基于Python的程序評分軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：隨著Python越來越受到編程愛好者的青睞，普通高中信息技術(shù)教材都采用了Python作為編程語言。但在實際教學過程中，學生編寫了很多Python程序，教師如果都進行手工批改，工作量就很大。作者提出使用基于Python的評分軟件，可以大大提高教師的工作效率，體現(xiàn)信息技術(shù)的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：Python;程序;評分;黑箱測試

中圖分類號：G434 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2021）02-0077-03

Python簡單易學，功能強大，相比其他語言更容易上手。2020年9月，江蘇省正式開始使用高中信息技術(shù)新教材，采用的編程語言是Python。學生在學習編程的過程中，寫了很多的Python程序需要批改。另外，即使是解決同一個問題，學生的程序也是五花八門，各有特色。因此，對于教師來說，逐個手工批改程序作業(yè)，費時費力。

Python在文本處理、自動化辦公等方面有著很大的優(yōu)勢，用很短的代碼便可實現(xiàn)一些煩瑣工作的自動化處理。因此，本文采用黑箱測試法來評價學生的程序。

● 問題描述

現(xiàn)有若干班級的Python程序等待批改（如圖1），每名學生都有一個以學號命名的文件夾，程序文件名都是統(tǒng)一的，所有學生的文件夾都在student目錄中。要求批改每名學生的程序，給出評分、程序運行時間以及錯誤提示信息，形成電子表格。

● 準備工作

學校機房里的計算機都裝有Thonny3.2.7，自帶Python3.7.7。Thonny的界面簡潔明了，適合初學者。系統(tǒng)中安裝了常見的第三方庫，為了將結(jié)果寫入電子表格，還安裝了openpyxl庫。

● 軟件的設(shè)計分析

本軟件的輸入信息為學生的Python程序，輸出信息為程序評分的結(jié)果，包括得分、程序運行時間、程序錯誤信息。

Python自帶模塊subprocess，它可以創(chuàng)建一個子進程，并運行一個外部的程序，正好可以用于測試學生程序。

學生程序的輸入輸出都是通過鍵盤和顯示器，subprocess可以將輸入輸出定義到指定的文件，方便實現(xiàn)批量處理。

本軟件采用黑箱測試法給學生程序評分。通過比對學生程序的輸出和教師程序的輸出是否相同，來確定學生程序的得分。

● 軟件的主要代碼

1.獲取配置文件信息

評分軟件的文件夾programJudge和學生文件夾在同一目錄。

評分軟件的配置文件為programJudge.js，內(nèi)容如圖2所示。

學生程序名應根據(jù)實際的要求改為相應的Python程序名。

timeout的值是學生程序最長運行時間，本軟件設(shè)置為3秒。

class的值是若干個班級的編號。

將配置文件讀入到字典d中，只需一行代碼，如圖3所示。

2.獲取測試數(shù)據(jù)

測試數(shù)據(jù)和教師標準程序所在文件夾：programJudge/學生程序名/。

輸入文件為：0.in， 1.in， … 由教師自己手工生成。

標準答案為：0.ans， 1.ans， …由教師程序自動產(chǎn)生。

獲取測試數(shù)據(jù)getNumOfTestFile（）代碼如圖4所示。

該函數(shù)將根據(jù)順序編號的輸入文件數(shù)量返回測試數(shù)據(jù)數(shù)量，同時，根據(jù)教師程序生成標準答案，函數(shù)myCmd在后面會有說明。

3.新建工作簿

新建工作簿是為了收集學生程序的評分信息，代碼如圖5所示。

4.枚舉學生文件

枚舉學號studID，如果studID的前綴和班級一致，處理該學號（如上頁圖6）。其中，n為測試數(shù)據(jù)數(shù)量。

5.學生文件的評分

根據(jù)學號和程序名得到學生文件studFile，如果studFile不存在，得分score為-1，如果存在，分別用n組測試數(shù)據(jù)測試，如果學生程序的輸出文件和標準答案文件相同，那么k自增1。n組數(shù)據(jù)測試完畢，k*100/n即為本程序的得分，如上頁圖7所示。

程序執(zhí)行時間和錯誤信息要根據(jù)myCmd的返回值而定，代碼如圖8所示。

subprocess.run執(zhí)行完畢后，若是學生程序超時，返回（0，'Timeout'），若是returncode為0，表示正常結(jié)束學生程序，返回（執(zhí)行時間，），否則返回（0，'Error'）。一般是學生程序中存在錯誤，可在文件testOut中獲取錯誤信息，本軟件只取錯誤信息的最后一行寫入表格，方便教師了解學生程序中出現(xiàn)的錯誤種類。

ws為新建的工作簿的活動工作表，ws.append可以將一個元組作為行寫入工作表中，最終形成所有學生程序評分的一張表格，如圖9所示。

其中，score為-1表示學生程序文件不存在;time單位為ms;error為TimeOut一般是學生程序出現(xiàn)死循環(huán)或者算法沒有優(yōu)化;其他錯誤與Thonny中運行Python程序的錯誤提示信息是一樣的。

● 結(jié)論

本文從一線教師的實際需求出發(fā)，通過黑箱測試法給學生程序自動評分，利用Python的subprocess模塊，獲取學生程序執(zhí)行的其他信息，如執(zhí)行時間、錯誤提示信息等，最終得到一張學生程序評分的表格。這樣可以讓教師及時掌握學生的學習情況，學生也能獲得及時的反饋，有利于更好地學習編程。

參考文獻：

[1]Python3.7. Using the subprocess Module [OL].2020.

[2]Eric Gazoni，Charlie Clark. openpyxl - A Python library to read/write Excel 2010 xlsx/xlsm files [OL]. 2020.

作者簡介：王曉華（1973—），男，江蘇無錫人，教育碩士，中學高級，無錫市第一中學信息技術(shù)教師。

基金項目：本文是江蘇省教育科學“十三五”規(guī)劃2020年度普教立項課題“基于計算思維的高中生設(shè)計與智造項目化實踐研究”階段性成果，課題批準文號：D/2020/02/283;2019年江蘇省基礎(chǔ)教育前瞻性教學改革實驗項目“設(shè)計與智造：統(tǒng)整理念下高中生學習方式的變革”階段性成果。