程序設(shè)計(jì)類課程考試改革與實(shí)踐

董衛(wèi) 王婷婷 徐劍

1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院；2.山東省泰安第二中學(xué)信息技術(shù)組

隨著計(jì)算機(jī)的普及和互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，為滿足社會(huì)對(duì)程序設(shè)計(jì)人才的需求，程序設(shè)計(jì)類課程成為大學(xué)各專業(yè)的必修或選修課程，通過(guò)課程學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和編程技能，提高以計(jì)算機(jī)作為工具解決實(shí)際問(wèn)題的能力。特別在計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能等專業(yè)該類課程占有較大比重，如：C、C++、Java、Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、Web程序開(kāi)發(fā)、手機(jī)App、小程序開(kāi)發(fā)、大數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)分析等，從考試角度看，這類課程主要考察學(xué)生的編程水平和系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能力，傳統(tǒng)的紙質(zhì)閉卷形式不能很好地滿足這種要求，因此通常采用上機(jī)考試、實(shí)驗(yàn)隨堂考試、技能測(cè)試、大作業(yè)等相結(jié)合的方式[1-6]。本文分析了程序設(shè)計(jì)類課程特點(diǎn)、常見(jiàn)考試形式，介紹了作者在該類考試中的探索與實(shí)踐。

1 程序設(shè)計(jì)類課程特點(diǎn)

程序設(shè)計(jì)課程通常以學(xué)習(xí)一門(mén)編程語(yǔ)言為主要內(nèi)容，通過(guò)大量的上機(jī)練習(xí)，熟悉語(yǔ)言的語(yǔ)法、編程接口，并利用該語(yǔ)言工具，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)各種程序、系統(tǒng)解決實(shí)際問(wèn)題，課程特點(diǎn)如下：

(1)注重培養(yǎng)計(jì)算思維和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，重點(diǎn)不在于記憶語(yǔ)法規(guī)則，而是熟悉語(yǔ)言特性，學(xué)以致用，用程序思維解決學(xué)習(xí)、生活中的問(wèn)題，更深層次地用好計(jì)算機(jī)工具。

(2)理論與實(shí)踐并重。除了學(xué)習(xí)課程的理論脈絡(luò)，上機(jī)實(shí)踐更加重要，只有大量調(diào)試程序，才能避免紙上談兵、眼高手低，不斷提高編程技能，培養(yǎng)耐心、細(xì)心、堅(jiān)韌不拔的優(yōu)秀品質(zhì)。因此課程通常分配等量的理論和上機(jī)學(xué)時(shí)。

(3)考核方式與傳統(tǒng)科目不同。上述兩個(gè)特點(diǎn)決定了程序設(shè)計(jì)類課程考試形式不適宜用閉卷筆試的方式，考試時(shí)應(yīng)該允許學(xué)生在編程環(huán)境下進(jìn)行程序的編寫(xiě)和調(diào)試，編程環(huán)境大都有語(yǔ)法提示功能，不需要學(xué)生死記硬背過(guò)多API細(xì)節(jié)，也能更真實(shí)地考察編程熟練度。

2 程序設(shè)計(jì)課程考試形式

程序設(shè)計(jì)課程考核方式有多種，例如：

(1)程序在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)（Online Judge，OI）。學(xué)生在線提交程序源代碼，系統(tǒng)對(duì)源代碼進(jìn)行編譯和執(zhí)行，并通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)檢驗(yàn)程序源代碼的正確性。該考核方式題型單一（全為編程題目），適合如C、C++、Java等編程語(yǔ)言類課程，減輕了教師的閱卷工作量，對(duì)學(xué)生編程能力要求較高，因?yàn)槿绻荒芫帉?xiě)出完全正確的程序，導(dǎo)致樣例不能通過(guò)會(huì)判0分。為了防止作弊，考試應(yīng)該在局域網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行，OI系統(tǒng)部署在局域網(wǎng)服務(wù)器上。OI系統(tǒng)對(duì)于不能用機(jī)器判斷對(duì)錯(cuò)、沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案的科目（如：Web編程）不適用。

(2)上機(jī)考試系統(tǒng)。使用特定的考試系統(tǒng)（C/S或B/S模式），題型設(shè)置更加靈活多樣，如：選擇、填空、簡(jiǎn)答、編程題等，客觀題（選擇/填空）可以自動(dòng)判分，主觀題（簡(jiǎn)答/編程）人工閱卷，適用于Web編程等不適宜自動(dòng)判分的編程科目。考試系統(tǒng)要具備：自動(dòng)組卷、防作弊（如U盤(pán)禁用、題目順序打亂、IP與學(xué)生身份綁定等）、自動(dòng)備份（防止學(xué)生機(jī)斷電、死機(jī)等不確定因素）、閱卷方便等特點(diǎn)。同OI系統(tǒng)一樣，該系統(tǒng)部署在機(jī)房服務(wù)器上，要求機(jī)房?jī)?nèi)網(wǎng)聯(lián)通，機(jī)器狀況良好。

(3)大作業(yè)方式。學(xué)生獨(dú)立或分組完成一個(gè)大作業(yè)，教師出題或題目自擬，根據(jù)完成的工作量、創(chuàng)新度等給學(xué)生打分。適用于考察學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力的科目，因?yàn)樽鳂I(yè)是課下完成，這種考核方式的真實(shí)客觀性和區(qū)分度不好把握。

3 考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在實(shí)際教學(xué)中，在筆者所在部門(mén)上述考核方式都使用過(guò)，如在C++和Java專業(yè)課中，使用OI系統(tǒng)作為平時(shí)練習(xí)和考試的平臺(tái)；在計(jì)算機(jī)公共課教學(xué)中，學(xué)生數(shù)量多，對(duì)編程能力要求相對(duì)低，使用了老師自主研發(fā)的上機(jī)考試系統(tǒng)，題型多樣，閱卷方便；對(duì)于課程實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)課等環(huán)節(jié)則采用平時(shí)作業(yè)或綜合大作業(yè)的方式考核；還有部分老師習(xí)慣了紙質(zhì)試卷出題，因?yàn)樗皇茴}型、格式等限制，組卷較為靈活，為此，基于“紙質(zhì)試卷電子化”思路，我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Web的考試系統(tǒng)。

3.1 程序功能

將紙質(zhì)試卷電子化，并不是簡(jiǎn)單的考試介質(zhì)和環(huán)境的變化，將試卷放到FTP服務(wù)器供學(xué)生下載作答后再上傳到服務(wù)器顯然是不行的，因?yàn)榇嬖谔娲稹⒃嚲肀桓采w等各種問(wèn)題。因此程序應(yīng)具備如下功能：

(1)試卷生成。考前依據(jù)學(xué)生名單為每一個(gè)考生生成唯一的Word電子試卷，試卷題目、選項(xiàng)順序打亂，試卷以學(xué)號(hào)、姓名、專業(yè)命名。

(2)學(xué)生登錄。登錄程序設(shè)置U盤(pán)禁用功能并自動(dòng)打開(kāi)瀏覽器進(jìn)入登錄頁(yè)面，第一次登錄后，將學(xué)號(hào)和IP綁定，保證同一學(xué)號(hào)只能在一臺(tái)機(jī)器登錄，一臺(tái)機(jī)器只能登錄一個(gè)學(xué)號(hào)。機(jī)器出現(xiàn)問(wèn)題，可以在服務(wù)器端解除綁定后更換新的機(jī)器。

(3)試卷的下載和上傳功能。根據(jù)學(xué)生登錄信息，下載屬于自己的試卷，上傳（交卷）時(shí)，也只能上傳自己的試卷，試卷名稱不能修改。答卷過(guò)程中，斷掉網(wǎng)絡(luò)，考試進(jìn)行一半上傳一次試卷做備份。答題過(guò)程中，允許學(xué)生打開(kāi)編程環(huán)境調(diào)試程序，并可將程序運(yùn)行結(jié)果截屏到試卷中。

(4)服務(wù)器端考試監(jiān)控。監(jiān)控學(xué)生登錄信息，為了應(yīng)對(duì)換機(jī)器的情況，提供學(xué)號(hào)和IP解綁功能。

(5)客觀題閱卷。對(duì)收集的Word試卷批量批閱選擇題，標(biāo)記出錯(cuò)題目并將得分填充至得分欄。主觀題由教師手動(dòng)批閱。

3.2 程序界面

程序的主要界面包括：

(1)登錄頁(yè)面：如圖1所示，輸入學(xué)號(hào)，點(diǎn)擊“核對(duì)姓名和專業(yè)按鈕”，自動(dòng)匹配姓名和專業(yè)，如果學(xué)號(hào)不存在給出提示。核對(duì)無(wú)誤后，系統(tǒng)將學(xué)號(hào)和IP綁定，進(jìn)入試卷下載和上傳頁(yè)面。

圖1 考試登錄頁(yè)面Fig.1 Login page of examination

(2)試卷下載和上傳頁(yè)面。試卷下載和上傳頁(yè)面如圖2所示，全部下載個(gè)人試卷后，可斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，考試進(jìn)行一半時(shí)，上傳一次試卷，監(jiān)考老師在服務(wù)器端檢查上傳文件是否正常。

圖2 試題下載和上傳頁(yè)面Fig.2 Download and upload page of test questions

(3)服務(wù)器端監(jiān)控頁(yè)面。服務(wù)器端頁(yè)面如圖3所示，監(jiān)控學(xué)生登錄情況，并提供IP和學(xué)號(hào)解除綁定功能。

圖3 服務(wù)器端監(jiān)控頁(yè)面Fig.3 Server-side monitoring page

3.3 閱卷界面

試卷收集后，編寫(xiě)了獨(dú)立的閱卷程序?qū)x擇題進(jìn)行閱卷，閱卷界面如圖4所示。閱卷界面中依次輸入選擇題個(gè)數(shù)、分值、正確答案、試題所在路徑和批閱后的路徑。

圖4 閱卷程序Fig.4 The marking program

閱卷后選擇題批閱和分?jǐn)?shù)匯總結(jié)果如表1、表2所示。自動(dòng)在錯(cuò)題前打叉，并將計(jì)算得分填充至得分欄。

表1 選擇題批閱Tab.1 Marking of selection questions

表2 選擇題分?jǐn)?shù)匯總Tab.2 Score summaryof selection questions

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了作者在程序設(shè)計(jì)類課程考試改革中所做的探索和嘗試，圍繞紙質(zhì)試卷電子化，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了考試系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了理想效果。下一步將在自動(dòng)組卷、成績(jī)登記、分析環(huán)節(jié)繼續(xù)完善。