安卓移動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)系統(tǒng)研究

唐東明

（西南民族大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610041）

0 引 言

隨著手機(jī)的普及，智能手機(jī)已經(jīng)是大部分用戶首選的完成計(jì)算任務(wù)的平臺(tái)[1]。在國(guó)家提出“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略后，移動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的需求非常大。目前各大高校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)設(shè)安卓移動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)相關(guān)的課程[2]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是這類應(yīng)用性強(qiáng)的課程的重要環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以引導(dǎo)學(xué)生將課堂上學(xué)到的理論知識(shí)跟實(shí)際結(jié)合起來(lái)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生的直觀感受，服務(wù)于往后的就業(yè)。筆者針對(duì)在安卓開(kāi)發(fā)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題，提出采用多種技術(shù)手段來(lái)結(jié)合移動(dòng)智能手機(jī)平臺(tái)，輔助完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，讓老師有效的利用自己的時(shí)間覆蓋更多的學(xué)生，提高教學(xué)效率與質(zhì)量。

1 安卓開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式是老師先演示，學(xué)生照著老師的講解和課本進(jìn)行實(shí)踐操作[3]，但是這種模式在安卓的應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到了一些難題。

（1）安卓開(kāi)發(fā)環(huán)境采用的工具是一個(gè)綜合的、復(fù)雜的集成開(kāi)發(fā)工具，這個(gè)工具界面為全英文界面，功能非常多且模塊復(fù)雜，學(xué)生熟練掌握這個(gè)工具并不容易。

（2）安卓應(yīng)用開(kāi)發(fā)需要先安裝集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Android Studio（簡(jiǎn)稱AS，下同），然后配置相應(yīng)的Android SDK（開(kāi)發(fā)包），但由于安卓SDK的版本非常多，因此安裝的時(shí)候只能選擇性地安裝幾個(gè)相對(duì)重要版本的SDK，這就可能造成實(shí)驗(yàn)室安裝的版本和學(xué)生自己電腦安裝的版本不一致的情況，經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生自己來(lái)回在自己的電腦和實(shí)驗(yàn)室的電腦之間復(fù)制源程序但是不能編譯的情況。

（3）一個(gè)完整的安卓應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)不僅涉及Java程序的編寫(xiě)，還涉及應(yīng)用程序界面的組織與編寫(xiě)、資源文件的準(zhǔn)備與編寫(xiě)、程序描述文件的創(chuàng)建與修改、編譯腳本的編寫(xiě)與組織等，因此一個(gè)安卓應(yīng)用程序工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜且文件多，導(dǎo)致拷貝一個(gè)完整的安卓APP的工程都需要同時(shí)拷貝非常多的相關(guān)文件。

（4）教師為了評(píng)判學(xué)生開(kāi)發(fā)的APP，傳統(tǒng)的方式是學(xué)生將自己開(kāi)發(fā)的完整AS工程上傳到實(shí)驗(yàn)室的FTP服務(wù)器上，教師下載并在自己的電腦上導(dǎo)入工程，查看學(xué)生的代碼并編譯，導(dǎo)入到自己的手機(jī)上運(yùn)行，整個(gè)過(guò)程非常耗時(shí)耗力，并且整個(gè)過(guò)程中經(jīng)常遇到很多問(wèn)題：學(xué)生經(jīng)常漏傳文件導(dǎo)致編譯不能通過(guò)；學(xué)生將build目錄下編譯過(guò)程中產(chǎn)生的大量中間目錄和文件也上傳到服務(wù)器，造成上傳的工程非常大，教師下載需較長(zhǎng)的時(shí)間；學(xué)生自己電腦上的SDK版本和編譯器的版本可能和教師使用的版本有差異，教師還需要人工修改工程的相關(guān)配置才能正常編譯打包運(yùn)行APP。

上述問(wèn)題的存在導(dǎo)致教師難以快速有效地驗(yàn)證學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也不能客觀甄別學(xué)生彼此之間的抄襲。如何利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)來(lái)將學(xué)生實(shí)驗(yàn)和老師更好地結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生在任何地方都能提交自己的實(shí)驗(yàn)，讓老師直接在自己的安卓手機(jī)上直接安裝運(yùn)行學(xué)生開(kāi)發(fā)的APP，批閱學(xué)生提交的作業(yè)，順應(yīng)移動(dòng)學(xué)習(xí)的大潮，讓安卓開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)不受具體固定時(shí)間和地點(diǎn)的限制就成為了一個(gè)需要解決的問(wèn)題[4-5]。

為解決上面面臨的難題，有些學(xué)校和老師開(kāi)發(fā)了自己的實(shí)驗(yàn)測(cè)評(píng)系統(tǒng)，例如針對(duì)VB編程語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)過(guò)程的評(píng)測(cè)系統(tǒng)[3]；文獻(xiàn)[6]采用微信公眾號(hào)的方式和學(xué)生互動(dòng)，實(shí)驗(yàn)教師可以發(fā)布實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并針對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和學(xué)生在微信上進(jìn)行良性的互動(dòng)；文獻(xiàn)[4]結(jié)合計(jì)算機(jī)公共基礎(chǔ)課面臨的問(wèn)題闡述了如何借助移動(dòng)學(xué)習(xí)來(lái)增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；傳統(tǒng)的物理和化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)也結(jié)合移動(dòng)智能手機(jī)來(lái)開(kāi)展教學(xué)手段的改革，利用手機(jī)錄制發(fā)布實(shí)驗(yàn)過(guò)程并進(jìn)行講解[7]；生物分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程利用移動(dòng)終端讓學(xué)生在課上利用手機(jī)直觀地觀看老師的實(shí)驗(yàn)演示，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的成功率[8-9]。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)介紹

2.1 總體介紹

系統(tǒng)的運(yùn)行流程總體分為以下幾個(gè)部分：①學(xué)生在AS中完成APP的開(kāi)發(fā)，在這個(gè)階段，學(xué)生在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中完成程序的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)、資源的組織和調(diào)試修改，最終完成開(kāi)發(fā)階段的工作；②完成開(kāi)發(fā)后學(xué)生調(diào)用提供的插件，輸入學(xué)生個(gè)人的一些基本信息，如學(xué)號(hào)、作業(yè)APP的名稱等信息，接下來(lái)調(diào)用我們提供的插件對(duì)整個(gè)APP工程進(jìn)行編譯、簽名打包成一個(gè)發(fā)布版的APK，同時(shí)自動(dòng)提交工程的核心代碼和生成的APK到云端；③云端收到學(xué)生提交的作業(yè)后自動(dòng)將收到的內(nèi)容進(jìn)行歸類整理，并對(duì)代碼進(jìn)行比對(duì)查重，生成報(bào)告，隨后云端程序發(fā)送相應(yīng)作業(yè)批改請(qǐng)求通知到教師手機(jī)端；④教師手機(jī)端接收到通知后，教師可以利用自己的碎片時(shí)間隨時(shí)審閱學(xué)生提交的軟件和相應(yīng)的代碼，批閱完成后在手機(jī)端完成作業(yè)成績(jī)?cè)u(píng)定。

2.2 安卓綜合開(kāi)發(fā)平臺(tái)的改造

AS是一個(gè)綜合的開(kāi)發(fā)工具，功能強(qiáng)大并且工具組件非常多，對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)要完成編寫(xiě)、編譯、打包、發(fā)布一個(gè)APP非常不容易。在以前的教學(xué)過(guò)程中筆者發(fā)現(xiàn)很多同學(xué)卡在了參數(shù)配置、編譯腳本配置、工具使用上，不能在規(guī)定的時(shí)間完成并演示自己的成果。由于在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)課時(shí)并不多，當(dāng)教師要檢查學(xué)生的成果時(shí)，學(xué)生出現(xiàn)各種配置問(wèn)題，不能打包部署到手機(jī)真機(jī)上進(jìn)行演示，浪費(fèi)了老師和同學(xué)大量的時(shí)間。上交作業(yè)的時(shí)候很多同學(xué)不加選擇地將整個(gè)工程目錄下的所有文件都提交到實(shí)驗(yàn)室的FTP上，而AS的工程目錄下包含各種編譯時(shí)產(chǎn)生的中間文件，教師下載要很長(zhǎng)的時(shí)間。

研究AS的體系結(jié)構(gòu)后發(fā)現(xiàn)AS可以采用插件式體系結(jié)構(gòu)來(lái)擴(kuò)展自己的功能，并且插件運(yùn)行過(guò)程中可以利用AS原有的眾多功能模塊，是一種非常靈活的組件式結(jié)構(gòu)。學(xué)生在AS中完成App的設(shè)計(jì)、編碼并調(diào)試運(yùn)行成功后，需要提交成果物到云端。為了簡(jiǎn)化提交過(guò)程，系統(tǒng)采用插件技術(shù)編寫(xiě)了一個(gè)運(yùn)行于AS中的插件。在AS中安裝開(kāi)發(fā)的插件后，可以在AS軟件運(yùn)行界面的build菜單項(xiàng)中找到一個(gè)名為“提交作業(yè)”的菜單項(xiàng)，點(diǎn)擊菜單項(xiàng)后彈出對(duì)話框，見(jiàn)圖1，在對(duì)話框中輸入提交作業(yè)的一些基本信息后即可正式提交作業(yè)到云端。在提交過(guò)程中插件將會(huì)自動(dòng)掃描需要上傳的文件并進(jìn)行上傳。

圖1 學(xué)生實(shí)驗(yàn)綜合開(kāi)發(fā)環(huán)境插件之作業(yè)提交界面

2.3 云端服務(wù)實(shí)現(xiàn)

考慮到本系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景我們將服務(wù)端部署在阿里云上，學(xué)生上傳作業(yè)時(shí)系統(tǒng)會(huì)同時(shí)上傳本次作業(yè)相關(guān)的源代碼。一個(gè)完整的安卓工程包含很多的文件，因此在上傳的時(shí)候系統(tǒng)只上傳工程中的主要文件：Java源代碼目錄下的所有文件、Layout目錄下的文件。工程文件上傳后，服務(wù)端后臺(tái)即開(kāi)始進(jìn)行查重檢測(cè)，查重過(guò)程按照以下原則進(jìn)行：①同類型文件比對(duì)，即Java文件和Java文件進(jìn)行比較；②被比對(duì)的文件范圍限定為同實(shí)驗(yàn)號(hào)的其他同學(xué)上傳的同類型的文件，這樣可以減少比對(duì)工作量。代碼查重的目的就是檢測(cè)是否抄襲，實(shí)質(zhì)上是對(duì)代碼文件的相似度進(jìn)行度量，給出一個(gè)相似度的數(shù)值表示[10]。查重比對(duì)的結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)表中，假設(shè)學(xué)生A已經(jīng)上傳了實(shí)驗(yàn)2的工程代碼文件ex2_A1.java文件，現(xiàn)在學(xué)生B上傳了文件ex2_B1.java，那么比對(duì)系統(tǒng)將把ex2_B1.java和ex2_A1.java文件進(jìn)行比較，如計(jì)算結(jié)果顯示這兩個(gè)文件相似度高于某個(gè)設(shè)定的閾值δ，那么將會(huì)在數(shù)據(jù)庫(kù)表中增加一條記錄。

常見(jiàn)的文本比對(duì)算法主要采用分詞技術(shù)并結(jié)合詞頻統(tǒng)計(jì)來(lái)計(jì)算文本之間的相似度，例如經(jīng)典的TF-IDF算法，TF（Term Frequency）指一篇文檔中單詞出現(xiàn)的頻率，IDF（Inverse Document Frequency）表示語(yǔ)料庫(kù)中出現(xiàn)某個(gè)詞的文檔數(shù)，TF=詞在文檔中出現(xiàn)的次數(shù)/文檔中所有詞的個(gè)數(shù)，IDF=log（語(yǔ)料庫(kù)的文檔總數(shù)/語(yǔ)料庫(kù)中出現(xiàn)某單詞的不同文檔個(gè)數(shù)），最終計(jì)算每個(gè)文本tfidf 向量，文件之間的相似度通過(guò)計(jì)算兩個(gè)向量的歐式距離、Jaccard系數(shù)等來(lái)度量。但是，程序代碼文件較為特殊，首先代碼文件有一定的結(jié)構(gòu)性，其次代碼沒(méi)有普通文本文件那樣規(guī)范[11]。目前主流的代碼剽竊檢測(cè)算法主要基于字符串比對(duì)的方式，如Plague、JPlag、SIM、MOSS等[10]。目前也有學(xué)者研究基于指紋技術(shù)檢測(cè)代碼相似度[12]。本系統(tǒng)采用文獻(xiàn)[13]提出的檢測(cè)獨(dú)立于語(yǔ)言的相似代碼塊的方式來(lái)評(píng)價(jià)兩份文件的相似度，相似代碼塊越多說(shuō)明代碼的相似度越高。找出可能有抄襲嫌疑的代碼文件后需要評(píng)閱老師最終審閱才能確定，為了審閱兩份文件的異同點(diǎn)，本系統(tǒng)結(jié)合開(kāi)源的CodeMergely（http://www.mergely.com/）系統(tǒng)利用APP中嵌入網(wǎng)頁(yè)的方式提供直觀的源代碼比較工具，圖2的界面中對(duì)比了兩個(gè)相似的代碼文件，從圖中可以看出兩份文件的差異點(diǎn)用不同的標(biāo)記標(biāo)示，教師可以清晰地閱讀。

2.4 教師用手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)

以前實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)教師通?，F(xiàn)場(chǎng)檢查核對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如果只是簡(jiǎn)單地編寫(xiě)幾個(gè)函數(shù)，教師可以很容易就評(píng)判出實(shí)驗(yàn)完成的好壞，評(píng)判完后直接將成績(jī)記錄在紙上。安卓實(shí)驗(yàn)課上老師檢查很難一目即知結(jié)果，因?yàn)榘沧抗こ探M織復(fù)雜、代碼文件多、資源文件多、配置多。在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)里老師很難完整地檢查這么多的學(xué)生成果物。由于本身這門(mén)課程就是教授安卓手機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，并且實(shí)驗(yàn)的成果必須在真實(shí)的安卓手機(jī)上運(yùn)行通過(guò)，基于此筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)供教師使用的安卓手機(jī)APP軟件。

圖2 代碼比對(duì)

教師用手機(jī)APP最主要的功能就是提供一個(gè)教師可以移動(dòng)批改作業(yè)的辦公平臺(tái)，教師可以方便地下載安裝運(yùn)行學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)，查看學(xué)生實(shí)驗(yàn)編寫(xiě)的代碼和相應(yīng)的資源文件等，還可以輔助判斷學(xué)生相互抄襲的問(wèn)題。本系統(tǒng)采用混合模式來(lái)開(kāi)發(fā)，主要功能模塊包括：登錄模塊、用戶基本信息模塊、作業(yè)批改模塊、代碼查重結(jié)果展示模塊。登錄模塊主要實(shí)現(xiàn)教師用戶的認(rèn)證；用戶基本信息模塊用于教師設(shè)定一些自己的基本信息；作業(yè)批改模塊是教師主要工作的界面，在此模塊中教師可以預(yù)覽哪些同學(xué)已經(jīng)提交了作業(yè)并選擇運(yùn)行同學(xué)提交的APP，最后給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)；代碼查重結(jié)果展示模塊負(fù)責(zé)展示某個(gè)學(xué)生提交的代碼查重結(jié)果，教師可以有針對(duì)性地選擇查看。

3 結(jié) 語(yǔ)

安卓課程的實(shí)驗(yàn)課具有時(shí)間長(zhǎng)、完整性強(qiáng)、工程代碼資源文件多而復(fù)雜等特性，這樣就造成教師在實(shí)驗(yàn)課上很難有充足的時(shí)間去檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)成果物APP的正確性、完整性、非抄襲性等。通過(guò)改造安卓綜合開(kāi)發(fā)平臺(tái)并開(kāi)發(fā)教師移動(dòng)使用的APP，讓學(xué)生能方便地提交實(shí)驗(yàn)成果，讓教師能夠在真機(jī)上方便地運(yùn)行評(píng)閱學(xué)生實(shí)驗(yàn)成果，并能夠查看學(xué)生程序的源代碼，發(fā)現(xiàn)程序代碼雷同之處。系統(tǒng)有效解決了安卓實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一些問(wèn)題，從而讓教師可以在有限的時(shí)間內(nèi)覆蓋更多的學(xué)生。未來(lái)將持續(xù)改進(jìn)、增加更多的教師和學(xué)生互動(dòng)模塊，方便師生，提高教學(xué)質(zhì)量。

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