CN110928536A - 一种图形化编程作品在线评测装置、系统及方法 - Google Patents

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杨超
孟令龙
付佩佩
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Abstract

本发明公开一种图形化编程作品在线评测装置、系统及方法，评测装置的用户操作前端管理和上传图形化编程作品，接收和显示评测结果；数据处理后端：接收和处理图形化编程作品，对图形化编程作品进行评测，并将评测结果进行保存和返回用户操作前端。图形化编程作品保存为内含抽象语法树的文档格式；根据抽象语法树，对图形化编程作品的计算思维进行评测，采用McCabe度量法对圈复杂度进行评测，采用Halstead度量法对独立bug数、时间花费、工作量、难度、总操作数进行评测。本发明用户在完成编程后能够实时的上传作品评测，方便查看和管理用户情况，发现编程易错点，有针对性的教学，提高用户编程能力。

Description

一种图形化编程作品在线评测装置、系统及方法
技术领域
本发明涉及图形化编程领域，具体涉及一种图形化编程作品的评测装置、系统及方法。
背景技术
随着对人工智能的大力发展，计算机编程作为其内容重要的一环，己经开始逐步走进学校课程，学习图形化编程语言成为信息技术的课程的一部分。但是，如何评定图形化编程作品在计算思维概念中的表现，如何利用编程语言发展学生的计算思维能力，对教学者来说尚有一定的难度。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种图形化编程作品在线评测装置、系统及方法，自动对图形化编程作品进行评测，协助教学工作。
本发明的技术方案是：一种图形化编程作品在线评测装置，包括：
用户操作前端：管理和上传图形化编程作品，接收和显示评测结果；
数据处理后端：接收和处理图形化编程作品，对图形化编程作品进行评测，并将评测结果进行保存和返回用户操作前端。
进一步地，所述数据处理后端包括：
服务器：采用spring框架接收和处理图形化编程作品，对图形化编程作品进行评测，并将评测结果返回用户操作前端；
数据库：对评测结果进行保存。
进一步地，服务器使用rabbitmq作为消息队列。
进一步地，用户操作前端管理和上传用户相关数据；数据处理后端保存用户相关数据。
本发明的技术方案还包括一种图形化编程作品在线评测系统，配置于用户操作前端，包括：
作品管理模块，对图形化编程作品进行删除、下载和修改操作；
作品上传与评测模块，对图形化编程作品进行上传操作；
评测结果展示模块，获取并展示图形化编程作品评测结果；
注册登录模块，用户注册登录操作；
用户管理模块，对用户信息进行修改、添加、修改密码操作。
本发明的技术方案还包括一种图形化编程作品在线评测方法，运行于数据处理后端，包括：
图形化编程作品保存为内含抽象语法树的文档格式；
根据抽象语法树，对图形化编程作品的计算思维进行评测，采用McCabe度量法对圈复杂度进行评测，采用Halstead度量法对独立bug数、时间花费、工作量、难度、总操作数进行评测。
进一步地，对计算思维进行评测包括抽象和问题解决、并行、逻辑、流控制、用户交互性、数据表示、同步七个维度的评测。
进一步地，
对抽象和问题解决的评测包括：检测使用脚本数量和角色数量，是否使用过程，是否使用克隆或者使用队列；
对并行的评测包括：检测是否点击绿色旗帜执行两条命令，是否点击一个角色执行两条指令，是否使用广播接收使得两段脚本同时执行；
对逻辑思维的评测包括：检测是否使用if块，是否使用if-else块，是否使用逻辑运算或使用递归；
对同步性的评测包括：检测是否等待，是否使用广播，当收到消息时是否停止所有、停止程序或停止角色执行块；是否使用等待直到背景改变，是否使用广播并等待；
对顺序控制的评测包括：检测是否使用顺序指令块，是否重复无线循环，是否使用Until循环；
对用户交互的评测包括：检测是否点击绿色旗帜，是否按键点击角色，是否询问和等待，是否使用鼠标指令块，是否使用摄像头或麦克风；
对数据表示的评测包括：检测对应角色属性，是否使用变量，是否使用列表。
进一步地，对抽象和问题解决评测的是否使用队列具体包括：
遍历抽象语法树过程，检查各块中是否包含使用插入到列表尾部和从列表头部删除，若是则说明使用了队列。
进一步地，对逻辑思维评测的是否使用递归具体包括：
判断是否使有同一个自定义的Blocks的调用，若是则说明使用了递归。
本发明提供的图形化编程作品在线评测装置、系统及方法，结合用户使用图形化编程平台的实际需要，搭建图形化编程作品在线评测系统，用户在完成编程后能够实时的上传作品评测，方便查看和管理用户情况，发现编程易错点，有针对性的教学，提高用户编程能力。
附图说明
图1是本发明具体实施例一系统框架图。
图2是本发明具体实施例二系统结构示意框图。
图3是本发明具体实施例三方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。
实施例一
如图1所示，本发明结合用户使用图形化编程平台的实际需要，对图形化编程平台进行修改和进一步扩展，使其可以调用网站登录、上传作品、下载作品服务等基础服务API。将修改后的项目源代码进行编译，生成修改后的pi文件，再将pi文件由特定的JS播放器在HTML中进行展示，最终为学生提供在一个界面美观、功能齐全的在线版编程平台。
具体地，本实施例提供一种图形化编程作品在线评测装置，包括用户操作前端和数据处理后端。
用户操作前端：管理和上传图形化编程作品，接收和显示评测结果。数据处理后端：接收和处理图形化编程作品，对图形化编程作品进行评测，并将评测结果进行保存和返回用户操作前端。
其中，数据处理后端包括服务器和数据库。服务器采用spring框架接收和处理图形化编程作品，对图形化编程作品进行评测，并将评测结果返回用户操作前端。数据库对评测结果进行保存。
另外考虑到作品上传和提交会集中到某一时段，突发性高，并发量大，因此服务器使用rabbitmq作为消息队列，结合分布式任务队列框架Celery对图形化编程作品进行异步评测。用户在上传作品后，并非传统同步阻塞的方式调用评测工具立即进行评测，而是将该作品的地址传入消息队列，Celery框架能够自动从消息队列取出文件地址评测，待评测结束后，再将评测结果再存入数据库。经过测试，异步评测的设计可以承受较大的并发量，能够应付短时间内突发的评测请求。
本实施例中，用户操作前端还管理和上传用户相关数据；数据处理后端还保存用户相关数据。可实现用户信息的高效便捷管理。
需要说明的是，服务器采用Nginx服务器，数据库为MySQL数据库。该架构业务逻辑层中主要包括与用户相关、作品相关、教师管理相关等页面的逻辑和系统所需API的逻辑处理；数据存取层(Model)层与数据库对接，负责处理与数据相关的功能。系统使用MySQL数据库存储系统系统和用户的各类数据。表现层基于React、HTML5、CSS和Javascript，负责如何把页面展示给用户。
实施例二
如图2所示，本实施例提供一种图形化编程作品在线评测系统，配置于用户操作前端，根据具体功能的不同，分为五个模块：作品管理模块、作品上传与评测模块、注册登录模块、评测结果展示模块和用户管理模块。
作品管理模块负责对图形化编程作品进行删除、下载和修改操作；作品上传与评测模块负责对图形化编程作品进行上传操作；评测结果展示模块负责获取并展示图形化编程作品评测结果；注册登录模块负责用户注册登录操作；用户管理模块负责对用户信息进行修改、添加、修改密码操作。其中，以班级学生为例，用户管理模块为教师设计，可进行班级信息的修改、添加学生、修改学生信息、修改学生密码。
需要说明的是，用户信息和评测结果保存在数据库，以学生为例，数据库中可保存有学生信息表、班级信息表、教师信息表、作品信息表、评测结果信息表。
实施例三
如图3所示，本实施例提供一种图形化编程作品在线评测方法，运行于数据处理后端，实现对图形化编程作品的评测。
包括以下步骤：
S1，图形化编程作品保存为内含抽象语法树的文档格式；
S2，根据抽象语法树，对图形化编程作品的计算思维进行评测，采用McCabe度量法对圈复杂度进行评测，采用Halstead度量法对独立bug数、时间花费、工作量、难度、总操作数进行评测。
需要说明的是，计算思维是指人类利用计算机的方法和模型求解问题的能力。本实施例对对计算思维进行评测包括抽象和问题解决、并行、逻辑、流控制、用户交互性、数据表示、同步七个维度的评测。根据作品在这些维度的表现，获得各自不同的得分，最终各个维度的得分相加求和得出该作品的总得分。为细化各维度的评判标准、增加评分的准确性，在各维度设定不同能力等级，如下表所示；
表1各维度能力等级评价表
Figure BDA0002303327490000061
因此，本实施例中对抽象和问题解决的评测包括：检测使用脚本数量和角色数量，是否使用过程，是否使用克隆或者使用队列。对并行的评测包括：检测是否点击绿色旗帜执行两条命令，是否点击一个角色执行两条指令，是否使用广播接收使得两段脚本同时执行。对逻辑思维的评测包括：检测是否使用if块，是否使用if-else块，是否使用逻辑运算或使用递归。对同步性的评测包括：检测是否等待，是否使用广播，当收到消息时是否停止所有、停止程序或停止角色执行块；是否使用等待直到背景改变，是否使用广播并等待。对顺序控制的评测包括：检测是否使用顺序指令快，是否重复无线循环，是否使用Until循环。对用户交互的评测包括：检测是否点击绿色旗帜，是否按键点击角色，是否询问和等待，是否使用鼠标指令块，是否使用摄像头或麦克风。对数据表示的评测包括：检测对应角色属性，是否使用变量，是否使用列表。
每个操作对应一种接口或一种命令，检测对应的接口或命令即可对各维度进行检测。
如根据队列的概念，当程序中一个列表使用插入到列表尾部或者从列表头部删除等操作，即判断使用了队列。因此对抽象和问题解决评测的是否使用队列具体包括：遍历抽象语法树过程，检查各块中是否包含使用插入到列表尾部和从列表头部删除，若是则说明使用了队列。
判断程序中是否使用列表的算法中append_to_list、in_sert_to_list、delete_of_list和root分别表示分别表示将元素加到列表末尾、插入元素到列表的某个位置、删除在某个位置的元素和AST根的语法规则。布尔类型变量if_ust_stk_or_Q、集合list_set分别表示判断的结果和己经执行过插入到尾部的列表结合。在遍历抽象语法树过程中，检查各个块中填写的参数内容，根据他们的值，更新集合list_set和结果if_use_stk_or_Q。如果包含append_to_list、in_sert_to_list或delete_of_list，更新if_use_stk_or_Q的值。如果输出值if_use_stk_or_Q为真，则说明该作品中使用到列表，根据评分表，可以在数据表示维度获得最高分3分。
对逻辑思维评测的是否使用递归具体包括：判断是否使有同一个自定义的Blocks的调用，若是则说明使用了递归。具体的，procedure_def、call和root分别表示定义一个过程、调用过程和AST根的语法规则。使用变量if_use_recursion、procname和callname表示判断的结果、过程名和调用函数中的名称。如果输出值if_use_recursion为真，则说明该作品中使用到了递归，根据评分表，可以在逻辑思维这一维度可以得到最高分3分。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种图形化编程作品在线评测装置，其特征在于，包括：
用户操作前端：管理和上传图形化编程作品，接收和显示评测结果；
数据处理后端：接收和处理图形化编程作品，对图形化编程作品进行评测，并将评测结果进行保存和返回用户操作前端。
2.根据权利要求1所述的图形化编程作品在线评测装置，其特征在于，所述数据处理后端包括：
服务器：采用spring框架接收和处理图形化编程作品，对图形化编程作品进行评测，并将评测结果返回用户操作前端；
数据库：对评测结果进行保存。
3.根据权利要求2所述的图形化编程作品在线评测装置，其特征在于，服务器使用rabbitmq作为消息队列。
4.根据权利要求2或3所述的图形化编程作品在线评测装置，其特征在于，用户操作前端管理和上传用户相关数据；数据处理后端保存用户相关数据。
5.一种图形化编程作品在线评测系统，其特征在于，配置于用户操作前端，包括：
作品管理模块，对图形化编程作品进行删除、下载和修改操作；
作品上传与评测模块，对图形化编程作品进行上传操作；
评测结果展示模块，获取并展示图形化编程作品评测结果；
注册登录模块，用户注册登录操作；
用户管理模块，对用户信息进行修改、添加、修改密码操作。
6.一种图形化编程作品在线评测方法，其特征在于，运行于数据处理后端，包括：
图形化编程作品保存为内含抽象语法树的文档格式；
根据抽象语法树，对图形化编程作品的计算思维进行评测，采用McCabe度量法对圈复杂度进行评测，采用Halstead度量法对独立bug数、时间花费、工作量、难度、总操作数进行评测。
7.根据权利要求6所述的图形化编程作品在线评测方法，其特征在于，对计算思维进行评测包括抽象和问题解决、并行、逻辑、流控制、用户交互性、数据表示、同步七个维度的评测。
8.根据权利要求7所述的图形化编程作品在线评测装置，其特征在于，
对抽象和问题解决的评测包括：检测使用脚本数量和角色数量，是否使用过程，是否使用克隆或者使用队列；
对并行的评测包括：检测是否点击绿色旗帜执行两条命令，是否点击一个角色执行两条指令，是否使用广播接收使得两段脚本同时执行；
对逻辑思维的评测包括：检测是否使用if块，是否使用if-else块，是否使用逻辑运算或使用递归；
对同步性的评测包括：检测是否等待，是否使用广播，当收到消息时是否停止所有、停止程序或停止角色执行块；是否使用等待直到背景改变，是否使用广播并等待；
对顺序控制的评测包括：检测是否使用顺序指令块，是否重复无线循环，是否使用Until循环；
对用户交互的评测包括：检测是否点击绿色旗帜，是否按键点击角色，是否询问和等待，是否使用鼠标指令块，是否使用摄像头或麦克风；
对数据表示的评测包括：检测对应角色属性，是否使用变量，是否使用列表。
9.根据权利要求8所述的图形化编程作品在线评测方法，其特征在于，对抽象和问题解决评测的是否使用队列具体包括：
遍历抽象语法树过程，检查各块中是否包含使用插入到列表尾部和从列表头部删除，若是则说明使用了队列。
10.根据权利要求8所述的图形化编程作品在线评测方法，其特征在于，对逻辑思维评测的是否使用递归具体包括：
判断是否使有同一个自定义的Blocks的调用，若是则说明使用了递归。
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