基于Python的程序評(píng)分軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)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(shí)際教學(xué)過程中，學(xué)生編寫了很多Python程序，教師如果都進(jìn)行手工批改，工作量就很大。作者提出使用基于Python的評(píng)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(píng)分;黑箱測試

中圖分類號(hào)：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?論文編號(hào)：1674-2117（2021）02-0077-03

Python簡單易學(xué)，功能強(qiáng)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(xué)生在學(xué)習(xí)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(gè)問題，學(xué)生的程序也是五花八門，各有特色。因此，對(duì)于教師來說，逐個(gè)手工批改程序作業(yè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

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

● 問題描述

現(xiàn)有若干班級(jí)的Python程序等待批改（如圖1），每名學(xué)生都有一個(gè)以學(xué)號(hào)命名的文件夾，程序文件名都是統(tǒng)一的，所有學(xué)生的文件夾都在student目錄中。要求批改每名學(xué)生的程序，給出評(píng)分、程序運(yùn)行時(shí)間以及錯(cuò)誤提示信息，形成電子表格。

● 準(zhǔn)備工作

學(xué)校機(jī)房里的計(jì)算機(jī)都裝有Thonny3.2.7，自帶Python3.7.7。Thonny的界面簡潔明了，適合初學(xué)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(jì)分析

本軟件的輸入信息為學(xué)生的Python程序，輸出信息為程序評(píng)分的結(jié)果，包括得分、程序運(yùn)行時(shí)間、程序錯(cuò)誤信息。

Python自帶模塊subprocess，它可以創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，并運(yùn)行一個(gè)外部的程序，正好可以用于測試學(xué)生程序。

學(xué)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(shí)現(xiàn)批量處理。

本軟件采用黑箱測試法給學(xué)生程序評(píng)分。通過比對(duì)學(xué)生程序的輸出和教師程序的輸出是否相同，來確定學(xué)生程序的得分。

● 軟件的主要代碼

1.獲取配置文件信息

評(píng)分軟件的文件夾programJudge和學(xué)生文件夾在同一目錄。

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

學(xué)生程序名應(yīng)根據(jù)實(shí)際的要求改為相應(yīng)的Python程序名。

timeout的值是學(xué)生程序最長運(yùn)行時(shí)間，本軟件設(shè)置為3秒。

class的值是若干個(gè)班級(jí)的編號(hào)。

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(biāo)準(zhǔn)程序所在文件夾：programJudge/學(xué)生程序名/。

輸入文件為：0.in， 1.in， … 由教師自己手工生成。

標(biāo)準(zhǔn)答案為：0.ans， 1.ans， …由教師程序自動(dòng)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(hào)的輸入文件數(shù)量返回測試數(shù)據(jù)數(shù)量，同時(shí)，根據(jù)教師程序生成標(biāo)準(zhǔn)答案，函數(shù)myCmd在后面會(huì)有說明。

3.新建工作簿

新建工作簿是為了收集學(xué)生程序的評(píng)分信息，代碼如圖5所示。

4.枚舉學(xué)生文件

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

5.學(xué)生文件的評(píng)分

根據(jù)學(xué)號(hào)和程序名得到學(xué)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(xué)生程序的輸出文件和標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間和錯(cuò)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(xué)生程序超時(shí)，返回（0，'Timeout'），若是returncode為0，表示正常結(jié)束學(xué)生程序，返回（執(zhí)行時(shí)間，），否則返回（0，'Error'）。一般是學(xué)生程序中存在錯(cuò)誤，可在文件testOut中獲取錯(cuò)誤信息，本軟件只取錯(cuò)誤信息的最后一行寫入表格，方便教師了解學(xué)生程序中出現(xiàn)的錯(cuò)誤種類。

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

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

● 結(jié)論

本文從一線教師的實(shí)際需求出發(fā)，通過黑箱測試法給學(xué)生程序自動(dòng)評(píng)分，利用Python的subprocess模塊，獲取學(xué)生程序執(zhí)行的其他信息，如執(zhí)行時(shí)間、錯(cuò)誤提示信息等，最終得到一張學(xué)生程序評(píng)分的表格。這樣可以讓教師及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，學(xué)生也能獲得及時(shí)的反饋，有利于更好地學(xué)習(xí)編程。

參考文獻(xiàn)：

[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(xué)高級(jí)，無錫市第一中學(xué)信息技術(shù)教師。

基金項(xiàng)目：本文是江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度普教立項(xiàng)課題“基于計(jì)算思維的高中生設(shè)計(jì)與智造項(xiàng)目化實(shí)踐研究”階段性成果，課題批準(zhǔn)文號(hào)：D/2020/02/283;2019年江蘇省基礎(chǔ)教育前瞻性教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“設(shè)計(jì)與智造：統(tǒng)整理念下高中生學(xué)習(xí)方式的變革”階段性成果。