面向Java程序設(shè)計(jì)的在線考試與練習(xí)系統(tǒng)*

陳 敏，湯慧儀

(1.湖南信息學(xué)院電子信息學(xué)院，湖南 長沙 410151；2.廈門大學(xué)馬來西亞分校計(jì)算機(jī)系，馬來西亞 雪蘭莪 43900)

對教師而言，傳統(tǒng)考試通常包括人工出卷、組織學(xué)生現(xiàn)場考試、人工閱卷、手動(dòng)統(tǒng)計(jì)成績和試卷分析等步驟，工作任務(wù)繁重、效率低下，且容易出現(xiàn)誤批[1]；對學(xué)生而言，傳統(tǒng)考試只注重某次考試成績，無法完全反映學(xué)生平時(shí)的真實(shí)學(xué)習(xí)情況[2].因此，借助互聯(lián)網(wǎng)改革傳統(tǒng)考試的形式，構(gòu)建功能實(shí)用的在線考試系統(tǒng)，從而減輕教師負(fù)擔(dān)、提高考試效率和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，成為當(dāng)務(wù)之急[3].

Java是近年來較為普及的計(jì)算機(jī)語言之一，Java程序設(shè)計(jì)是大學(xué)計(jì)算機(jī)軟件工程專業(yè)的重點(diǎn)專業(yè)基礎(chǔ)課.開發(fā)該課程的在線考試系統(tǒng)，對于配合教師教學(xué)、引導(dǎo)學(xué)生自主練習(xí)，以及學(xué)生參加Java課程考試、計(jì)算機(jī)考級、競賽訓(xùn)練等都有重要的意義.目前，專門針對Java程序設(shè)計(jì)的考試系統(tǒng)不多，且存在無法滿足在線編程、題型較單一且難度無梯度、缺乏數(shù)據(jù)分析功能和用戶之間難以實(shí)現(xiàn)交互等不足.因此，筆者擬設(shè)計(jì)一個(gè)面向Java程序設(shè)計(jì)課程的在線考試與練習(xí)系統(tǒng)，以期減少教師的工作量、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并為高校在線輔助教學(xué)平臺的開發(fā)提供一定的借鑒.

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

在線考試與練習(xí)系統(tǒng)包括學(xué)生端、教師端和管理端.學(xué)生端主要負(fù)責(zé)各種考試與練習(xí)，教師端主要負(fù)責(zé)試題管理和試后分析，管理端主要負(fù)責(zé)上傳試題和發(fā)布考試.系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：(1)題目按難度分級、逐級沖關(guān)設(shè)計(jì)，包含專題練習(xí)與各類考試(階段測試、期中期末測試、Java國家水平考試、計(jì)算機(jī)軟考和程序設(shè)計(jì)競賽等)試題；(2)可實(shí)現(xiàn)在線編譯Java程序，即在沒有安裝Java的環(huán)境下依然能調(diào)試運(yùn)行Java代碼；(3)學(xué)生端可以回顧錯(cuò)題，查看答案與解析；(4)學(xué)生端可在論壇中進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流；(5)具備考試防作弊功能；(6)教師端可以管理試題、查閱學(xué)生分?jǐn)?shù)與答題情況、自動(dòng)生成可交互的動(dòng)態(tài)圖表和分析相應(yīng)數(shù)據(jù)等；(7)試卷批閱分為系統(tǒng)自動(dòng)批閱和人工輔助批閱.

在線考試與練習(xí)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 在線考試與練習(xí)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，篇幅所限，圖2僅示出部分?jǐn)?shù)據(jù)庫ER模型，其中的“學(xué)生-試題-記錄”“學(xué)生-評論-點(diǎn)贊記錄”“學(xué)生-試卷-成績”均為多實(shí)體聯(lián)系.

圖2 系統(tǒng)部分?jǐn)?shù)據(jù)庫ER模型

2 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑

2.1 練習(xí)模塊

教師將題目加入題庫以供學(xué)生在任意時(shí)間練習(xí)，練習(xí)分為3種，即分級練習(xí)、專題練習(xí)和題型練習(xí).分級練習(xí)是教師將難度相似的試題組成一套試卷導(dǎo)入題庫，難度分為4個(gè)等級，在練習(xí)成績達(dá)到一定要求后可以解鎖更高等級的試卷；專題練習(xí)是學(xué)生輸入一個(gè)關(guān)鍵詞，系統(tǒng)在題庫中模糊匹配相符的題目組成一套試卷；題型練習(xí)是學(xué)生選擇一個(gè)題目類型，系統(tǒng)在題庫中隨機(jī)抽取符合題型的題目組成一套試卷.3種練習(xí)的處理流程分別如圖3～5所示.

圖3 分級練習(xí)流程 圖4 專題練習(xí)流程 圖5 題型練習(xí)流程

2.2 在線編譯模塊

對于學(xué)習(xí)Java編程的學(xué)生來說，編程實(shí)踐能力很重要.系統(tǒng)加入在線編譯引擎，學(xué)生可以直接在系統(tǒng)中編譯代碼，然后提交系統(tǒng)由教師在線評分.在線編譯關(guān)鍵代碼如下：

File sourceFile = new File(className+".java"); //保存源代碼

FileWriterfr = new FileWriter(sourceFile);

bw = new BufferedWriter(fr);

bw.write(code);

bw.close();

fr.close();

Runtime = Runtime.getRuntime();

process = runtime.exec("cmd");

bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(process.getOutputStream()));

bw.write("javac "+className+".java n"); //往控制臺注入命令

bw.flush();

bw.write("java "+className+" n");

bw.close();

BufferedReaderbr = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));

String content = null;

while((content = br.readLine()) != null){

list.add(content);}

實(shí)現(xiàn)思路為：系統(tǒng)獲取定義類的代碼行，運(yùn)行Windows系統(tǒng)的cmd命令；在控制臺上寫入命令編譯.java文件，系統(tǒng)在程序運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生Java類，并編譯成.class文件；系統(tǒng)運(yùn)行.class文件就能獲取控制臺輸出的內(nèi)容并展示給用戶.

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于湖南信息學(xué)院軟件工程專業(yè)Java程序設(shè)計(jì)課程的線上教學(xué)，較好地解決了直接利用現(xiàn)有通用型在線教學(xué)平臺(如超星、MOOC等)進(jìn)行Java考試所存在的考試功能不夠、考試形式較單一和不能在線編譯等問題.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采用當(dāng)前主流技術(shù)，軟件框架為Struts2+Spirng+Hibernate[4]，前端使用Bootstrap和Ajax[5]，數(shù)據(jù)庫使用SQL Server.以下是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的部分展示.

(1)學(xué)生端.學(xué)生端主要供學(xué)生參加各種考試與練習(xí)，針對Java程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，加入了在線編譯功能，用戶即使脫離Java語言環(huán)境也能夠在線編程(圖6).為了防止學(xué)生通過其他網(wǎng)頁搜索答案或信息，系統(tǒng)加入了防作弊功能，第1次進(jìn)入考試頁面就自動(dòng)全屏，當(dāng)系統(tǒng)檢測到用戶在考試中退出全屏3次以上時(shí)，將自動(dòng)為其提交試卷并標(biāo)記作弊.防作弊功能效果如圖7所示.

圖6 在線編譯運(yùn)行截圖

圖7 防作弊效果截圖

(2)教師端.系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)批閱學(xué)生完成的試卷，教師負(fù)責(zé)管理試題并統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)考試數(shù)據(jù)(圖8和圖9).

圖8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)柱形圖截圖

圖9 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)折線圖截圖

(3)管理端.管理員使用上傳試題引擎上傳試題，并發(fā)布分級練習(xí)和安排統(tǒng)一考試.圖10示出了發(fā)布分級練習(xí)界面.

圖10 發(fā)布分級練習(xí)界面截圖

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)面向Java程序設(shè)計(jì)課程的在線考試與練習(xí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)Java程序設(shè)計(jì)考試的特定應(yīng)用需求加入了各種實(shí)用的特色功能，以適應(yīng)多樣的考試場景及靈活的考試形式.應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)功能豐富，能在幫助學(xué)生積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)提高其學(xué)習(xí)積極性.由于系統(tǒng)的開發(fā)具有通用性，因此易于擴(kuò)展到其他程序設(shè)計(jì)語言的在線考試平臺.接下來，筆者將著力于加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性及提高并發(fā)量，以滿足特定時(shí)間段(如考試時(shí)并發(fā)訪問量瞬間達(dá)到峰值)的需求.