基于新工科背景下的編程課程考核網站的設計與實現

黃建昌 孫娜 劉振超

【摘要】針對當前傳統計算機專業的教學現狀，提出了新工科背景下傳統計算機編程課程面臨的一些問題。同時，在大數據、人工智能等不斷出現的大環境下，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，構建了一個在線評測系統。

【關鍵詞】 課程改革 在線評測 操作系統 數據庫

【課題】課題名稱1：河北農業大學第十批教研項目：基于《C語言程序設計》課程的在線考試系統設計（課題編號：2018YB04）；課題名稱2：河北農業大學2018年大學生創新創業訓練計劃項目：針對編程課程的在線考試系統設計（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，越來越多的行業與計算機專業密不可分。針對新工科人才能力培養需求，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語言程序設計》作為大多數高效的計算機專業基礎課則顯得尤為重要。在傳統教學中，編程課程考核多以紙質試卷進行，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，本文設計了一個在線評測系統（Online Judge，簡稱“OJ”）。OJ系統能夠編譯和執行代碼，并使用預設數據測試這些程序，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.系統概述

OJ是一個在線測評系統。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，系統會對用戶提交的代碼進行編譯，生成可執行文件并執行。代碼通常在受限制的環境中運行，包括時間限制，內存限制等。代碼的輸出會被OJ系統捕獲，然后通過與預先設計的測試數據比較，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，實現了教育的信息化。該系統整體可以分為web部分和judge部分，web部分又分為前端和后臺，前端網頁以JS作為開發語言，使用的是流行的JS框架vue.js，輕量化后端以python作為實現語言，使用的框架是Django。

2.系統設計

2.1操作系統的選擇

從原理上來看，操作系統選擇Windows或Linux均可。但兩者相較之下，Linux系統更加安全穩定，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的性能。此外，往長遠打算，如果將來把該OJ系統用于正規的比賽，使用Windows系統需要商業授權，使用Linux系統更加經濟。綜合以上因素，本文選擇了Linux操作系統。

2.2docker部署

docker是一個開源的應用程序容器引擎，允許開發人員將其應用程序和依賴項打包到便攜式容器中。系統的web部分和judge部分，都是以一個docker容器運行。在web部分，系統會將網站封裝成 docker鏡像，然后將其下載到服務器，使其可以獨立運行。此外，系統利用Postgresql和Redis構建了后臺數據庫，這兩個數據庫也分別以一個docker容器運行，也就是說，整個系統一共有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

系統將用戶提交的源代碼進行編譯，生成“.exe”文件并執行。其輸出結果會被OJ系統捕獲并保存，然后將輸出結果與正確結果比較。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、內存超限等，并向用戶反饋程序的使用內存、運行時間和其他信息。具體的運行方式如圖2所示。

4.系統需求

系統用戶角色有三種：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，登錄系統后可以進行練習，在線提交代碼，提交后經過系統測評會給出結果。學生進入測評狀態頁面，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據庫進行管理。

5.結語

在新工科的背景下，學習各種計算機編程語言已經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系統順應時代潮流而生。這對開展計算機相關教育，增強學生的計算機專業素養起著至關重要的作用，大大提高學生應用程序設計解決實際問題的能力。

參考文獻：

[1]李偉光，陳希.GOJ系統的研究與實現. 科技創新導報， 2015（28）： 第46-47+50頁.

[2]梁嵩，王建新.在線程序語言評測系統的設計與實現. 計算技術與自動化，2010（02）： 第128-132頁.

[3]楊婧.基于容器技術的廣播電視PaaS平臺建設. 廣播與電視技術， 2017（07）：第46-48頁.

[4]蔡云龍， 基于Docker的私有云系統的設計.電子產品世界， 2016（04）： 第46-49+56頁.

[5]梁嵩.基于Web的程序評測系統的設計與實現，中南大學，2010.

[6]熊茜.基于在線判題系統的C語言實驗教學改革. 重慶科技學院學報（社會科學版）， 2015（10）

[7]何嘉，杜斌.探討JAVA對SQL數據庫訪問的一種新嘗試. 成都信息工程學院學報， 2002（01）