面向高職教學質(zhì)量保障體系的程序設(shè)計自主學習平臺的研究與實現(xiàn)

林昆　鄭霖娟

摘 要：無線網(wǎng)絡(luò)和移動終端的普及，突破了課堂時空限制，使得隨時隨地獲取資源進行學習成為可能。該自主學習平臺以高職教學質(zhì)量保障體系為指引，以程序自動編譯評測子系統(tǒng)為核心，參照高職教育實際教學過程，構(gòu)建融入高職教育教學質(zhì)量保障體系的網(wǎng)絡(luò)教學環(huán)境，形成“教、學、練、測、賽、督”六位一體的綜合性自主學習平臺，為高職院校的網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)和信息化教學建設(shè)提供基礎(chǔ)支撐平臺，使網(wǎng)絡(luò)教學真正地服務(wù)于高職院校的課程教學。

關(guān)鍵詞：高職教育；網(wǎng)絡(luò)自主學習平臺；程序自動編譯評測；教學質(zhì)量保障體系

中圖分類號：TP393.09 文獻標識碼：A

1 前 言

4G技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)、移動終端等新技術(shù)的普及正在改變我們的生活方式和學習方式，突破課堂的時空限制、隨時隨地獲取學習資源已經(jīng)成為主流需求[1]，網(wǎng)絡(luò)互動教學將成為高職教育教學的一部分，網(wǎng)絡(luò)課程和各類網(wǎng)絡(luò)自主學習平臺的建設(shè)已成為校園教育信息化的重點，網(wǎng)絡(luò)課程的數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)自主學習平臺對日常教學工作支持的深入程度也成了判斷一所高校的學校形象、發(fā)展水平和辦學能力的重要因素[2]。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在我國，隨著教育部加速實現(xiàn)教育信息化，以信息化帶動教育現(xiàn)代化等方針和政策的推動，很多本科院校相繼完成了不同程度的網(wǎng)絡(luò)課程和網(wǎng)絡(luò)學習平臺的建設(shè)[3]。高職院校由于起步較晚、院校自身的技術(shù)力量薄弱以及經(jīng)費投入受限等諸多因素的制約，其精力主要集中在傳統(tǒng)的教學管理中，尚未將焦點轉(zhuǎn)移到利用信息化的網(wǎng)絡(luò)教學環(huán)境的建設(shè)上[4]。

在國外，網(wǎng)絡(luò)輔助學習管理系統(tǒng)已有廣泛的研究和應(yīng)用，推廣應(yīng)用較廣的包括Moodle、BlackBoard、Sakai等，這些系統(tǒng)的研究集中在開放課程、資源共享和自我學習等方面，比如課程開設(shè)、課件共享、在線交互、作業(yè)和測試等功能[5]。此類系統(tǒng)的作業(yè)和測試功能模塊雖然提供了在線自動評測功能，但都只提供了通用的非語義問題的評測，如選擇題、填空題，對于具有語義的題目，如問答題、計算機編程題等，則必須在提交后由教師進行手動查閱評分[6]；另一方面，此類系統(tǒng)的側(cè)重課程資源的組織與建設(shè)，對系統(tǒng)應(yīng)用于實現(xiàn)校園教學環(huán)境的支持較弱，也未能為教學管理與督導管理提供足夠的支撐，孤立于高職院校教學質(zhì)量保障體系之外。

3 平臺的特色

能否打破網(wǎng)絡(luò)教學孤立于高職教學管理之外的局面，將網(wǎng)絡(luò)教學融入高職教學質(zhì)量保障體系之中，是網(wǎng)絡(luò)教學平臺建設(shè)是否能真正服務(wù)于高職教學的關(guān)鍵所在[7]。面向高職教學質(zhì)量保障體系的程序設(shè)計自主學習平臺以教學質(zhì)量保障體系為指引，以建設(shè)高職院校程序設(shè)計類建設(shè)“教、學、練、測、賽、督”六位一體的綜合性自主學習平臺為研究目標。平臺強調(diào)學生對課程各知識點的自主學習與自我測驗，實現(xiàn)對具有語義性的程序設(shè)計的在線自動評測支持；強化平臺對應(yīng)用于實際校園教學的教學管理，實現(xiàn)審核體系以確保教學質(zhì)量；引入督導機制，確保網(wǎng)絡(luò)課程的教學過程處于高職院校督導體系監(jiān)管之下；實現(xiàn)競賽支持功能，豐富高職教育的課余學術(shù)活動、活躍學習氛圍，實現(xiàn)“以賽促教、以賽促學、以賽促訓”；這些正是傳統(tǒng)的課程管理系統(tǒng)所欠缺的。

4 平臺實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 總體架構(gòu)

面向高職教學質(zhì)量保障體系的程序設(shè)計自主學習平臺的總體架構(gòu)設(shè)計如圖1所示，包括以下幾個核心服務(wù)：

1.自主學習平臺交互服務(wù)器：交互服務(wù)器部署在前端，平臺向多種終端（PC、手機、平板電腦）用戶提供的所有功能都集中由交互服務(wù)器提供[8]，包括系統(tǒng)管理員功能、各級教師用戶的班級與課程管理功能、以及學生用戶的學習與測驗功能等；

2.后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器部署于后端，終端用戶通過交互服務(wù)器提交的數(shù)據(jù)，保存于后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，與外網(wǎng)隔離，防止用戶非法訪問數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)安全；

3.程序在線編譯評測子系統(tǒng)：評測子系統(tǒng)部署于后端，它會自動的從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器獲取學生提交的測驗程序，進行在線編譯、執(zhí)行、輸入輸出測試等操作，最后將評測結(jié)果數(shù)據(jù)返回到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，以便交互服務(wù)器查詢。

圖1 自主學習平臺總體架構(gòu)圖

4.2 模塊設(shè)計

面向高職教學質(zhì)量保障體系的程序設(shè)計自主學習平臺主要包括了用戶管理、課程管理、班級管理、程序自動編譯評測子系統(tǒng)、競賽支持、督導支持等模塊，項目整體構(gòu)架設(shè)計如圖2所示。

圖2 自主學習平臺整體模塊設(shè)計圖

4.3 高職教學管理支持

為了強化網(wǎng)絡(luò)自主學習平臺的實用性，全面支持高職院校實際教學工作，自主學習平臺參照了高職教育的教學管理體系，實現(xiàn)了面向高職教學管理的基礎(chǔ)支撐功能。

1.用戶管理

用戶管理是網(wǎng)絡(luò)自主學習平臺的基礎(chǔ)模塊，負責平臺各級用戶的生命周期管理、角色指派和權(quán)限分配等功能，使用用戶-角色-權(quán)限三級管理構(gòu)架[9]，主要包括：

1）用戶管理：提供創(chuàng)建用戶、刪除用戶、限制用戶、批量導入導出等基本功能。

2）角色管理：為了強化網(wǎng)絡(luò)自主學習平臺的實用性，全面支持高職院校實際教學工作，平臺的角色管理參照了高職教育的教學管理體系，提供了諸如教務(wù)管理人員、教學單位負責人、專業(yè)負責人、授課教師、學生以及督導專員等符合高職院校教學管理制度的角色體系。

3）權(quán)限管理：負責管理各個角色所具有的操作權(quán)限，比如學生只具有學習類別的功能，授課教課只能管理維護自己所分配的課程資源，教務(wù)管理人員、教學單位負責人、專業(yè)負責則具有不同級別的課程管理、審核功能和統(tǒng)計性功能，而督導專員的主要權(quán)限是查看各個開課班級、課程的教學進度、教學質(zhì)量等統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

2.班級管理

班級管理是網(wǎng)絡(luò)自主學習平臺真正服務(wù)于高職院校教學工作的關(guān)鍵，包括自然教學班級、選修課班級以及開放課程自由班級三種模式。endprint

1）自然教學班級：自然教學班以二級院系、專業(yè)、班級的三層管理級別，自然教學班的成員由教學單位負責人或?qū)I(yè)負責人進行設(shè)置，每個學生類型的用戶最多只能被安排在一個自然教學班；自然教學班不接受其他學生用戶的加入申請。

2）選修課班級：選用于支持高職院校的公共選修課程教學，由教學單位負責人創(chuàng)建，經(jīng)教學管理部門審核后成立，學生用戶可以根據(jù)個人學分情況申請加入選修課班級，學生申請之后必須經(jīng)過班級管理員審批通過才能成為班級成員。

3）開放課程班級：開放課程班級用于豐富高職教育的第二課堂活動，任何教師用戶均可以根據(jù)自己的特長創(chuàng)建開放課程班級，學生用戶可以根據(jù)個人興趣自由加入開放課程，無須審批便可成為班級成員。

3.課程管理

課程管理功能是網(wǎng)絡(luò)自主學習平臺的核心功能，是平臺服務(wù)于高職院校教學管理的最直接體現(xiàn)，也是高職教學質(zhì)量保障體系在實際教學活動中的最關(guān)鍵的監(jiān)控點，平臺實現(xiàn)了從開設(shè)課程、設(shè)定開課班級和授課教師到教學計劃的撰寫與審核、教學資料管理等環(huán)節(jié)構(gòu)建了貫穿高職教學過程的完整流程，并對各個環(huán)節(jié)提供了實時監(jiān)控，為質(zhì)量保障體系獲取第一手數(shù)據(jù)，主要功能包括：

1）創(chuàng)建課程：教學單位專業(yè)負責人可以根據(jù)教學需要，創(chuàng)建相應(yīng)的課程。

2）設(shè)置開課班級：專業(yè)負責人根據(jù)教學需要，為已創(chuàng)建的課程設(shè)置開課班級，一個課程可以設(shè)置一個或多個開課班級，這些班級將以共享該課程的教學資源。

3）指定授課教師：專業(yè)負責根據(jù)開課情況，為課程指定相應(yīng)的授課教師，將課程的管理權(quán)限賦予授課教師。

4）撰寫教學計劃：授課教師可通過系統(tǒng)組織課程教學計劃，有多個授課教師的課程，任何一個授課教師均可參與撰寫教學計劃。

5）審核教學計劃：教課教師撰寫的教學計劃，必須提交給專業(yè)負責人審核通過，才能在系統(tǒng)上展示和使用。

6）管理教學過程資料：授課教師在教學計劃指導下，完成對教學過程資料的維護，包括上傳課件、教程、教學視頻等資料，以及布置在線作業(yè)、測驗任務(wù)[10]；有多個授課教師的課程，每個教師編輯的資料都可以共享給本課程所有的教師和班級統(tǒng)一使用[11]。

4.4 程序自動編譯評測子系統(tǒng)

程序自動編譯評測子系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)自主學習平臺支持程序設(shè)計語義性題目自動評測的重點，評測子系統(tǒng)是常駐內(nèi)存的Linux Daemon進程，使用多線程、共享隊列、共享緩存等技術(shù)實現(xiàn)提高評測子系列的性能，主要由答題讀取、語法檢查、語義評測、語義評測數(shù)據(jù)緩存管理、評測結(jié)果反饋等模塊組成，如圖3所示。1.答題讀取模塊：答題讀取模塊運行于一個單獨的線程，定時向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器查詢是否存在已提交未處理的答題，讀取符合條件的答題內(nèi)容數(shù)據(jù)，加入待編譯隊列，并更新數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的答題處理標識，避免同一答題被重復處理。

2.語法檢查模塊：當待編譯隊列為非空時，語法檢查模塊從待編譯隊列逐個讀取答題內(nèi)容，根據(jù)答題的程序語言類型，調(diào)用相應(yīng)的語言編譯庫對答題進行編譯，若編譯通過，表示答題語法正確，則將編譯生成的可執(zhí)行程序等信息構(gòu)造待評測數(shù)據(jù)對象，放入待評測隊列；否則，若編譯不通過，表示答題語法錯誤，則將錯誤信息生成反饋結(jié)果，放入反饋結(jié)果隊列。

圖3 程序自動編譯評測子系統(tǒng)模塊圖

3.語義評測模塊：當待評測隊列為非空時，語義邏輯正確性評測模塊逐個讀取待評測數(shù)據(jù)，根據(jù)待評測數(shù)據(jù)所對應(yīng)的題目，從語義評測數(shù)據(jù)緩存管理模塊獲取評測輸入輸出數(shù)據(jù)，執(zhí)行生成的可執(zhí)行程序，并使用測試輸入輸出數(shù)據(jù)對程序進行邏輯正確性評測，并將評測結(jié)果生成反饋結(jié)果，放入反饋結(jié)果隊列。

4.語義評測數(shù)據(jù)緩存管理模塊：網(wǎng)絡(luò)自主學習平臺在實際教學應(yīng)用中，學習同一課程的所有學生都會對課程的題目進行學習和答題，學習同一課程的學生少至幾十人，多則幾百人，因此提交到平臺的答題中，答題的總數(shù)量往往是對應(yīng)的題目的上百倍。如果對每個答題都從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器讀取題目的輸入輸出測試數(shù)據(jù)，將會大大增加數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和服務(wù)器間通信的壓力，語義評測數(shù)據(jù)緩存管理模塊將近期使用到的測試數(shù)據(jù)緩存起來，提供對語義邏輯評測模塊重復使用，同時使用淘汰算法，清理長期未使用的數(shù)據(jù)，防止過度消耗內(nèi)存。

5.結(jié)果反饋模塊：反饋模塊的工作是及時地將反饋結(jié)果隊列中的結(jié)果數(shù)據(jù)提交到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，以便交互服務(wù)器將答題的結(jié)果展示給學生，并更新學生的學習進度、排名等信息。

4.5 服務(wù)“以賽促學”的競賽支持功能

借助程序自動編譯評測子系統(tǒng)的支撐，面向高職教學質(zhì)量保障體系的程序設(shè)計自主學習平臺還可以為高職院校的舉辦程序設(shè)計類競賽提供支持，活動高職教育的學習氛圍，為“以賽促學”高職教育理念提供支撐。主要功能包括：

1.創(chuàng)建競賽：競賽組織者只需要通過交互服務(wù)器創(chuàng)建競賽，競賽可以設(shè)置為內(nèi)部競賽和開放競賽兩種。

2.自動賽程管理：組織者只須設(shè)置競賽的起始時間和結(jié)束時間，在競賽開始前參賽者都無法查看到題目[12]；另一方面，一旦競賽結(jié)束時間到達，參賽者便無法再提交答題，整個過程無須安排監(jiān)考教師進行發(fā)卷或收卷工作。

3.賽題管理：組織者在競賽開始之前，可以通過交互服務(wù)器，對競賽題目進行增、刪、改等維護操作，并為題目設(shè)置分值比例。

4.自動排名：在整個競賽過程中，平臺將自動根據(jù)參賽者的答題情況，實時生成競賽排名，組織者與參賽者均可查看各參賽者的答題排名。

4.6 面向督導機制的質(zhì)量信息反饋

網(wǎng)絡(luò)自主學習平臺作為高職教學環(huán)境的一部分，其教學過程與教學質(zhì)量也必須處于高職院校的督導體系之中，平臺提供面向督導專員的督導支持功能，使網(wǎng)絡(luò)自主學習不再孤立于教學質(zhì)量保障體系之外，主要功能有：

1.審核體系：課程的開設(shè)、課程授課計劃、課程資源的組織與管理、作業(yè)與測驗安排等教學環(huán)節(jié)都必須相應(yīng)的審批流程，以確保課程網(wǎng)絡(luò)教學的合理性，提高教學質(zhì)量，督導專員可以方便的查看每個教學準備活動的組織和審核記錄。endprint

2.進度統(tǒng)計：一旦開設(shè)了課程，授課教師是否及時地撰寫教學計劃，是否根據(jù)教學計劃按時組織各個教學活動的資源、安排作業(yè)與測驗，學生是否按時按質(zhì)按量完成課程各階段的學習等數(shù)據(jù)，在進度統(tǒng)計功能中可一目了然。

3.成績統(tǒng)計：成績統(tǒng)計包括兩個部分，一個是班級內(nèi)部排名，對各學生完成課程學習、作業(yè)與測驗的得分進行排名；一個是對相同課程的平行班，以班級為單位，進行最高分、平均分等排名。

4.評價體系：對每個開設(shè)的課程建立多維的評價體系，諸如學生對授課教師的評價、學生對課程的評價、教師對學生的評價等，為課程設(shè)置和教學督導等工作提供質(zhì)量信息反饋。[13]

5 結(jié) 語

4G技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)、移動終端等新技術(shù)的普及正在改變我們的生活方式和學習方式，突破課堂的時空限制、隨時隨地獲取學習資源已經(jīng)成為主流需求，網(wǎng)絡(luò)互動教學將成為高職教育教學的一部分，如何有效地將網(wǎng)絡(luò)教學納入高職教學質(zhì)量保障體系，是高職院校教學管理的新課題。面向高職教學質(zhì)量保障體系的程序設(shè)計自主學習平臺利用其程序自動編譯評測子系統(tǒng)實現(xiàn)了對具有語義性的程序代碼的自動評測，成為能支撐程序設(shè)計類課程全方位教學的網(wǎng)絡(luò)綜合自主學習平臺，平臺具有“教、學、練、測、賽、督”六位一體的特色，貼近高職教育的實際，平臺的綜合運用將為高職院校的網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)和信息化教學建設(shè)提供基礎(chǔ)支撐平臺。目前，該平臺已在清遠職業(yè)技術(shù)學院計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)2013級和2014級《C語言程序設(shè)計》、《Java程序設(shè)計》、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》、《算法基礎(chǔ)》等課程中應(yīng)用，進行課堂教學與網(wǎng)絡(luò)教學相結(jié)合的探索和實踐，取得了較好的效果。

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