在高中信息技術(shù)教學(xué)中使用“在線評測系統(tǒng)”的教學(xué)實(shí)踐與研究

田豐 佳木斯市第一中學(xué)

一.背景

高中信息技術(shù)課在新修訂的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》中，課程結(jié)構(gòu)和課程教學(xué)內(nèi)容都進(jìn)行了較大的調(diào)整修改，在新課程中的《數(shù)據(jù)與計(jì)算》、《數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《算法初步》等模塊都涉及到程序設(shè)計(jì)，尤其是《算法初步》模塊，將對程序語言、算法設(shè)計(jì)進(jìn)行較為深入的學(xué)習(xí)與研究。

程序設(shè)計(jì)類課程與基礎(chǔ)理論類課程不同，其實(shí)踐性很強(qiáng)，注重學(xué)生實(shí)際編程能力的培養(yǎng)。

但從目前高中程序設(shè)計(jì)課程的開設(shè)情況來看，程序設(shè)計(jì)教學(xué)還存在著一些問題：

（1）評價(jià)方式欠科學(xué)，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z查機(jī)制。學(xué)生編寫完程序后，難以及時(shí)、準(zhǔn)確的驗(yàn)證程序的正確性，從而不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)程序中存在的問題，長此以往不利于學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。

（2）教師課堂監(jiān)督能力有限。教師無法及時(shí)了解每名學(xué)生課堂上任務(wù)的完成情況，沒有時(shí)間和精力對學(xué)生提交的作業(yè)一一進(jìn)行上機(jī)驗(yàn)證，只能通過抽檢的方式檢查，無法全面和客觀評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，不利于學(xué)生動手操作能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（3）教師工作量大。每位高中信息技術(shù)教師大概要教300 名左右的學(xué)生，程序代碼作業(yè)批改費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，這極大地耗費(fèi)了教師的精力，教師投入到教學(xué)研究的時(shí)間就相對較少。

程序在線評測系統(tǒng)(Online Judge，簡稱OJ)，是一種基于 B/S 架構(gòu)的在線程序檢測平臺。此評測系統(tǒng)能對學(xué)生用網(wǎng)頁瀏覽器提交到服務(wù)器的程序源代碼進(jìn)行在線編譯，生成可執(zhí)行文件，并從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用測試數(shù)據(jù)，從程序運(yùn)行的正確性、耗時(shí)、耗費(fèi)內(nèi)存及返回結(jié)果等各方面評測代碼，并精確返回各方面的評測結(jié)果,學(xué)生可根據(jù)反饋結(jié)果判斷程序是否正確或根據(jù)錯誤的原因進(jìn)行修改。

將程序在線評測系統(tǒng)引入到高中信息技術(shù)的編程教學(xué)中，以輔助信息教師進(jìn)行教學(xué)，目的就是要改進(jìn)傳統(tǒng)的人工驗(yàn)證程序的方法，建立科學(xué)、高效的評價(jià)環(huán)境，能實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的驗(yàn)證程序的正確性，從而提高課堂教學(xué)效率，促進(jìn)學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力的提升。

二.教學(xué)實(shí)踐探究

經(jīng)搜集、學(xué)習(xí)大量資料，筆者學(xué)在校內(nèi)服務(wù)器上安裝了unbtun 操作系統(tǒng)，在unbtun 操作系統(tǒng)上安裝了UOJ 在線評測系統(tǒng)，經(jīng)反復(fù)調(diào)試、更改，uoj 在線評測系統(tǒng)已能在校內(nèi)使用，在實(shí)踐過程中應(yīng)用了以下功能。

1.評測功能

學(xué)生打開提交頁面，然后選擇“語言”，便可提交評測。這里我們添加了包括pyton3 在內(nèi)的7 種程序語言，評測結(jié)果可顯示程序運(yùn)行答案是否正確、程序運(yùn)行的時(shí)間、程序運(yùn)行的空間、編譯錯誤、運(yùn)行時(shí)錯誤等信息。學(xué)生可根據(jù)評測結(jié)果來改正程序。在此功能的測試中，我發(fā)現(xiàn)測評功能不忽略行末空格，明明答案正確，但由于行末多了一個(gè)空格顯示答案錯誤，這給初學(xué)編程的學(xué)生帶來很大的麻煩（有些問題去掉行末空格是很不好處理的），經(jīng)過深入研究修改測評代碼，最終實(shí)現(xiàn)了忽略行末空格的評測方式。

2.顯示提交記錄功能

學(xué)生打開“提交記錄”頁面，輸入用戶名，點(diǎn)擊“搜索”即可查詢自己以前所有的提交記錄，也可以輸入用戶名和題目編號查詢某一道題目的做題記錄。

做題記錄可以顯示學(xué)生每一次提交的題目編號、提交時(shí)間、分?jǐn)?shù)、用時(shí)、內(nèi)存、代碼等程序的相關(guān)信息。給學(xué)生的復(fù)習(xí)、自主學(xué)習(xí)帶來了極大的方便。同時(shí)教師可以通過查詢某個(gè)同學(xué)的做題記錄，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

3.比賽功能

管理員可以在后臺添加比賽題目，設(shè)置比賽。設(shè)置完成后，學(xué)生在前臺頁面報(bào)名后即可參加比賽，比賽結(jié)束后管理員點(diǎn)擊”評測比賽”，系統(tǒng)會評測所有參加比賽選手的程序，評測結(jié)束后顯示分?jǐn)?shù)與排名，這項(xiàng)功能對于教師檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)情況非常方便。同時(shí)也可作為教師課堂上布置任務(wù)使用，教師在后臺可以實(shí)時(shí)觀測到每個(gè)同學(xué)任務(wù)的完成情況，可以有針對性的輔導(dǎo)。

4.后臺管理相關(guān)功能

后臺管理現(xiàn)已完成添加編輯題目（題目中可以含有圖片）、上傳題目測試數(shù)據(jù)、刪除用戶、設(shè)置用戶權(quán)限等功能。為了保證評測系統(tǒng)的安全和方便管理，我們還設(shè)置了開關(guān)功能，對于注冊、評論等功能可在后臺進(jìn)行開啟和關(guān)閉。

三.實(shí)踐總結(jié)

從2019 年3月開始，我選取一個(gè)班級進(jìn)行python 程序設(shè)計(jì)教學(xué)，教學(xué)過程中將“在線評測系統(tǒng)”作為教學(xué)的輔助工具，收到了良好的效果，相對以往，學(xué)生課堂狀態(tài)和學(xué)習(xí)效率有了一定的改善，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望得到增強(qiáng)

之前有些學(xué)生對于單純的學(xué)習(xí)程序語言感覺枯燥乏味，沒有成就感。使用“在線評測系統(tǒng)”時(shí)學(xué)生每完成一道題目就會得到一百分，完成題目數(shù)量就增加一個(gè)，個(gè)人排名就可能上升，學(xué)生都很在意自己的排名，想要排名上升，就得多完成任務(wù)，這樣班級內(nèi)就形成你追我趕的學(xué)習(xí)氛圍，大大增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。

2.學(xué)生編程的正確率得到提高

以往學(xué)生編寫完程序后，自行驗(yàn)證程序的正確性。由于初學(xué)程序設(shè)計(jì)和個(gè)人思維習(xí)慣的不同，很多學(xué)生自以為正確的程序其實(shí)存在著邏輯錯誤，而課堂上老師精力有限，不可能照顧到所有學(xué)生。在線評測系統(tǒng)可以輔助學(xué)生檢查程序的嚴(yán)謹(jǐn)程度，每一道問題教師都設(shè)計(jì)了全面嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y試數(shù)據(jù)，基本可以檢測出程序的各種邏輯錯誤，學(xué)生評測后可及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯誤，及時(shí)改正，以免下一個(gè)任務(wù)犯相同的錯誤，慢慢學(xué)生也越來越意識到編程過程中應(yīng)用注意到哪些問題，編程的正確性和邏輯思維能力得到一定的提高。

3.學(xué)生對算法優(yōu)劣有了更深刻的體會

使用評測系統(tǒng)后學(xué)生可清晰的看到程序運(yùn)行的時(shí)間和占用的內(nèi)存，不同算法運(yùn)行的時(shí)間空間可能有著明顯的不同，這在以前學(xué)生是無法體會到的。課堂上學(xué)生看到程序的運(yùn)行效率后，也嘗試著去優(yōu)化程序，重新設(shè)計(jì)算法，這個(gè)過程可以加深學(xué)生對算法的理解，也鍛煉了學(xué)生的計(jì)算思維。

4.教師的工作量減輕，輔導(dǎo)更有針對性

使用在線評測系統(tǒng)后，學(xué)生對于遺忘的內(nèi)容查可查看做題記錄，課堂上問老師問題的學(xué)生減少了，課堂上老師查看學(xué)生的做題記錄很容易發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題，指導(dǎo)更有針對性。同時(shí)在線評測系統(tǒng)可以自動評測，教師批改作業(yè)也省時(shí)省力，更多的精力可以查看學(xué)生錯誤原因，教學(xué)設(shè)計(jì)更有針對性。

經(jīng)過一學(xué)期的使用，在本學(xué)期初對實(shí)驗(yàn)班級進(jìn)行了問卷調(diào)查，結(jié)果如下：

(1）有94%的學(xué)生認(rèn)為使用“在線評測系統(tǒng)”能夠提升編程的興趣。

(2）有86%的學(xué)生認(rèn)為“在線評測系統(tǒng)”能及時(shí)反饋程序的正確性

(3）有72%的學(xué)生認(rèn)為“在線評測系統(tǒng)”可查看程序運(yùn)行時(shí)間和空間，了解算法優(yōu)劣

(4）有94%的學(xué)生認(rèn)為“在線評測系統(tǒng)”可查看做題記錄，方便復(fù)習(xí)

(5）有34%的學(xué)生經(jīng)常關(guān)注“在線評測系統(tǒng)”的排行功能，有58%的學(xué)生偶爾關(guān)注。

(6）有74%的學(xué)生認(rèn)為使用“在線評測系統(tǒng)”進(jìn)行程序評測是否更容易發(fā)現(xiàn)程序的邏輯錯誤

(7）有92%的學(xué)生認(rèn)為使用“在線評測系統(tǒng)”進(jìn)行程序評測能否提高思維的嚴(yán)謹(jǐn)性教學(xué)實(shí)踐過程使用中“在線評測系統(tǒng)”受到了學(xué)生的認(rèn)可，對教學(xué)起到了積極的輔助作用，但筆者認(rèn)為，在學(xué)生編程熟練后，不易過度依賴評測系統(tǒng)來檢驗(yàn)程序的漏洞，這對于培養(yǎng)學(xué)生的思維嚴(yán)謹(jǐn)性是不利的，應(yīng)更多地將其作為評判工具，恰當(dāng)合理的應(yīng)用。