CN105139703A - 云教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及教育领域，尤其是公开了一种云教学系统，包括下述操作步骤：（1）教师和学生均通过浏览器登入教学系统；(2）运行服务器加载教学界面至教师端浏览器；同时加载学生编辑器、学生代码运行窗及教学界面至学生端浏览器；又加载学生名单至教师端浏览器；（3）教师可在教师端浏览器上对教学界面进行操作；（4）学生可在学生编辑器编写代码，在学生代码运行窗内显示运行结果；（5）教师可点击学生名单中的任意一名学生，运行服务器会将该名学生对应的学生编辑器和学生代码运行窗传输至教师端浏览器，教师可在教师端浏览器对该学生的代码进行修改。学生可对教师正在讲解的内容进行编写验证，教师可远程协助学生编写，提高了教学质量。

Description

云教学系统

技术领域

本发明涉及教育领域，尤其是涉及一种云教学系统。

背景技术

目前各高校在编程教学上主要采用PPT式讲解的方式，在案例操作讲解、学生动手实践、实时互动等方面效果不佳。1）基于视频播放技术的教学系统：理论讲解多，动手性不够，同时师生间不能实时互动。2）自动判题系统：能对学生提交的作业自动判分，但在云端代码编写及实时运行结果展现方面的体验不够，不支持多步输入输出人机互动，更没有师生实时协同功能。3）对于编程的学习，现有的远程教学只能实现教师讲课，学生采取笔记的方式进行记录，且老师讲课期间无法进行实践操作，做练习时老师也无法对学生正在编程的内容进行检查或辅导，导致学生难以记住老师的教学内容，教学效率差，且事后更改的错误学生难以记住，导致学生成绩难以提高。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种教师讲课期间，学生可对授课内容进行编写验证，加深记忆，教师可远程对学生正在编程的代码进行协同编写，提高教学质量的云教学系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种云教学系统，包括下述操作步骤：

（1）教师和学生均通过浏览器登入教学系统，进而形成教师端浏览器和学生端浏览器；

（2）运行服务器自动加载教学界面至教师端浏览器；运行服务器自动加载学生编辑器、学生代码运行窗及教学界面至学生端浏览器；运行服务器自动加载登入教学系统的学生名单至教师端浏览器；

（3）教师可在教师端浏览器上对教学界面进行操作，学生端浏览器上的教学界面也会进行同步；

（4）学生可在学生端浏览器内的学生编辑器编写代码，点击运行后，代码内容会在学生代码运行窗内显示运行结果；

（5）教师可点击学生名单中的任意一名学生，运行服务器会将该名学生对应的学生端浏览器上的学生编辑器和学生代码运行窗及其内容传输至教师端浏览器，教师可在教师端浏览器对该学生编辑器内的代码进行修改。

在本发明中，教师可在教师端浏览器端对教学界面进行操作，学生端浏览器上的教学界面也会进行同步，实现正常的远程教学；在教师讲课期间，学生可在学生编辑器内对授课内容进行编写，并在代码运行窗内显示运行结果，进而使学生对教师的授课内容印象更加深刻，教学效果更好；运行服务器自动加载登入教学系统的学生名单至教师端浏览器，进而使教师可得知在线的学生名单，同时当学生在编程过程中遇到问题时，教师可在学生名单中选择该学生，运行服务器将该名学生对应的学生端浏览器上的学生编辑器和学生代码运行窗及其内容传输至教师端浏览器，教师可对该学生正在编写的代码进行修改，帮助学生及时更正错误，使学生记忆更加深刻，进而提高教学质量，有利于学生学习能力的提升；再者，本发明不限制教学地点和设备，教学更加灵活，只要能上网就可进行授课，极大地方便了教师和学生。

进一步地，教师可在教师端浏览器上对教学界面进行操作的内容包括：

（a）当教师在教学界面上选择练习模式时，运行服务器自动加载教师编辑器和教师代码运行窗至教学界面；教师可在教师端浏览器的教师编辑器内编写代码，点击运行后，该代码内容会在教师代码运行窗内显示运行结果。

（b）教师可在教学界面上选择需讲解的知识和案例，运行服务器自动加载需讲解的案列和内容至教学界面上。

步骤（b）可实现在教师端浏览器和学生端浏览器上均显示需讲解的知识和案例，该知识和案例包括案例讲解、练习内容及难点分析等且能相互切换，减少空间占用，使用方便，方便教师讲课，方便学生和教师对照编写代码；教师可在教师编辑器内对编程案例进行实际代码编写，并在教师代码运行窗内显示代码的运行结果，学生可看到教师编程的整个过程，进而发现自己编程过程中的错误和缺陷，加深印象，有利于学生编程能力的提高；同时学生也可跟随教师一起编写代码，进一步加深印象，记住教学的重点和难点。

进一步地，所述步骤（2）中，所述运行服务器还自动加载上一次教学内容至教学界面和/学生编辑器。该设置无需教师和学生记忆教学进度，可自动加载上一次的教学内容，方便学生和教师继续上一次的操作。

进一步地，所述步骤（2）中当学生端浏览器载入学生编辑器，运行服务器会自动获取学生编辑器内代码的语言类型，然后在学生编辑器内载入相应的语言插件，使学生编辑器能支持当前语言。本教学系统支持多种语言教学和编程，使用自由、灵活，授课范围更广；学生操作时，只需直接进行编程，系统会自动切换支持当前语言的语言插件，无需人为切换语言环境，进而保证代码的正常运行和结果的正常显示，节省操作步骤，使用更加方便。

进一步地，步骤（2）中，当运行服务器在学生编辑器内载入相应的语言插件后，输入的代码会根据其所属的语言类型对代码的关键字颜色、段落缩进格式进行自动调整，还会自动补齐代码中的括号。关键字颜色调整后方便区分语言类型，而段落缩进格式自动调整、括号自动补齐后，保证代码整齐显示，也方便检查错误。

进一步地，所述步骤（4）中代码在学生代码运行窗显示运行结果如下：

（a）自动弹出和自动隐藏，点击运行后，会自动弹出学生代码运行窗并显示运行结果，一段时间后又自动隐藏学生代码运行窗；

（b）支持多种结果的展示，当输入的代码属于Java、C、C++语言时，输出的结果是文本格式；当输入的代码属于sql语言时，输出结果是表格，当输入的代码属于html、css、js语言时，输出结果是网页；

（c）当输入的代码属于Java、C、C++语言时，且文本格式为可输入格式时，学生代码运行窗会监控用户的输入，获取本次输入的内容，并将该内容传输至运行服务器，运行服务器将该内容在代码中运行，并将结果反馈回学生代码运行窗中输出。

步骤（a）可在编写代码时减小学生代码运行窗的空间占用，方便代码编写操作；步骤（b）可实现对各种语言代码的正常运行和显示；所述步骤（c）中当输入的代码属于Java、C、C++语言时，且文本格式为可输入格式时，学生可在代码运行窗内输入信息，根据输出结果验证代码是否正确。

进一步地，所述步骤（2）中，所述教师可在教学界面上增加或删除学生名单，运行服务器可根据此次操作，对运行服务器内部的学生名单进行相应的修改，进而改变学生的访问权限。该设置可实现教师对学生的访权限的修改。

进一步地，所述运行服务器置于一运行容器内，在步骤（4）中点击运行后，学生编辑器将代码传输至运行容器内的运行服务器运行，然后把运行的结果传输至学生代码运行窗内显示。如果某段代码存在病毒、木马等危险，只会影响本次运行的运行容器，对其它用户的运行不会产生影响，使用更加安全。

综上所述，本发明中，学生可对教师正在讲解的内容进行编写验证，加深记忆，教师可远程协助学生编写，提高了教学质量。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的部分原理框图；

图3为本发明的运行服务器向教师端浏览器端发送学生编辑器、学生代码运行窗及其内容的原理框图；

图4为本发明的运行服务器在学生编辑器载入语言插件的原理框图；

图5为本发明的学生编辑器和所支持的语言插件结构示意图；

图6为本发明的代码运行和建立运行容器过程的原理框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1-6所示，一种云教学系统，包括运行服务器、浏览器、编辑器、代码运行窗及教学界面。浏览器包括教师端浏览器和学生端浏览器，编辑器包括学生编辑器和教师编辑器，代码运行窗包括学生代码运行窗和教师代码运行窗。

所述教师编辑器、教师代码运行窗显示于教学界面，教学界面还包括可显示内容和案例的区域。内容和案例包括案例讲解、练习内容及难点分析等。且教师编辑器、教师代码运行窗、学生编辑器及学生代码运行窗可根据需要进行隐藏和显示。运行服务器部署在云端，当浏览器发送代码过来，运行服务器会自动执行编译、运行等工作，并且捕获运行过程中的输出信息发送回浏览器。对于运行结果为可输入的代码，例如Java等，运行服务器会智能组塞住代码的运行等待浏览器再次发送输入信息过来，将输入信息设置进运行服务器的本代码进程，然后捕获输出发送回去。本系统在HTML5的websocket技术基础上实现，使得运行服务器可以向浏览器进行实时消息的推送。以此技术为基础，扩展实现多种系统专用协议指令，如（i）支持代码运行的指令，包括运行指令、输入输出指令等。（ii）支持实时协同的指令，包括编辑器中的键盘录入、删除、选中等各种效果的实时推送。（iii）基于师生关系的教学系统管理指令，包括教师在教学过程中的公告、学生加入、踢出、查看学生、对学生代码进行监控等。本系统支持Java、C、C++、Sql、Html、JavaScript、Css等多种语言的编程和运行。具体操作步骤如下：

（1）教师通过浏览器登入教学系统，形成教师端浏览器；学生通过浏览器登入教学系统，形成学生端浏览器；而登入浏览器的方式可以是手机登入，也可是电脑登入，只要能上网即可，该登入方式为现有的登入方式，如输用户名和密码。

（2）云端的运行服务器自动加载教学界面至教师端浏览器；运行服务器还自动加载学生编辑器、学生代码运行窗及教学界面至学生端浏览器。同时所述运行服务器还自动加载上一次教学内容至教学界面，当然也可根据需要对学生编辑器和学生代码运行窗的内容也进行加载。如图4所示，而当学生端浏览器载入学生编辑器，或者学生向学生编辑器输入代码时，运行服务器会自动获取当前学生编辑器内代码的语言类型，然后在学生编辑器内载入相应的语言插件，实现对学生编辑器语言模式的切换，使学生编辑器能支持当前语言。当运行服务器在学生编辑器内载入相应的语言插件后，输入的代码会根据其所属的语言类型对代码的关键字颜色、段落缩进格式进行自动调整，还会自动补齐代码中的括号。例如java代码的class是关键字显示为黄色，而sql的select是关键字显示为黄色。java代码按回车，会自动产生两个空格的缩进，而sql语言的回车不会产生缩进。java的大括号{、小括号(等会自动产生补齐，即输入左的时候右括号也会自动输入，而html语言则会自动补齐尖括号<>，这是由不同语言的特色决定的。我们通过在学生编辑器上增加插件来实现以上特征，如图5所示，所述插件包括Clike插件、spl插件、java插件及html插件。运行服务器还自动加载登入教学系统的学生名单至教师端浏览器；所述教师可在教学界面上增加或删除学生名单，运行服务器可根据此次操作，对运行服务器内部的学生名单进行相应的修改，进而改变学生的访问权限。

（3）教师可在教师端浏览器上对教学界面进行操作，学生端浏览器上的教学界面也会进行同步，即教师在教学界面上的操作，所有学生都能看到；而教师可在教师端浏览器上对教学界面进行操作的内容包括以下三个操作步骤：

（a）当教师在教学界面上选择练习模式时，运行服务器自动加载教师编辑器和教师代码运行窗至教学界面；当教师在教师端浏览器的教师编辑器内编写代码，点击运行后，该代码内容会在教师代码运行窗内显示运行结果；此时所有学生都能看到老师编写代码的一举一动，包括运行结果。

（b）教师可在教学界面上选择需讲解的知识和案例，运行服务器会自动加载需讲解的案列和内容至教学界面上，学生也能在学生浏览器上看到需讲解的知识和案例；同时教师可切换知识和案例，此时所有学生都会被同步切换。教师对一个知识和案例讲解完毕之后，可可将知识和案例切换到本知识下的练习，让所有学生进行课堂练习。

（4）学生可在学生端浏览器内的学生编辑器编写代码，点击运行后，代码内容会在学生端浏览器内的学生代码运行窗内显示运行结果。再者，如图6所示，由于代码的安全性要求，我们设计了云计算+容器技术的运行架构，在云端产生一个运行容器，所有的运行服务器都被放置到一个运行容器里面运行，如果某段代码存在病毒、木马等危险，只会影响本次运行的运行容器，对其它用户的运行不会产生影响。在步骤（4）中点击运行后，学生编辑器会将代码传输至运行容器内的运行服务器，然后把运行服务器的运行结果返回至学生代码运行窗内显示。一方面从安全出发，另一方面，隔离也是从业务出发，例如sql语言要查询数据库，我们必须让每个用户的数据库的数据之间是互相不影响的。

如图2所示，所述步骤（4）中代码在学生代码运行窗显示运行结果如下：

（a）自动弹出和自动隐藏，点击运行后，学生端浏览器获取代码并将代码发送给运行服务器，并监听运行服务器的运行结果，然后学生端浏览器将该运行结果输出到学生代码运行窗；且该学生代码运行窗的显示过程为接收到信息后，自动弹出学生代码运行窗并显示运行结果，一段时间后又自动隐藏学生代码运行窗；该一段时间的时间长度可自由设置，在本实施例中设置为30秒，而在其他实施例中可为0-29秒或者30秒以上；即30秒后运行服务器向学生代码运行窗发送结束信号，学生代码运行窗接收到该信号后结束本次运行。

（b）支持多种结果的展示，而当输入的代码属于Java、C、C++语言时，输出的结果是文本格式；当输入的代码属于sql语言时，输出结果是表格，当输入的代码属于html、css、js语言时，输出结果是网页；

（c）当输入的代码属于Java、C、C++语言时，且文本格式为可输入格式时，学生代码运行窗会监控用户的输入，获取本次输入的内容，并将该输入内容发送给运行服务器，运行服务器将该内容在代码中运行，并将结果反馈回学生代码运行窗中输出，并将该结果附加到原输出的后面。

而步骤（3）中的教师编辑器和教师代码运行窗的结构、运行过程及语言模式的切换过程，均与学生编辑器和学生代码运行窗的结构、运行过程及语言模式的切换过程类似，此处不再赘述。

（5）在学生做练习的过程中，教师可点击学生名单中的任意一名学生，运行服务器会将该名学生对应的学生端浏览器上的学生编辑器、学生代码运行窗及学生编辑器和学生代码运行窗的内容传输至教师端浏览器，教师可在教师端浏览器对该学生编辑器内的代码进行修改，进而实现监控该名学生代码编写过程，并可在学生碰到问题时对他的代码进行协同编写，增强师生互动，有利于学生成绩的提高。如图3所示，教师端的学生代码编辑器会监听教师的每一次的操作，组成新增、删除。光标移动、选中等多种操作业务，然后把这些操作业务发送给运行服务器，运行服务器会转发到协同方，该协同方即为教师点击学生的学生端浏览器，协同方的学生代码编辑器会解析该操作业务，并同步到学生端浏览器的学生编辑器内；同理，当学生在学生端浏览器的学生编辑器内编写代码时，教师端浏览器中的学生编辑器也会进行同步，此时的协同方为教师端浏览器。而教师在教师端浏览器内的教师编辑器编写代码时，学生端浏览器的同步过程也与上述同步过程类似，而此时的协同方为学生端浏览器。具体代码的协同过程如图1所示，协同方是相对而言的，当操作方为教师端浏览器，则协同方为学生浏览器；反之，操作方为学生端浏览器时，协同方就为教师端浏览器。当代码开始运行、接收输入、产生输出、运行结束等操作业务发生的时候，运行服务器都会调用实时协议，将这些业务消息发送给协同方，这样协同方的编辑器和代码运行窗也会实时反映出同样的消息。

本系统将编程操作搬到云端，去除对本机环境的依赖，使得学生能随时随地的进行编程实践，同时通过云同步技术，使得老师和学生能在网上进行实时互动，极大的提高教学效率，真正实现面向编程的翻转课堂教学模式。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种云教学系统，包括下述操作步骤：

（1）教师和学生均通过浏览器登入教学系统，进而形成教师端浏览器和学生端浏览器；

（2）运行服务器自动加载教学界面至教师端浏览器；运行服务器自动加载学生编辑器、学生代码运行窗及教学界面至学生端浏览器；运行服务器自动加载登入教学系统的学生名单至教师端浏览器；

（3）教师可在教师端浏览器上对教学界面进行操作，学生端浏览器上的教学界面也会进行同步；

（4）学生可在学生端浏览器内的学生编辑器编写代码，点击运行后，代码内容会在学生代码运行窗内显示运行结果；

（5）教师可点击学生名单中的任意一名学生，运行服务器会将该名学生对应的学生端浏览器上的学生编辑器和学生代码运行窗及其内容传输至教师端浏览器，教师可在教师端浏览器对该学生编辑器内的代码进行修改。

2.根据权利要求1所述的云教学系统，其特征在于：所述步骤（3）中，教师可在教师端浏览器上对教学界面进行操作的内容包括：

（a）当教师在教学界面上选择练习模式时，运行服务器自动加载教师编辑器和教师代码运行窗至教学界面；教师可在教师端浏览器的教师编辑器内编写代码，点击运行后，该代码内容会在教师代码运行窗内显示运行结果；

（b）教师可在教学界面上选择需讲解的知识和案例，运行服务器自动加载需讲解的案列和内容至教学界面上。

3.根据权利要求2所述的云教学系统，其特征在于：所述步骤（2）中，所述运行服务器还自动加载上一次教学内容至教学界面和/学生编辑器。

4.根据权利要求1所述的云教学系统，其特征在于：所述步骤（2）中当学生端浏览器载入学生编辑器，运行服务器会自动获取学生编辑器内代码的语言类型，然后在学生编辑器内载入相应的语言插件，使学生编辑器能支持当前语言。

5.根据权利要求4所述的云教学系统，其特征在于：步骤（2）中，当运行服务器在学生编辑器内载入相应的语言插件后，输入的代码会根据其所属的语言类型对代码的关键字颜色、段落缩进格式进行自动调整，还会自动补齐代码中的括号。

6.根据权利要求1所述的云教学系统，其特征在于：所述步骤（4）中代码在学生代码运行窗显示运行结果如下：

（a）自动弹出和自动隐藏，点击运行后，会自动弹出学生代码运行窗并显示运行结果，一段时间后又自动隐藏学生代码运行窗；

（b）支持多种结果的展示，当输入的代码属于Java、C、C++语言时，输出的结果是文本格式；当输入的代码属于sql语言时，输出结果是表格，当输入的代码属于html、css、js语言时，输出结果是网页；

（c）当输入的代码属于Java、C、C++语言时，且文本格式为可输入格式时，学生代码运行窗会监控用户的输入，获取本次输入的内容，并将该内容传输至运行服务器，运行服务器将该内容在代码中运行，并将结果反馈回学生代码运行窗中输出。

7.根据权利要求1所述的云教学系统，其特征在于：所述步骤（2）中，所述教师可在教学界面上增加或删除学生名单，运行服务器可根据此次操作，对运行服务器内部的学生名单进行相应的修改，进而改变学生的访问权限。

8.根据权利要求1所述的云教学系统，其特征在于：所述运行服务器置于一运行容器内，在步骤（4）中点击运行后，学生编辑器将代码传输至运行容器内的运行服务器运行，然后把运行的结果传输至学生代码运行窗内显示。