程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)模式設(shè)計(jì)及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

陳志+盧海燕+高翔

摘 要：為提高程序設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練水平，設(shè)計(jì)了一種程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)模式，通過(guò)課內(nèi)外自主學(xué)習(xí)和多樣化的用戶端支持，構(gòu)建移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下普適化程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體系，并以此實(shí)現(xiàn)一個(gè)程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)、Web客戶端系統(tǒng)、移動(dòng)終端系統(tǒng)、普適化程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)應(yīng)用等構(gòu)成。系統(tǒng)功能測(cè)試和用戶報(bào)告表明，該系統(tǒng)能夠有效支撐程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)模式的實(shí)施，從而提高用戶學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的興趣、效率和自主性。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)；學(xué)習(xí)模式；在線學(xué)習(xí)；自主學(xué)習(xí)；移動(dòng)終端

DOIDOI：10.11907/rjdk.162141

中圖分類號(hào)：G433

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-7800（2016）012-0193-04

0 引言

當(dāng)前軟件人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)是有效提升學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力，使其擁有程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法、計(jì)算機(jī)理論、軟件工程等專業(yè)知識(shí)以及分析與解決實(shí)際問(wèn)題的能力。常規(guī)的程序設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練以傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式為主，側(cè)重于理論教學(xué)，強(qiáng)調(diào)應(yīng)試教育，而忽視對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，通常使學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)。近年來(lái)，隨著ACM國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽（ACM-ICPC）的發(fā)展，程序設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練能夠利用成熟的ACM-ICPC在線評(píng)判系統(tǒng)，形成基于ACM-ICPC的程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)模式。

該模式可激發(fā)學(xué)習(xí)者對(duì)程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)興趣，并幫助其提高程序設(shè)計(jì)水平[1]。

當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)終端設(shè)備已成為人們?nèi)粘W(xué)習(xí)、工作和生活中獲取信息的重要手段，以此形成的普適化學(xué)習(xí)模式讓人們的注意力中心回歸到要完成的學(xué)習(xí)本身，構(gòu)建出一個(gè)泛在的、隨時(shí)隨地可獲得的智能化教育體系[2]。本文為程序設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練設(shè)計(jì)了一種在線自主學(xué)習(xí)模式，研究將基于Web的ACM-ICPC在線評(píng)判系統(tǒng)[3]擴(kuò)展至移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的移動(dòng)終端平臺(tái)，從而為學(xué)習(xí)者搭建起交流平臺(tái)，形成一種高效的普適化程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體系。

1 程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)模式設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)的發(fā)展使程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)可以突破時(shí)空限制，將現(xiàn)有的程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)資源和平臺(tái)有機(jī)整合，有助于實(shí)現(xiàn)在線自主的學(xué)習(xí)方式。本文將程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)模式劃分為課內(nèi)學(xué)習(xí)、課外學(xué)習(xí)兩個(gè)階段，如圖1所示。課內(nèi)學(xué)習(xí)階段主要適用于在校的程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)者，要求提高實(shí)踐課時(shí)比例，增加自主學(xué)習(xí)內(nèi)容，因此采用適合在線學(xué)習(xí)的程序設(shè)計(jì)練習(xí)題目；課外學(xué)習(xí)階段適用于所有程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)者，要求構(gòu)建課外學(xué)習(xí)在線資源，因此采用Web客戶端、移動(dòng)終端等多樣化用戶端，并逐步構(gòu)建形成程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)社區(qū)。

程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)模式融合常規(guī)學(xué)習(xí)模式的優(yōu)點(diǎn)，利用現(xiàn)有移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)終端設(shè)備發(fā)展成果，使程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)趨向于全天候在線及自主可控。課內(nèi)學(xué)習(xí)階段由課堂知識(shí)傳授模式發(fā)展到包括實(shí)踐學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)等多樣化的綜合學(xué)習(xí)模式。課內(nèi)學(xué)習(xí)階段強(qiáng)調(diào)多樣化的用戶端，從個(gè)人自主學(xué)習(xí)模式逐步導(dǎo)向協(xié)作互助的社區(qū)學(xué)習(xí)模式。由此可見(jiàn)，程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)模式為程序設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練提供了一個(gè)便捷、開(kāi)放、互動(dòng)的普適化程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)平臺(tái)。

2 程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)模式的具體實(shí)施依賴于系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)、Web客戶端系統(tǒng)、移動(dòng)終端系統(tǒng)以及普適化程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)應(yīng)用等，這些系統(tǒng)構(gòu)成了程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)，如圖2所示。

圖3給出了程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的功能。程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)可以使用現(xiàn)有的ACM-ICPC在線評(píng)判系統(tǒng)[1，4]。移動(dòng)終端系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取，與程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行交互，一方面利用網(wǎng)絡(luò)通過(guò)服務(wù)平臺(tái)獲取數(shù)據(jù)，另一方面訪問(wèn)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)。與服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行交互時(shí)，采用HTTP協(xié)議進(jìn)行通信以及JSON解析[5]。下面給出幾個(gè)重點(diǎn)功能模塊設(shè)計(jì)。

2.1 顯示題目列表

在程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)移動(dòng)終端系統(tǒng)中，顯示題目列表功能模塊包括題目列表界面設(shè)計(jì)、與服務(wù)平臺(tái)的交互設(shè)計(jì)。圖4給出了移動(dòng)終端系統(tǒng)的顯示題目列表功能模塊類圖。

在程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)中，顯示題目列表獲取移動(dòng)終端系統(tǒng)發(fā)送來(lái)的請(qǐng)求后，從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取題目列表數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)以JSON對(duì)象的形式返回移動(dòng)終端系統(tǒng)。圖5為服務(wù)平臺(tái)的顯示題目列表功能模塊類圖。

2.2 顯示代碼提交狀況功能模塊設(shè)計(jì)

移動(dòng)終端系統(tǒng)的顯示代碼提交狀況功能模塊包括編輯代碼界面設(shè)計(jì)、提交代碼交互設(shè)計(jì)、代碼提交狀況顯示界面設(shè)計(jì)等。圖6給出了移動(dòng)終端系統(tǒng)的顯示代碼提交狀況功能模塊類圖。

服務(wù)平臺(tái)的顯示代碼提交狀況功能模塊設(shè)計(jì)主要為獲取移動(dòng)終端系統(tǒng)發(fā)送來(lái)的提交代碼，對(duì)這些代碼進(jìn)行評(píng)判，再將評(píng)判結(jié)果保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。圖7為服務(wù)平臺(tái)的顯示代碼提交狀況功能模塊類圖。

2.3 提示詞功能模塊設(shè)計(jì)

移動(dòng)終端系統(tǒng)的提示詞功能模塊設(shè)計(jì)主要包括添加默認(rèn)提示詞、添加自定義提示詞以及顯示提示詞。圖8為該功能模塊的類圖。

3 程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

為實(shí)施程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)模式，上一節(jié)詳細(xì)設(shè)計(jì)了程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)，下面給出該系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。

3.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)采用南京郵電大學(xué)的ACM程序設(shè)計(jì)在線評(píng)判系統(tǒng)（NOJ）[4]，移動(dòng)終端平臺(tái)采用Android[6]，程序設(shè)計(jì)普適化應(yīng)用包括在線開(kāi)放練習(xí)、在線實(shí)時(shí)比賽、訓(xùn)練交流等。以下為用戶提交代碼在系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)上的執(zhí)行情況示例：

Tomcat v7.0 Server at localhost [Apache Tomcat] C：＼＼Program Files＼＼Java＼＼jre7＼＼bin＼＼javaw.exe （2015年6月2日 下午2：18：06）

1241551 [http-bio-8080-exec-12] INFO com.nuaa.Hibernate.SessionFactory - commit tx

1001

整數(shù)求和

1268658 [http-bio-8080-exec-9] INFO com.nuaa.Hibernate.SessionFactory - commit tx

1

gao

1001

GCC_prompt

1683525 [http-bio-8080-exec-9] INFO com.nuaa.Hibernate.SessionFactory - commit tx

1683637 [Thread-3] INFO com.nuaa.util.judge.JudgeWaiter-JudgeWaiter提前題目ff8080814db2ec16014 d30 5addc0001

1683795 [Thread-3] WARN com.nuaa.Hibernate.SolutionDAO-getting Solution instance with id： ff808081 4db 2ec16014d305addc0001

1683989 [Thread-3] WARN com.nuaa.Hibernate.SolutionDAO – getting Solution instance with user_name： gao

getting Solution instance with user_name： gao

1684093 [Thread-3] INFO com.nuaa.Hibernate.SessionFactory - commit tx

1684093 [Thread-3] INFO com.nuaa.util.judge.Checker-開(kāi)始評(píng)判--D：＼＼www＼＼AcmJudge＼＼ ff8080814db2ec16014 d305addc0001 1001 1 100 33600

1685739 [Thread-3] INFO com.nuaa.util.judge.Checker-評(píng)判結(jié)束

3.2 系統(tǒng)測(cè)試

下面對(duì)程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行功能測(cè)試和在線自主學(xué)習(xí)模式的用戶使用測(cè)試。在系統(tǒng)功能測(cè)試中，表1是顯示代碼提交狀況的模塊用例表，該表用于測(cè)試系統(tǒng)是否能夠正確提供給用戶顯示代碼的運(yùn)行結(jié)果。其它測(cè)試用例與之類似，所有功能測(cè)試結(jié)果均為“通過(guò)”。此外，根據(jù)在線自主學(xué)習(xí)模式的用戶使用測(cè)試報(bào)告，用戶對(duì)程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)及其支持的在線自主學(xué)習(xí)模式普遍持有肯定意見(jiàn)。其中，74%以上的用戶使用Web客戶端、移動(dòng)終端等多樣化用戶端登錄系統(tǒng)；86%以上的用戶認(rèn)為現(xiàn)在或未來(lái)需要在程序設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練中使用移動(dòng)終端系統(tǒng)；近94%的用戶認(rèn)為程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地的普適化學(xué)習(xí)；85%以上的用戶認(rèn)為

在線自主學(xué)習(xí)模式提高了程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的興趣和效率；近95%的用戶認(rèn)為在線自主學(xué)習(xí)模式能夠提高或有時(shí)能夠提高程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的自主性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)模式，該模式將程序設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練劃分為課內(nèi)學(xué)習(xí)和課外學(xué)習(xí)兩個(gè)階段，每一個(gè)階段都強(qiáng)調(diào)程序設(shè)計(jì)的在線學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和社區(qū)協(xié)作學(xué)習(xí)，這種普適化學(xué)習(xí)體系由系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)、Web客戶端系統(tǒng)、移動(dòng)終端系統(tǒng)以及具體學(xué)習(xí)應(yīng)用等構(gòu)成。為此，本文設(shè)計(jì)與集成開(kāi)發(fā)了一個(gè)程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用現(xiàn)有的ACM-ICPC在線評(píng)判系統(tǒng)作為系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)，支持包括Web客戶端、移動(dòng)終端在內(nèi)的多樣化用戶端，實(shí)現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)在線自主學(xué)習(xí)模式，有效提高了學(xué)習(xí)者的自主化程序設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練效率。

參考文獻(xiàn)：

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[2] PENA-AYALA A， CARDENAS L. A revision of the literature concerned with mobile， ubiquitous， and pervasive learning： a survey[C]. Switzerland： Springer International Publishing， 2016： 55-100.

[3] 蔡崇超. 基于 Web 的在線判題系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 軟件導(dǎo)刊， 2016， 15（3）： 107-109.

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[5] SMITH B. Beginning JSON[M]. New York： Apress， 2015.

[6] DARCEY L， DELESSIO C， CONDER S， et al. Android 應(yīng)用開(kāi)發(fā)入門經(jīng)典[M]. 北京：人民郵電出版社， 2014.

（責(zé)任編輯：黃 健）