基于新工科背景下的編程課程考核網(wǎng)站的設(shè)計與實現(xiàn)

黃建昌 孫娜 劉振超

【摘要】針對當前傳統(tǒng)計算機專業(yè)的教學現(xiàn)狀，提出了新工科背景下傳統(tǒng)計算機編程課程面臨的一些問題。同時，在大數(shù)據(jù)、人工智能等不斷出現(xiàn)的大環(huán)境下，為了提高編程課程考核的合理性、公平性，本文基于vue.js和Django框架，構(gòu)建了一個在線評測系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】 課程改革 在線評測 操作系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫

【課題】課題名稱1：河北農(nóng)業(yè)大學第十批教研項目：基于《C語言程序設(shè)計》課程的在線考試系統(tǒng)設(shè)計（課題編號：2018YB04）；課題名稱2：河北農(nóng)業(yè)大學2018年大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目：針對編程課程的在線考試系統(tǒng)設(shè)計（項目編號：2018026）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）01-0253-01

引言

隨著新工科概念的提出，越來越多的行業(yè)與計算機專業(yè)密不可分。針對新工科人才能力培養(yǎng)需求，大學生計算機編程能力是新工科人才能力組成的重要部分。其中，《C語言程序設(shè)計》作為大多數(shù)高效的計算機專業(yè)基礎(chǔ)課則顯得尤為重要。在傳統(tǒng)教學中，編程課程考核多以紙質(zhì)試卷進行，不能非?？茖W合理的評判出一個學生的編程能力高低。 針對這些問題，本文設(shè)計了一個在線評測系統(tǒng)（Online Judge，簡稱“OJ”）。OJ系統(tǒng)能夠編譯和執(zhí)行代碼，并使用預設(shè)數(shù)據(jù)測試這些程序，從而分析出用戶提交代碼的正確性。只要有一臺計算機或一部手機，用戶隨時隨地都可以登陸賬號去進行編程練習并由系統(tǒng)進行評測，簡化了程序的評測過程，提高了學生的學習效率，減輕了教師的教學負擔。

1.系統(tǒng)概述

OJ是一個在線測評系統(tǒng)。用戶注冊時可以選擇身份（學生、老師或管理員），使用手機號（或郵箱）、學號及身份證號完成注冊。用戶登錄后，可以在線進行編程練習，系統(tǒng)會對用戶提交的代碼進行編譯，生成可執(zhí)行文件并執(zhí)行。代碼通常在受限制的環(huán)境中運行，包括時間限制，內(nèi)存限制等。代碼的輸出會被OJ系統(tǒng)捕獲，然后通過與預先設(shè)計的測試數(shù)據(jù)比較，對程序源代碼的正確性進行驗證。這樣就達到了在線測評的目的，實現(xiàn)了教育的信息化。該系統(tǒng)整體可以分為web部分和judge部分，web部分又分為前端和后臺，前端網(wǎng)頁以JS作為開發(fā)語言，使用的是流行的JS框架vue.js，輕量化后端以python作為實現(xiàn)語言，使用的框架是Django。

2.系統(tǒng)設(shè)計

2.1操作系統(tǒng)的選擇

從原理上來看，操作系統(tǒng)選擇Windows或Linux均可。但兩者相較之下，Linux系統(tǒng)更加安全穩(wěn)定，服務器不容易崩潰，而且Linux非常適合阻止或防止可疑惡意軟件進入并影響整個系統(tǒng)的性能。此外，往長遠打算，如果將來把該OJ系統(tǒng)用于正規(guī)的比賽，使用Windows系統(tǒng)需要商業(yè)授權(quán)，使用Linux系統(tǒng)更加經(jīng)濟。綜合以上因素，本文選擇了Linux操作系統(tǒng)。

2.2docker部署

docker是一個開源的應用程序容器引擎，允許開發(fā)人員將其應用程序和依賴項打包到便攜式容器中。系統(tǒng)的web部分和judge部分，都是以一個docker容器運行。在web部分，系統(tǒng)會將網(wǎng)站封裝成 docker鏡像，然后將其下載到服務器，使其可以獨立運行。此外，系統(tǒng)利用Postgresql和Redis構(gòu)建了后臺數(shù)據(jù)庫，這兩個數(shù)據(jù)庫也分別以一個docker容器運行，也就是說，整個系統(tǒng)一共有4個docker容器在運行。這四部分獨立運行，互不影響。

3.運行方式

系統(tǒng)將用戶提交的源代碼進行編譯，生成“.exe”文件并執(zhí)行。其輸出結(jié)果會被OJ系統(tǒng)捕獲并保存，然后將輸出結(jié)果與正確結(jié)果比較。如果編譯正確，輸出和正確答案一致，且程序運行沒有超出限定的時間和限定的內(nèi)存，則認為用戶提交的源代碼正確，即Accepted（AC）。否則報出相應錯誤：如答案錯誤、運行超時、內(nèi)存超限等，并向用戶反饋程序的使用內(nèi)存、運行時間和其他信息。具體的運行方式如圖2所示。

4.系統(tǒng)需求

系統(tǒng)用戶角色有三種：學生、教師和管理員。

（1）學生用戶注冊時選擇學生身份，使用手機號（或郵箱）、學號和身份證號進行注冊，每個學號只能注冊一個賬號。注冊后可以登錄，登錄系統(tǒng)后可以進行練習，在線提交代碼，提交后經(jīng)過系統(tǒng)測評會給出結(jié)果。學生進入測評狀態(tài)頁面，即可查看做題情況。

（2）在教師用戶注冊并登錄后，他可以對問題庫進行更改，創(chuàng)建新問題或修改和刪除問題，并檢查每個問題的正確率。

（3）管理員可以對后臺數(shù)據(jù)庫進行管理。

5.結(jié)語

在新工科的背景下，學習各種計算機編程語言已經(jīng)受到了更多人的重視。為了加強學生之間的學習交流，簡化程序的評估過程，OJ系統(tǒng)順應時代潮流而生。這對開展計算機相關(guān)教育，增強學生的計算機專業(yè)素養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用，大大提高學生應用程序設(shè)計解決實際問題的能力。

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