云學習理念下互動編程服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)*

吳冬芹，劉瀟涵，李　佳

（南京大學金陵學院信息科學與工程學院，江蘇 南京210089）

云學習理念下互動編程服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)*

吳冬芹，劉瀟涵，李佳

（南京大學金陵學院信息科學與工程學院，江蘇 南京210089）

云計算技術(shù)在學習領(lǐng)域的應(yīng)用使云學習成為發(fā)展的必然趨勢。在云學習理念下所設(shè)計的在線互動編程服務(wù)系統(tǒng)，針對程序設(shè)計初學者，提供了包括云端編程、云端指導(dǎo)、云端資源管理的各項功能；在技術(shù)層面，不僅提供了web實現(xiàn)，更有app應(yīng)用，學習者可以在不同終端登錄系統(tǒng)，隨時隨地展開編程活動，系統(tǒng)的使用和推廣能極大地改善程序設(shè)計的學習效果，提高學習效率。

云學習；云端互動編程；云端資源管理

一、引言

在網(wǎng)絡(luò)和計算機技術(shù)快速發(fā)展的時代背景下，涌現(xiàn)出種類繁多的云學習平臺。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有學習平臺主要的優(yōu)勢在于提供了豐富的視頻資源，同時開設(shè)用于學習者討論的論壇、貼吧等，滿足了一定人群的學習需要。不足之處在于，現(xiàn)有云學習平臺在功能上過于強調(diào)通用性，在內(nèi)容上關(guān)注學科的齊全性，針對性不夠強；尤其是針對實踐性較強的程序設(shè)計語言，缺乏有效的編程實踐環(huán)境和項目實踐指導(dǎo)，顯得蒼白無力，很難真正滿足程序設(shè)計學習者的需要。

云學習理念下的在線互動編程服務(wù)系統(tǒng)在此背景下產(chǎn)生，結(jié)合云學習的特點，平臺針對程序設(shè)計初學者進行設(shè)計，以編程吧的形式展現(xiàn)，提供了云端編譯的環(huán)境，學習者可以在任意終端登錄，選擇自己需要的程序設(shè)計語言，編寫、編譯程序；此外，編程吧還提供大量可在云端練習的各種語言的程序題目，每種語言還有專家團隊對學習者在云端提供一對一的專業(yè)編程指導(dǎo)。

二、云計算與云學習

云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的全新計算模式，它是在分布式系統(tǒng)、網(wǎng)格計算、虛擬存儲等基礎(chǔ)上形成的一種新型共享基礎(chǔ)架構(gòu)，它的核心是提供數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。［1］隨著云計算應(yīng)用研究的不斷深化，越來越多的研究者開始研究如何利用這一新技術(shù)改進人們的學習方式、更新學習資源、改造學習環(huán)境，“云學習”理念在此背景下應(yīng)運而生。這也是云計算在學習領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，與學習者群體的現(xiàn)實學習發(fā)展需求相一致。

云學習理念勢必會潛移默化地改變學生的學習行為和學習結(jié)果。［2］在云學習時代，真正把“學習的主動權(quán)還給了使用者，使用者可以高度自由地控制學習的內(nèi)容、方向和進度”。在學習內(nèi)容、學習時間、學習場所的選擇上，學習者有了更多的決策權(quán)，能真正為自己的需求、自我成長而學習。［3］云學習是在云計算上的延伸和發(fā)展。［4］這一新的學習理念要真正為學習者服務(wù)，還需要構(gòu)建一定的平臺，不斷進行嘗試和探索。

三、云學習理念下的系統(tǒng)目標

云學習具有開放性、交互性、個性化學習、優(yōu)質(zhì)學習資源整合等特征。［2］結(jié)合云學習的思想，可以得出云學習理念下互動編程服務(wù)系統(tǒng)的整體設(shè)計目標。

1.云端編程

對于所有的程序設(shè)計學習者而言，編程環(huán)境的安裝和配置是極為重要的，編程環(huán)境也約束了學習者的編程自由，一旦離開自己配置好的電腦，就無法展開編程練習。針對這一點，在線互動編程服務(wù)系統(tǒng)糅合了云學習開放性的特點，程序設(shè)計學習者不再受環(huán)境的約束，在任何時間、任何地點、任何終端都能登錄，選擇正在學習的語言，編寫、編譯并且運行代碼，徹底擺脫了對編程環(huán)境的依賴，使學習者的學習空間得到了極大的拓展和延伸。

2.云端指導(dǎo)

云學習的特征之一就是能夠針對不同學習者提供個性化的學習需求。［5］依托云學習服務(wù)思想，在互動編程服務(wù)系統(tǒng)中，學習者能夠方便快速選擇所需要的學習資源和服務(wù)。在學習過程中，如果編寫代碼或者編譯程序遇到問題，不能解決，可以選擇系統(tǒng)內(nèi)各種語言對應(yīng)的專家，在任意終端都可以將相關(guān)問題發(fā)送給所選擇的專家，能夠隨時隨地得到專家的實時幫助和編程指導(dǎo)，提高程序設(shè)計的學習效率與效果。

3.云端資源的使用與管理

在互動編程服務(wù)系統(tǒng)中，不僅提供了主流語言的編譯平臺，更提供了主流語言配套的各類編程練習題以及各類教學視頻，學習者在任意終端選擇相應(yīng)的編程題展開練習，或者閱讀系統(tǒng)內(nèi)專家給出的編程經(jīng)驗文章，也可以觀看相應(yīng)語言的視頻講解。在學習過程中，學習者還可以將感興趣的內(nèi)容加入收藏夾管理。

四、互動編程服務(wù)系統(tǒng)主要功能設(shè)計

按照所設(shè)定的系統(tǒng)目標，互動編程服務(wù)系統(tǒng)在設(shè)計時，分配的角色有游客、會員、專家、管理員。游客僅有在云端編程、編譯的權(quán)限，不能得到專家指導(dǎo)，也不能收藏和管理相應(yīng)的資源。在系統(tǒng)內(nèi)，所有學習者均可以申請注冊成為會員，得到相應(yīng)的訪問權(quán)限。

系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模式如圖1所示。會員端包括資訊查看、云端編程、云端咨詢、收藏夾四個主要模塊；與之相對應(yīng)，專家端包括資訊管理、程序批改、云端互動、資源管理四個部分；而管理員的主要權(quán)限是實現(xiàn)對會員、專家的注冊申請、權(quán)限審核。

圖1　系統(tǒng)業(yè)務(wù)模式

1.會員端功能模塊設(shè)計

（1）云端程序編寫、編譯與運行

會員終端登錄系統(tǒng)后，能夠查看到當前系統(tǒng)內(nèi)所有的資訊。資訊的內(nèi)容包括系統(tǒng)通知、最新的編程題、最新的編程技巧、編程視頻四個部分。會員也可以根據(jù)需要定制自己感興趣的編程內(nèi)容模塊。

（2）云端編程

會員在終端登錄后，在任意時間內(nèi)都可以享有系統(tǒng)互動編程服務(wù)。成功登錄后，可以選擇相應(yīng)的語言、選擇系統(tǒng)所提供的各種編程練習題，展開編程，書寫代碼，并可以完成實時編譯、調(diào)試。完成編程后，可以選擇將程序保存在系統(tǒng)內(nèi)，或者保存于個人終端設(shè)備中。

（3）云端咨詢

在該模塊，列出各種語言對應(yīng)的專家，專家主要由從事程序設(shè)計學科的教師以及在企業(yè)實踐的工程師擔任。會員在終端編寫完成程序后，可以選擇對應(yīng)語言的專家，將呈現(xiàn)提交給相應(yīng)的專家。除了提交程序給專家進行批改外，會員也可以在云端與專家交流，向?qū)＜易稍兙幊讨械母鞣N問題，逐步提高編程者的編程能力以及代碼的理解能力，

（4）收藏夾功能

該模塊提供對收藏夾的管理，會員在系統(tǒng)內(nèi)看到任何感興趣的內(nèi)容，比如編程資訊、最新的編程題或者其他編程技巧，都可以加入個人收藏夾，在需要的時候，可以查看已經(jīng)收藏的內(nèi)容，在需要時，可以對收藏的內(nèi)容進行刪除等管理操作。

2.專家端功能模塊設(shè)計

（1）資訊管理

專家端的資訊管理和會員端相呼應(yīng)。專家可以查看當前平臺內(nèi)所有上傳的資訊記錄，同時可以根據(jù)條件篩選查看資訊，或者自己已傳的資訊記錄，同時也可以上傳最新的資訊，比如最新的編程教學視頻、編程技巧等。

（2）程序批改

專家收到會員發(fā)送給自己的問題程序后，可以進行批改，給出相應(yīng)的批改和調(diào)試意見。修改后，可以將程序意見反饋給會員，同時還可以選擇公開相應(yīng)編程題的答案，讓會員進行對照修改。

（3）云端互動

除了對會員提交的程序題進行批改外，專家還可以在本互動模塊回復(fù)會員的私信，為會員解答其他編程問題。

（4）編程資源管理

互動編程服務(wù)系統(tǒng)的一大特色就是豐富的編程資源，每個專家都可以在自己的后臺上傳并且管理自己的程序題、編程技巧等。這些豐富的資源有利于學習者更好地展開編程練習，提高編程水平。

3.管理員端功能與設(shè)計

管理員主要負責對系統(tǒng)的整體管理，這里包括對會員的管理，如會員注冊申請的確認、會員密碼的恢復(fù)、會員的刪除等，同時包括對專家注冊申請的確認與管理操作。

五、系統(tǒng)部署與技術(shù)實現(xiàn)

1.整體部署

互動編程服務(wù)系統(tǒng)從基礎(chǔ)架構(gòu)層、運行管理層、核心應(yīng)用層、展現(xiàn)層幾方面入手搭建。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示。用戶通過不同的終端登錄系統(tǒng)，編寫程序，得到專家的指導(dǎo)幫助。

圖2　互動編程服務(wù)系統(tǒng)整體架構(gòu)

2.技術(shù)實現(xiàn)

在實現(xiàn)時，互動編程服務(wù)系統(tǒng)在Web端的技術(shù)實現(xiàn)采用B/S體系結(jié)構(gòu)；使用者可以在PC端直接訪問編程吧，用戶與系統(tǒng)間交互采用I/O重定向技術(shù)實現(xiàn)，前端配合HTML5與JavaScript；WinSocket實現(xiàn)web即時通信，即客戶端和服務(wù)器之間的實時連接。

在移動端，可以下載安裝移動APP，隨時隨地展開程序的編寫。安卓端的開發(fā)所選擇的是Eclipse，它是基于Java的可擴展開發(fā)平臺。最后在此基礎(chǔ)上安裝Android SDK，即Software Development Kit，便可進行時間管理系統(tǒng)安卓應(yīng)用的開發(fā)。［6］

六、結(jié)語與展望

互動編程服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計依賴于云學習思想的指導(dǎo)，最終目的是為廣大編程設(shè)計初學者提供一個舒適、專業(yè)的學習環(huán)境。針對程序設(shè)計類課程，提供了“云端編譯”、“云端學習指導(dǎo)”、“云端資源管理”等特色功能。

在平臺即服務(wù)、軟件即服務(wù)的思想下，學習者能自由地在PC端、移動端等各個終端編寫程序、編譯運行代碼，并能隨時與學習伙伴協(xié)作，得到專家的指導(dǎo)。目前，互動編程服務(wù)系統(tǒng)主要實現(xiàn)了包括VB、C、Java、C++四種主流編程語言的學習和指導(dǎo)，后期將不斷擴充，使支持的語言更加多樣化。

［1］王萍，張際平.云計算與網(wǎng)絡(luò)學習［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2008（11）：81-84.

［2］白云娟，沈書生.云學習：云計算激發(fā)的學習理念［J］.中國電化教育，2011（8）：14.

［3］周海燕，明靜.高校教師在大學生“云學習團隊”中的角色嬗變［J］.高校教育管理，2013（5）：17.

［4］楊艷艷，黃純國，鐘柏昌.基于云計算探析云學習［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2010（9）：108.

［5］唐箭，虢莉娟，龔濤.基于云計算的終身教育服務(wù)平臺設(shè)計［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（12）：43-50.

［6］趙亮，張維.基于Android技術(shù)的界面設(shè)計與研究［J］.電腦知識與技術(shù)，2009（29）.

（編輯：王天鵬）

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1673-8454（2016）03-0076-03

2015年度江蘇省南京大學金陵學院校改課題“微學習視角下Java云課程實訓體系的建設(shè)”（0010521522）。