程序设计类课程教学系统研究

程序设计类课程教学系统的研究【摘要】在程序设计教学系统模型的设计上引入互连体和自主单元的概念，将程序设计教学中各个任务用互连体和自主单元的互连来实现。

解决程序设计教学系统无法适应程序设计教学的问题。

并讨论程序设计教学系统自主单元互连结构模型是如何动态适应具体应用环境。

【关键词】自主单元；程序教学；互连体；结构模型随着计算机教育的不断发展，程序设计教学作为计算机基础教育的核心课程，正在受到越来越多的重视。

本文根据程序设计教学的改革和发展要求，分析设计教学的各个任务和需求，把自主单元和互连体的理论知识和程序设计教学系统相结合。

从系统的模型结构入手，研究自主单元和互连体在程序设计教学系统中的的模型结构，完成程序设计教学系统在各个任务和需求下的互连模型结构。

在模型结构上解决程序设计教学系统无法适应程序设计教学的问题。

有效解决程序设计教学系统所面临的新的任务和需要。

1.自主单元和互连体理论系统结构中的自主单元和互连体理论是近年来系统模型中新出现的理论。

每一个自主单元由一个目标，多组规则和一个控制条件所构成。

这个目标就是这个自主单元所要完成的任务，规则就是自主单元为完成其目标所必须要完成的条件和步骤。

自主单元通过控制条件来协调多组规则来完成其目标。

目标和规则可以通过图形来模拟，控制条件可以通过数学公式来表示。

互连体是由多个自主单元为完成一个更大的目标通过互连结合在一起的一个有机的整体。

在本文中，一个互连体的实例就对应着程序设计教学系统所整理出来的一个任务。

2.程序设计教学系统任务整理程序设计教学系统建立的模型结构就是为了解决程序设计教学系统所面临的各个任务。

程序设计教学系统的任务主要包括：试卷任务、用户任务、代码评判任务、提问处理任务、广播任务、排名任务和其他任务等。

其中试卷任务包括制作试题、制作试卷、试卷加密、试卷下载、试卷解密等；用户任务包括用户信息注册、用户信息登陆、用户信息验证；代码评判任务包括代码调试、代码提交、代码评判、代码结果查询；提问处理任务包括用户提问，提问回复；广播任务包括发出广播任务，接收广播任务。

3.互连体的模型结构3.1互连体的模型结构互连体的模型结构包含多个自主单元，一个初始的环境结构和一个总体的目标。

互连体的原模型主要包含六个类型的自主单元结构，它们分别是submit，proxy，primer，schedule，judge and query。

互连体模型能够通过数学模型描述为community={initenvir，{submit，proxy，primer，schedule，judge，query，data}，goal}。

data是互连体中的自主单元所处理的数据。

互连体的目标就是当submit将data提交给互连体之后，data经过互连体处理后成为result，query能从系统中访问到result。

3.2互连体动态变化互连体动态变化：自主单元submit能够在互连体中选择一个自主单元proxy，然后把数据datal传递到指定的自主单元proxy。

自主单元proxy会检查是哪个自主单元发送了数据data1。

如果发送的自主单元身份是合法的，那么数据会被传递给自主单元primer。

自主单元schedule会从自主单元primer那里拿到数据datal，然后在互连体中选择一个自主单元judge，把数据data1调度给这个选定的自主单元judge。

自主单元judge根据自身的规则来处理数据data1，然后得到一个相应的数据data2，并将数据data2传递给自主单元schedule，schedule接收到数据data2后会将数据data2传递给自主单元primer。

最后，自主单元query能够从自主单元proxy那里取得相应的数据data2。

文中有五条具体的规则，分别是submit，query，forward，respond，process。

规则的命名是自主单元在程序设计评判系统的具体应用中抽象出来的。

各种规则的含义：submit是自主单元a把数据data提交给自主单元b；forward是自主单元b把数据data传递给自主单元c；query是自主单元a向自主单元b查询数据data；respond是自主单元b把数据data返回给自主单元a；process是自主单元a对数据data1处理后得到数据data2。

4.程序设计教学系统模型的实例引入自主单元和互连体的系统结构模型。

把自主单元和互连体的理论知识和程序设计教学系统结合。

从而研究自主单元和互连体在程序设计教学系统中的模型结构，这个模型结构包括互连体模型，自主单元模型，自主单元的规则模型，互连体的动态过程模型。

所有的模型结构都是为了解决程序设计教学系统所面临的新的任务和需要。

4.1程序设计教学系统模型互连体的模型可以实例化后来完成特定的任务和要求。

程序设计教学系统的互连体实例包含的有十个实例，这些实例分别是judgment，clarification，ranking，login，paper-download，register，broadcast，print，ballon and synch。

互连体的每一个实例都有自己的目标。

例如互连体judgment的目标是学生提交代码后，judgnrnt能够得到提交代码的结果。

每一个互连体的实例目标是judgment是学生把代码code提交给互连体judgment，互连体judgment可以对学生提交的code评判后得到结果result，并将结果result返回给学生。

clarification是学生有对考试试卷的题意产生歧义，或对试题的测试数据有疑问，可以提交question给互连体clarification。

考试的裁判通过互连体clarification得到考生的疑问，并对疑问进行解答得到answer，并将answer返回给学生。

ranking是互连体ranking能够通过考生的提交数据产生排名表ranklist，考生可以通过互连体ranking得到排名表数据ranklist。

login是互连体login会对登录考生的信息进行验证，如果考生的信息合法，那么考生可以通过互连体login登入程序设计评判系统。

如果考试的信息不合法，那么考生的登录将会被拒绝。

paper-download是考生成功登录程序设计评判系统后，在考试开始前，可以通过互连体paper-download下载考试的试卷。

考试的试卷是进行加密的。

在考试开始时，考生同时可以通过互连体paper-download获取加密试卷的密码。

register是考生可以通过互连体register将考生的信息录入程序设计评判系统。

broadcast 是在考试的过程中，如果裁判员有公共的信息发给所有的考生，那么裁判员的信息可以通过互连体broadcast来完成这个任务。

print 是考试的过程中，考生需要通过互连体print来打印代码。

synch 是在程序设计考试中，由于考生的客户端和考试的主服务器是在广域网上面，按照考试的要求，需要考生的客户端和考试的主服务器在时钟上面保持一致。

4.2排名模型实例排名任务主要是在教学考试中的排名要包含考生的解题数，解题时间，考生的名次，百分制成绩等。

在程序设计考试中，考试顺利登录系统后在排名表中能够找到他们的姓名。

排名是互连体模型中的一个实例。

其规范的描述：ranking={rankinitenvir，{rankquery，rankproxy，rankprimer，ranklist}rankgoal}。

ranking实例和模型的关系如表3所示。

自主单元rankquery是模型的实例。

ranking互连体的动态变化有两个状态，在第一阶段中，自主单元rankproxy会使用规则query-data向自主单元rankprimer查询数据ranklist。

当自主单元rankprimer收到查询的消息时，它就会使用规则respond-data，最后，自主单元rankprimer会把ranklist传送给自主单元rankproxy。

在第二阶段中，自主单元rankquery应用transformation unit selector在互连体中使用规则query-data选择一个自主单元rankproxy。

自主单元rankproxy 会把ranklist传送给自主单元rankproxy。

最后自主单元rankquery得到排名成绩的数据ranklist。

4.3程序设计教学系统的应用程序设计教学系统的应用主要有单机系统，网上判题，局域网考试，网上预赛和现场比赛五个方面。

其中每一个方面都是模型在具体环境中应用的实例。

每一个方面所包含的互连体的种类也都分别不一样。

（1）单机系统在程序设计教学中，学生应用单机系统进行程序训练。

要完成的任务就只是代码评判任务。

所以在单机系统上只包含一个互连体judgment。

互连体judgment中所有的自主单元都部署在同一台机器上面。

（2）网上训练系统教师把程序设计题目放到服务器上面，学生可以在课后上网练习老师上传的程序设计题目。

学生将代码结果提交给网上训练系统后，可以马上得到评判的结果。

另外，参加程序设计竞赛的同学，也可以通过网上训练系统来完成赛前的训练。

在网上训练系统中，包含的程序设计评判任务有代码评判任务，试卷下载任务，还有用户注册和登录任务。

有四个互连体存在于单机系统中，他们分别是register，login，judgment，paper-dowenload。

结束语如何构建程序设计教学系统的互连结构模型，使程序教学系统应该要能够完成程序设计教学中所面临的新的任务和需求。

本文探讨了将程序设计教学系统互连模型结构建立在自主单元和互连体理论基础上，从而更好的服务于学校的程序设计教学的发展。

参考文献：[1]谢迪,李文新,郭炜.一个程序设计技能训练与水平测试平台[j].合肥工业大学学报 (社会科学版),2008(8).[2]罗英伟,汪小林,张正灌.一个基于online judge的程序设计类课程教学辅助系统[j].计算机教育,2009(1).[3]胡勇健,惠敏顺,朱国进.基于本体的程序设计竞赛评判系统模型研究[j].计算机应用研究2008(11).。