薛荣霞，张震浩

（南京工业大学浦江学院，江苏 南京 211200）

0 引 言

近年来，为响应国家对教育改革发展的号召，高校积极进行教学管理理念的创新、高校业务流程与IT 的深度融合，学校的管理需要大量的管理数据作为支撑，通过流程再造，将信息化融入学校的管理流程中去。目前，深化信息技术与教育教学融合发展是高校教育现代化的必由之路，具体包括：从服务教学向服务育人全过程发展，积极利用云计算、大数据等新技术，创新资源平台、管理平台的建设、应用模式，加强节约型校园建设，开展绿色校园建设试点，推动教育系统成为能效水效领跑者；由分散的基础设施硬件建设思路向“一体化战略”转变，校园信息化基础设施建设朝着“一体化战略”转变，数据实现共享，软硬件及服务融合，为用户提供简单、明确统一的集成化服务；由“业务管理信息化”向“应用服务信息化”转变，通过信息化“一站式”服务模式整合业务过程，根据师生角色生命周期涉及的服务项目，建立公共服务平台，集聚服务资源，推广移动应用，完善服务体系，推动服务信息化建设。

本项目是基于云平台的在线程序设计实验管理系统，目标是实现校园信息化、网络化、共享化和虚拟化的校园环境，打破传统校园时空限制，提升教学、科研等校园信息本，在线一键式开通资源，24 小时随时随地远程访问，在真实云环境中便捷操作，详细的实验文档指导操作，智能检测实验进程，一键式生成实验报告，沉浸式实验体验。

1 系统设计

1.1 设计目标

本项目旨在向开发者提供基于云上程序实验服务，支持师生实现备课、上课、作业、考试、实验、实训等全教学流程的线上教学，提供多类习题自动判题、免费在线习题库等众多高级特性辅助进行数字化教学转型。

1.2 模块划分

本项目主要包括教师端和学生端，具体如图1所示。

图1 系统的功能模块

1.2.1 教师端

教师端主要包括班级管理、成员管理、课程管理、课堂管理和作业管理五个模块。

（1）班级管理：班级是学生的集体，可以将学生批量加入某个班级。

（2）成员管理：对成员进行管理，包括添加、删除、查看成员列表等。可以批量导入成员与单个添加成员，导入成功后，同时向多个用户发送邮件告知初始密码。

（3）课程管理：对课程进行管理，包括新建、修改和删除。课程是教师备课的工作台，在进行教学前，需要先新建课程，对课程内容进行描述。

（4）课堂管理：对课堂进行管理，包括新建、修改和删除。课堂属于某个课程，课堂的资源、课时源自课程，是教师上课的入口；给课堂添加学生后，可以完成作业的收发。

（5）作业管理：对作业进行管理，包括新建、修改和删除。具体内容包括：

1)作业是教师与学生互动的主要渠道，教师通过关联资源库的习题资源，创建作业，将作业发送给学生。

2)学生收到后登录学生账号，查看自己的作业，作答并提交作业。根据学生提交的作业，自动判题。

3)作业分析结果在教师作业详情界面一目了然，教师可以自由选择对作业“单个”或者“批量”批改，同时提供“评语库”实现点击评分。

1.2.2 学生端

学生端主要根据教师任务的计划，及时了解到课程信息、课堂信息、作业信息的安排。具体包括学生可以看到所选的全部课程，以及课堂的基本信息，如课时数、学生数和作业数，还包括课堂下的课件、代码和作业等其他信息

1.3 关键技术

本项目主要借助云上课堂和云上编码环境技术，旨在最终完成的具体内容如图2所示。

图2 项目具体内容

1.3.1 云上课堂

提供云上虚拟课堂，支持多种课件类型播放与演示、支持师生交流、作业分发、作业提交与自动判题、作业评分等功能，为教师开展基础软件教学提供全云上服务支撑。

1.3.2 云上编码环境

为学生提供IDE 编码环境，无须额外准备软硬件环境。

1.3.3 软件上云分析

本项目计划使用阿里云，具体介绍为：

(1)解决方案。阿里云智慧教学平台通过混合云模式，实现资源层的弹性伸缩能力，弥补了高并发的在线教学场景的资源瓶颈和视频资源的海量存储，通过与线下智慧教室的物联设备对接，实现了课程资源的统一汇集，高性能的视频处理、数智平台和物联平台共同构建了智慧教学坚实的技术支撑能力，中文字幕、协同笔记、图像处理、金课提取以及基于海量教学数据和学习数据形成的知识图谱，为教学场景提供了更多的智能化的手段；专属钉钉加钉钉的标准版，不仅可以实现小班课的双向直播，还能打通在校生以及毕业生的服务通道，使得母校文化可以成为陪伴一生的知识财富。

(2)架构特点。多种智慧设备的接入，通过集成主流智慧教室的厂商，实现智能设备的无缝接入，实现视频资源的统一拉取收集；数智化的技术支撑平台，通过数据处理平台和智能化平台能力的接入，实现AI 赋能教学；弹性混合云模式，实现资源的弹性伸缩，支撑高并发的在线教学场景，以及视频资源的海量存储；统一移动门户，专属钉钉作为校园门户，可以确保高校数据安全，同时又可以通过钉钉小程序，实现校外人员的服务触达，实现移动门户的服务整合。

(3)方案优势。教学过程全数字化，覆盖高校全教学场景的端到端的解决方案，包含慕课、在线互动等在线教学场景和翻转课堂、大班课的线下教学场景，拓展了教学的边界，实现教学过程的全数字化；智能化提高教学效率，通过智能化的方式提高教学效率，增强教学互动，基于语音识别、知识图谱、图像识别等技术提供了一系列的智能化工具，包括实时翻译、中文字幕、金课提取、学生图谱、协同笔记、互动课堂等；混合云架构支撑高并发教学场景，通过混合云架构，实现资源的弹性伸缩，支撑高并发的在线教学场景；对线上线下视频资源的统一采集，混合云存储，实现教学资源的低成本保留，为教学分析和挖掘提供数据支撑。

1.4 创新特色

系统的创新之处主要有：

（1）云化和轻量化。依托云计算的存储资源，实现云化开发环境供给，通过浏览器访问就可完成开发全过程，实现移动程序设计。

（2）快速按需容器化。工作空间基于容器技术，极短时间即可按用户所需（计算和存储）启动并提供服务，用后可随时释放，也可提交或暂存到云端。

（3）多语言和技术栈。支持多种语言的语法高亮，支持Java 等语言的语法补齐，支持多种预置技术栈，无须复杂配置环境即可就位。

（4）视图风格可切换（明、暗）。提供亮色和暗色两种视觉风格，编辑器提供多种视图布局，还支持满屏编辑和边栏收缩。

（5）构建运行和调试。提供命令管理器以支持构建（Build）和运行（Run），对Java 等语言还支持断点调试。

2 系统实现

2.1 用户登录

在用户登录页面中，学校会提前帮学生统一注册，以学生入学时的学号和身份证后六位分别作为账号和密码，然后学生输入对应的账号和密码成功登陆，可以查看本人学习的相关情况。如图3所示。

图3 用户登录界面

2.2 个人中心

个人主页展示用户的个人信息，账号为注册时所用的学号，唯一且不可修改，可以设置和修改用户的头像、昵称、邮箱及密码，进而便于与老师和学生之间更好地沟通，同时也展示了学生的成绩和提交记录，可以对自己的学习情况有直观的了解，如图4所示。

图4 个人主页界面

2.3 月度信息

月度信息栏目中可以查看自己本月的学习状态，知晓自己本月的综合学习情况，包括本月分数总和，本月整体排名以及自己的通过情况，通过把握自我的学习状况，可以针对性地制定学习计划，实现高效地学习，如图5所示。

图5 月度信息界面

2.4 全球排行榜

全球排行榜栏目中是以每个人每个月的总体得分进行排名，可以直观地看到本月整体排名和得分情况，也可以知道自己的所处排名，通过对比自已与他人的分数差距，认识自己的优点与不足，更好地激励自己学习，在此排行榜信息会于每月月初进行重置，具体如图6所示。

图6 全球排行榜界面

2.5 题库列表

题库列表中会呈现不同类型、不同难易程度的题目，每道题目会设置相应不同的分值，学生可以根据自身情况选择自己的中意题目进行挑战，挑战后会显示自己的通过率，只有通过率显示为100%即意味着挑战成功，然后会将本题所对应到的分数累加到自己的成绩，如图7所示。

图7 题库列表界面

2.6 通过记录

通过记录界面可以看到自己已答题目的通过情况，如若成功通过，此页面会显示题目提交的时间，所练习的题目以及题目的运行时间，如果自己所答题目并未通过且此页面没有显示，学生可以及时地对此题目涉及的知识点回顾温习，达到良好的教学意义，如图8所示。

图8 题库列表界面

2.7 匹配竞赛

2.7.1 匹配界面

在线竞赛的设置，可以组织学生之间两两匹配，对相同的题目列表进行在线答题，答题结束后系统会自动判题得出每人的最终得分，以得分数据为依据，进而判定每人在每次匹配的胜负情况，这样有助于形成你追我赶的学习氛围，推动教学质量，如图9所示。

图9 匹配界面

2.7.2 答题界面

答题界面中，在右边的栏框会显示此次回答的具体题目和比赛双方的答题进程情况，在左边的栏框要对应题目输入自己的答案，系统会根据每人的回答作出判断正确与否，也根据每人的回答进度给出相应的进程比例，如图10 所示。

图10 题目界面

3 结 论

本系统解决了基于云平台的在线程序设计实验管理系统的设计与实现，通过云上课堂和云上编码环境，打破传统校园教学的时空限制，有助于提升教学、科研等校园服务，最终实现更加便捷的线上教学体验。