fèi)提供，遵循GNU通用公共許可協(xié)議[1]。它集IT、教學(xué)、管理、社會(huì)性交互等多重維度為一體，協(xié)助學(xué)習(xí)者共同完成知識(shí)建構(gòu)的開放網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，具有門檻低、便于操作、功能強(qiáng)大、開放兼容等優(yōu)勢(shì)[2]。Moodle系統(tǒng)在學(xué)生參與、課程傳遞、內(nèi)容制作、用戶操作、內(nèi)容組織及適應(yīng)多種學(xué)習(xí)活動(dòng)等方面表現(xiàn)優(yōu)秀。

Virtual programming lab(VPL)[3]，虛擬編程實(shí)驗(yàn)室，是一個(gè)免費(fèi)的Moodle活動(dòng)模塊插件，提供了一個(gè)集成環(huán)境可開展在線計(jì)算機(jī)編程的教學(xué)與管理。其程序代碼編輯、運(yùn)行編譯和自動(dòng)評(píng)價(jià)的特點(diǎn)使得學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和教師的評(píng)價(jià)任務(wù)比更簡(jiǎn)單容易。其顯著特征是：基于瀏覽器編輯程序源代碼；學(xué)習(xí)者可以直接在瀏覽器中運(yùn)行交互式程序；可以運(yùn)行測(cè)試來檢測(cè)程序代碼是否正確。允許搜索文件之間的相似性以審查抄襲；允許設(shè)置編輯限制和避免直接外部文本粘貼等。

3 基于VPL的編程開發(fā)環(huán)境搭建

VPL主要有三個(gè)組成部分：Moodle模塊、基于瀏覽器的代碼編輯器和Jail組件（圖1）。

圖1 VPL體系架構(gòu)

VPL作為一個(gè)管理程序分配的活動(dòng)模塊安裝到Moodle插件模塊中，其使用簡(jiǎn)單容易，Moodle模塊化組件方式提供了這種組件的典型特征（備份和恢復(fù)、與分級(jí)圖書的集成、課程重置、事件控制、基于角色的訪問等）。代碼編輯器為程序編輯、運(yùn)行提供基本的功能，用于調(diào)試和評(píng)估程序代碼，還包括諸如提交管理、評(píng)估支持和反抄襲特征等特定功能。Jail組件是負(fù)責(zé)在安全環(huán)境中編譯和執(zhí)行由學(xué)生提交的代碼的服務(wù)器。它基于Linux命令來提供主機(jī)文件系統(tǒng)的讀寫權(quán)限，具有很高的安全性。運(yùn)行或評(píng)測(cè)程序文件提交至少需要一個(gè)Jail服務(wù)器。Jail服務(wù)需要Ubuntu或RedHat兼容的Linux發(fā)行版。Jail服務(wù)器支持交互和非交互執(zhí)行的請(qǐng)求[4]。

為了在控制臺(tái)中能順利提供執(zhí)行功能，Moodle服務(wù)器需要至少打開兩個(gè)端口，建議使用更大的端口。且執(zhí)行提交的PHP腳本需要比一般應(yīng)用更多的時(shí)間，因此在PHP配置中需要配置增加時(shí)限的設(shè)定。

4 VPL系統(tǒng)架構(gòu)及運(yùn)行原理

VPL模塊使用雙代理與瀏覽器客戶端進(jìn)行通信，以發(fā)送客戶端的請(qǐng)求，并同時(shí)與Jail服務(wù)器的另一側(cè)通信，以執(zhí)行與這些請(qǐng)求相關(guān)聯(lián)的運(yùn)行任務(wù)。這允許多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。最簡(jiǎn)單的部署是在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上配置并運(yùn)行Jail服務(wù)器和Moodle服務(wù)器，其缺點(diǎn)是失去了隔離服務(wù)器的安全保障。另一種部署方式是將Moodle服務(wù)器與一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的Jail服務(wù)器連接，這些Jail服務(wù)器可以在配置在專用網(wǎng)絡(luò)中。在一個(gè)或多個(gè)Moodle服務(wù)器之間共享多個(gè)Jail服務(wù)器，這是一種比較可行的組織架構(gòu)，改進(jìn)了資源消耗。這種配置可以通過改變Moodle服務(wù)器使用的Jail服務(wù)器的數(shù)量來適應(yīng)工作量峰值，可以更靈活的方式參與執(zhí)行任務(wù)的需求變化。其缺點(diǎn)是Jail服務(wù)器必須在公共域中，以便在不增加網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度的情況下使它們能夠適用于所有Moodle的服務(wù)器。

使用多個(gè)Jail服務(wù)器不僅支持可伸縮性和提高性能，而且還提供容錯(cuò)性。當(dāng)VPL模塊接收?qǐng)?zhí)行請(qǐng)求時(shí)，它接收可用Jail服務(wù)器的列表，并隨機(jī)選擇未標(biāo)記為具有先前故障的一個(gè)進(jìn)入特定的時(shí)間范圍。然后VPL向服務(wù)器發(fā)送可用性請(qǐng)求；如果對(duì)該請(qǐng)求的響應(yīng)是執(zhí)行的，則將執(zhí)行請(qǐng)求分配給服務(wù)器，否則選擇新的服務(wù)器。如果沒有找到服務(wù)器，則重復(fù)考慮先前失敗的服務(wù)器的過程。（圖2）

圖2 VPL體系架構(gòu)

5 VPL在線編程實(shí)施與應(yīng)用

在線編程與測(cè)評(píng)系統(tǒng)的功能在于學(xué)習(xí)者提交用程序設(shè)計(jì)語言來在線編寫的代碼后，系統(tǒng)對(duì)代碼進(jìn)行編譯和運(yùn)行，看其是否符合時(shí)間和空間的要求，然后與標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)好的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比來判斷程序的正確性[5]。在Moodle平臺(tái)系統(tǒng)中采取建立課程活動(dòng)模塊的方式來搭建課程學(xué)習(xí)活動(dòng)。VPL環(huán)境集成在Moodle平臺(tái)環(huán)境中，能為學(xué)生提供多種編程任務(wù)活動(dòng)，支持多中語言的學(xué)習(xí)，如 C，C++，C#，Haskell，F(xiàn)ORTRAN，Java，Octave，Pascal，PHP， Prolog，SQL，Ruby，Python，Scheme，Vhdl等。

采用VPL可以用來配置、管理和評(píng)估一系列在線編程學(xué)習(xí)活動(dòng)，這些活動(dòng)可以按類型或范圍進(jìn)行分類。根據(jù)類型，學(xué)習(xí)活動(dòng)可以是：范例、完形填空或拼圖練習(xí)和代碼開發(fā)練習(xí)。范例方式取決于學(xué)生是否可以修改代碼，可修改示例代碼可隨時(shí)讓學(xué)習(xí)者將其重置為原始狀態(tài)。完形填空和拼圖練習(xí)尤其適合初學(xué)者，其為學(xué)生提供問題描述和解決問題的程序代碼，只是學(xué)生必須修改代碼以完成任務(wù)。如部分代碼已刪除，學(xué)生必須填空，拼圖練習(xí)中代碼已全部打亂，學(xué)生必須對(duì)其進(jìn)行排序，以便以適當(dāng)?shù)姆绞酵瓿纱a工作。

6 結(jié)語

本文闡述了基于Moodle環(huán)境的在線編程與測(cè)評(píng)系統(tǒng)，它是管理、構(gòu)建和測(cè)評(píng)計(jì)算機(jī)程序練習(xí)的有力工具。這個(gè)工具的主要優(yōu)點(diǎn)是它集成在一個(gè)開源的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)中，其特點(diǎn)是它能夠根據(jù)程序測(cè)試產(chǎn)生完整的測(cè)評(píng)報(bào)告，并及時(shí)給學(xué)習(xí)者提供反饋信息。此外，所需的程序測(cè)試可以以非常靈活的方式進(jìn)行配置，從簡(jiǎn)單的輸入輸出測(cè)試到單元測(cè)試全都可以覆蓋，完全能滿足日常編程教學(xué)需求，為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)更加便捷、有效的編程學(xué)習(xí)環(huán)境。