蔣銀珍

（蘇州大學東吳學院 江蘇省蘇州市 215006）

程序設計課程是理工科學生的一門必修主干課程[1]。計算機程序設計語言種類繁多。目前，我校針對不同的非計算機專業(yè)學生開設的計算機程序設計通識課程也不同，主要有C 語言程序設計、C++程序設計、Python 程序設計、C#程序設計以及Java 程序設計。上述五門程序設計課程每周安排3 課時的課堂教學，3 課時的機房實驗教學。課堂教學在教室進行，主要由任課教師講授相關課程知識，實驗教學主要是安排學生完成實驗指導書上的編程題，任課教師和助教對學生練習過程中提出的問題進行解答。實驗結束后，學生將源代碼打包提交給任課教師進行批閱。由于計算機程序設計通識課程面向全校學生，任課教師在不同學期面向不同學院不同專業(yè)的學生授課，任教班級人數較多。針對不同專業(yè)，程序設計課程的編程練習題與專業(yè)特色缺乏關聯性，作業(yè)設計不夠合理，學生的學習興趣不夠濃厚，這是導致目前教學效果不夠理想的主要原因[2]。此外，對程序設計課程作業(yè)采用傳統(tǒng)的布置和人工批改方式，效率低下、費時費力，已遠遠不能滿足課程的實踐環(huán)節(jié)的需要[3]。

為了激發(fā)學生對程序設計課程的學習興趣，體驗編程帶來的成就感，讓任課教師實時了解學生的編程作業(yè)完成情況，及時調整課堂教學側重點，同時也實現任課教師之間資源共享，減少重復工作量，筆者開發(fā)了基于B/S 結構的通用在線作業(yè)提交與批閱系統(tǒng)，目前適用于C、C++、Python、C#以及Java 程序設計等五門課程。過程性學習評價能更全面客觀的考核學生的學習活動[4]，實踐證明，借助于作業(yè)批閱系統(tǒng)，任課教師能更輕易地從宏觀上掌握學生的平時學習狀態(tài)。

1 系統(tǒng)功能

程序設計課程作業(yè)批閱系統(tǒng)以網站形式發(fā)布。該系統(tǒng)用戶角色有課程管理員、任課教師和學生。

課程管理員的主要職能是為其負責的課程劃分好知識模塊。以C 語言程序設計課程為例，知識模塊可劃分為運算符與表達式、順序結構、單分支結構、雙分支結構、多分支結構、while循環(huán)、for 循環(huán)、循環(huán)嵌套、函數、結構體、鏈表等，并為各知識模塊有針對性地設計編程作業(yè)供學生進行專項練習。

任課教師主要負責管理自己的授課班級信息、班級資料和學生名單。在教學過程中，任課教師根據自己的教學進度和面向的學生專業(yè)方向，為所授班級選擇合適的編程作業(yè)進行發(fā)布，同時設置起始時間和截止時間。此外，任課教師也可以根據自己班級的實際情況新增編程作業(yè)作為補充。根據實際情況，任課教師對已經發(fā)布的作業(yè)也可調整截止時間，或取消發(fā)布。

在作業(yè)發(fā)布期內，學生登錄后可查看編程題題目要求和運行示例，啟動相關程序設計語言開發(fā)環(huán)境，編寫程序代碼進行調試，完成后提交程序源代碼文件，系統(tǒng)接收源代碼文件后自動批閱，然后顯示作業(yè)成績并登記入系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)開發(fā)與實現

本系統(tǒng)是基于ASP.NET 的B/S 架構的Web 應用程序，開發(fā)語言采用C#。通過綜合考察C 語言程序設計、C#程序設計、Java 程序設計以及Python 程序設計等四門課程的教學要求的異同點，設計編程作業(yè)布置與批改的流程為：設計編程題→任課教師發(fā)布編程作業(yè)→學生完成并提交作業(yè)→系統(tǒng)自動批閱→任課教師查看成績。

編程題設計要素包括題目要求、圖片（僅支持一張）、關鍵字、輸入輸出以及參考答案（可為空）。其中，關鍵字是指代碼中必須包含的內容，程序設計課程類別不同，則關鍵字有所不同（例如C語言程序作業(yè)的關鍵字可設為：include/main/scanf/printf)。每題至少一對、最多5 對輸入輸出用作批閱時的測試數據。在設計無輸入的編程作業(yè)（如：輸出100 以內的素數）時，輸入測試內容任意。圖1 顯示的是C 語言程序設計課程中for 循環(huán)部分的一道編程作業(yè)，共設置了5 個關鍵字，兩對輸入輸出。

圖1：設計編程題界面

設計完編程題作業(yè)后，任課教師可發(fā)布作業(yè)供學生查看。同一編程題可向不同班級發(fā)布，發(fā)布時設置允許提交作業(yè)的開始時間和截止時間，以及截止時間過后是否向學生公布參考答案。

學生登錄系統(tǒng)后，在允許提交作業(yè)的時間段內，可根據題目要求編寫程序源代碼文件，通常要借助相關程序開發(fā)環(huán)境（如Dev-CPP、Visual Studio 等）調試程序。當學生在本地調試完程序后，將源程序文件提交至本系統(tǒng)（界面如圖2所示），系統(tǒng)給出關鍵字和每組數據的測試結果得分，并顯示該題總得分。每道作業(yè)滿分為100 分，其中關鍵字滿分10 分，關鍵字個數不限。若關鍵字個數為n，則每個關鍵字得分為10/n。1 至5 個測試點共90 分，每個測試點滿分相同。如某道作業(yè)設置了一個測試點，則該測試點滿分為90 分；若設置了兩個測試點，則每個測試點滿分為45 分，若設置了3 個測試點，則每個測試點滿分為30 分，依此類推。在截止時間之前，學生可反復提交，系統(tǒng)保留最后一次的作業(yè)結果和成績。任課教師則隨時可以查看每位學生的完成題數、總得分、平均分以及每題的完成情況（包括每個測試點得分、測試輸入、期望的輸出結果以及學生程序的輸出結果等），從而掌握學生學習的薄弱環(huán)節(jié)，及時調整課堂教學側重點，不斷提高教學質量。若截止時間已過，學生不能再提交文件進行批閱，但能查看得分，并在設置為允許查看答案的情況下瀏覽參考答案代碼。

圖2：學生提交源程序文件批閱界面

自動批閱源程序文件是本系統(tǒng)的實現難點。在圖2所示界面中，系統(tǒng)接收到學生提交的源程序文件后，則按以下步驟完成批閱：

（1）在服務器端創(chuàng)建一個以學生學號命名的文件夾；

（2）將學生提交的源程序文件上傳到學號文件夾；

（3）將該編程作業(yè)的輸入數據轉存為輸入文本文件；

（4）比對學生代碼中的關鍵字，并計算得分（記作A）；

（5）根據源程序文件的擴展名（目前支持.c、.cpp、.cs、.py、.java 擴展名），獲取相應的編譯程序或解釋程序的路徑配置信息，然后使用自定義的Compile 類的ExecuteCompile 方法，通過使用Process 類調用cmd 命令設置PATH 路徑、運行預先安裝在服務器端的編譯器或解釋器程序命令，從而實現編譯或解釋學生程序代碼的目的；例如：

對于.c 源程序文件，處理的關鍵代碼是：

對于.cpp、.cs 以及.java 源程序文件，處理代碼類似，僅僅是編譯程序路徑和文件名稱不同而已。

若對于.py 源程序文件，直接調用Python 解釋器解釋學生程序。

（6）通過檢查是否產生了.exe 文件判斷學生程序是否成功編譯鏈接。若成功則再次使用Process 類調用cmd 命令，運行學生程序（采用管道操作，以輸入文本文件作為標準輸入，運行結果重定向寫入指定結果文本文件）；關鍵代碼如下：

（7）讀取結果文本文件的內容，與編程作業(yè)的輸出數據進行比對，并計算得分（記作B）；

（8）將學生代碼、測試結果以及得分(A+B)存入數據庫；

為提高系統(tǒng)的可維護性，在系統(tǒng)配置文件Web.Config 中的appSettings 節(jié)點下為編譯器或解釋器程序路徑設置鍵對值，例如各種語言編譯器對應的鍵對值可設置如下（根據實際安裝情況路徑有所不同）：

為避免大量存在死循環(huán)的學生程序占用服務器CPU，在使用Process 類調用cmd 命令運行學生程序時，可指定等待時間。若在指定時間內，學生程序仍未執(zhí)行結束，則調用taskkill 命令強制結束學生程序。

作業(yè)批閱系統(tǒng)后臺數據庫為Sql Server 2008,與編程作業(yè)相關的數據表有三張，分別為編程題表、作業(yè)發(fā)布表和作業(yè)成績表。編程題表用于存放編程題信息，字段包括：題目編號、章節(jié)編號、出題人、題目要求、圖片名稱、關鍵字以及5 組輸入輸出等。作業(yè)發(fā)布表存放作業(yè)發(fā)布信息，字段包括：發(fā)布編號、班級編號、開放時間、截止時間以及是否在截止時間之后允許查看答案等。作業(yè)成績表登記學生編程題的完成情況，包括學號、姓名、成績、學生答案、測試結果等。

3 結束語

程序設計類課程重在實踐[5]。如何設計作業(yè)，合理設置作業(yè)發(fā)布時間的先后順序也至關重要。例如，教材中有例題：輸入一個整數，輸出它的每位數字之和。通過課堂講解讓學生領會其中的算法。為了幫助學生靈活運用該算法，可依次設計并發(fā)布作業(yè)：

（1）輸入一個整數，輸出它的逆序數；

（2）輸入一個整數，判斷其是否為對稱數；

（3）輸出1000 以內所有的對稱數。循序漸進，逐步加大作業(yè)難度，不斷提高學生對所學知識的靈活運用能力。

經過一學年的使用，基于Web 的程序設計課程作業(yè)自動批閱系統(tǒng)運行狀態(tài)良好，學生完成編程作業(yè)后即刻提交驗證并查看得分，體會到成功帶來的喜悅。任課教師也能及時發(fā)現學生對所學知識掌握的薄弱點。目前該系統(tǒng)已是全校從事計算機程序設計課程教學教師的得力助手，同時也是學生的好幫手，對于提高教學質量、增強師生之間的互動具有積極的推廣意義。