楊曉燕

摘要：新工程教育要求教育工作者要面向新需求，面向新技術(shù)，通過(guò)校企合作，充分利用教學(xué)新理念、新模式提升學(xué)生就業(yè)技術(shù)水平和社會(huì)適應(yīng)能力，滿足新經(jīng)濟(jì)對(duì)高校學(xué)生的新要求。本文討論基于虛擬化和云端技術(shù)的在線編程技術(shù)，通過(guò)在線編程，實(shí)現(xiàn)編程教學(xué)過(guò)程的參與、分項(xiàng)、整合和互動(dòng)，同時(shí)充分利用云端資源，增強(qiáng)學(xué)生編程興趣和編程能力。

關(guān)鍵詞：虛擬化;云端技術(shù);在線編程技術(shù)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2018）08-0079-04

“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略就是利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，利用信息通信技術(shù)，把互聯(lián)網(wǎng)和包括傳統(tǒng)行業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)結(jié)合起來(lái)，在新的領(lǐng)域創(chuàng)造一種新的生態(tài)。比如，傳統(tǒng)集市+互聯(lián)網(wǎng)有了淘寶，傳統(tǒng)百貨賣場(chǎng)+互聯(lián)網(wǎng)有了京東，傳統(tǒng)金融+互聯(lián)網(wǎng)有了支付寶，傳統(tǒng)交通+互聯(lián)網(wǎng)有了滴滴打車。所以我們相信，傳統(tǒng)的教育模式與理念+互聯(lián)網(wǎng)+云平臺(tái)，將會(huì)為程序開發(fā)類實(shí)訓(xùn)教學(xué)創(chuàng)新帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

云平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境云端部署，客戶端無(wú)需安裝和維護(hù);實(shí)驗(yàn)云端運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果客戶端實(shí)時(shí)顯示，學(xué)生和教師基于云端可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程一體化互動(dòng)，特別是在各大OJ、PTA及ACM，在Java在線編程和評(píng)判存在很大局限的情況下，研究基于Java的云平臺(tái)更為有意義，尤其是為復(fù)雜的企業(yè)級(jí)開發(fā)開辟了新的技術(shù)路線。

“互聯(lián)網(wǎng)+”混合教改新理念

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在已經(jīng)是無(wú)處不在，各學(xué)校的Wi-Fi建設(shè)也成為校園建設(shè)的標(biāo)配?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”課堂意即讓互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)課堂，鼓勵(lì)學(xué)生帶手機(jī)與筆記本電腦來(lái)上課，允許學(xué)生在課堂上通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、云平臺(tái)和教師實(shí)時(shí)互動(dòng)和探索，學(xué)會(huì)與手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)在課堂上“和平共處、取長(zhǎng)補(bǔ)短”。網(wǎng)絡(luò)給課堂教學(xué)帶來(lái)了巨大的沖擊與挑戰(zhàn)，參與式、混合式學(xué)習(xí)已經(jīng)滲透到校園與課堂。而如何將基于課堂的系統(tǒng)學(xué)習(xí)與基于網(wǎng)絡(luò)的混合式、分享式、參與式學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，是教師面臨的全新挑戰(zhàn)。王世剛指出，創(chuàng)客教育與新建構(gòu)主義教學(xué)法不謀而合，創(chuàng)客們堅(jiān)守創(chuàng)新、持續(xù)實(shí)踐、樂(lè)于分享，充分體現(xiàn)了新建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理念，他們是在“做出”這個(gè)最高層次進(jìn)行分享式學(xué)習(xí)的典型代表。

在新建構(gòu)主義理論基礎(chǔ)上，我們還提出了知識(shí)的三級(jí)結(jié)構(gòu)理論與知識(shí)嫁接學(xué)說(shuō)，對(duì)教與學(xué)的本質(zhì)進(jìn)行了全新的探討。王竹立在論文中對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的教與學(xué)進(jìn)行了全方位的描述與思考。有學(xué)者稱新建構(gòu)主義為“21世紀(jì)以來(lái)中國(guó)遠(yuǎn)程教育理論創(chuàng)新花圃中的‘一枝紅杏”。這代表了未來(lái)課程改革的一個(gè)重要方向，即未來(lái)學(xué)校課程改革的總體思路應(yīng)是：突破教材大綱，連通課堂網(wǎng)絡(luò)，消弭學(xué)科邊界，實(shí)現(xiàn)個(gè)性目標(biāo)，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

國(guó)內(nèi)外在線編程研究現(xiàn)狀

1.技術(shù)原理研究

在線編程的原理比較復(fù)雜，因?yàn)槠渖婕癢eb前端以及后端編譯系統(tǒng)。Web前端需要提供用戶代碼錄入，行號(hào)、高亮語(yǔ)法、自動(dòng)補(bǔ)全功能。并需要使用異步更新（Ajax）的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能。后端編譯系統(tǒng)接收到用戶的代碼，并調(diào)用正確的編譯器進(jìn)行編譯，再將結(jié)果返回前端進(jìn)行顯示。

2.技術(shù)需求

方便：無(wú)論何時(shí)何地，打開網(wǎng)址，就可以進(jìn)行代碼編寫。更可以將現(xiàn)有代碼拷貝過(guò)去運(yùn)行驗(yàn)證結(jié)果，是驗(yàn)證代碼，學(xué)習(xí)語(yǔ)言、算法的快捷工具。而且再也不用像以前那樣，為了編寫一點(diǎn)程序，就必須在自己電腦上安裝很大的軟件，配置非常復(fù)雜的環(huán)境。

跨平臺(tái)：無(wú)論是使用Windows、Mac、Linux還是使用安卓平板、iPad，都可以進(jìn)行在線編程，而且編程語(yǔ)言可以是任何語(yǔ)言，在iPad上編寫Java代碼是件很輕松的事。

集成性：所有的在線編程的編程語(yǔ)言網(wǎng)站都支持多種語(yǔ)言的編譯或解釋，具有較強(qiáng)的集成性，是傳統(tǒng)IDE無(wú)法比擬的。

3.國(guó)外技術(shù)實(shí)現(xiàn)

Codecademy：支持JavaScript、HTML和CSS這三種語(yǔ)言，自2012年7月31日起，用戶還能夠在網(wǎng)站上找到新添的Python語(yǔ)言課程。網(wǎng)站支持五種語(yǔ)言的版本，五種語(yǔ)言包括中文、俄語(yǔ)、日語(yǔ)、西班牙語(yǔ)和德語(yǔ)。

Anycodes：該網(wǎng)站智能支持中英韓三種語(yǔ)言，并且支持九種編程語(yǔ)言，如C/C++/Java/PHP等，支持多文件、標(biāo)準(zhǔn)輸入、命令行參數(shù)、語(yǔ)法高亮、代碼可折疊，支持全屏模式及代碼下載，其中MATLAB語(yǔ)言支持圖像化輸出，該平臺(tái)還有對(duì)應(yīng)的手機(jī)客戶端（在線編程），可以用手機(jī)寫代碼，同時(shí)還擁有對(duì)應(yīng)的微信平臺(tái)等功能。該網(wǎng)站比較簡(jiǎn)潔，使用起來(lái)也很方便，響應(yīng)速度較快。

Ideone：該網(wǎng)站支持英文，支持包括C++、Java、Java Script等40多種編程語(yǔ)言，且含有代碼demo，供初學(xué)者學(xué)習(xí)。其缺點(diǎn)是使用不夠簡(jiǎn)潔，且響應(yīng)速度較慢。

4.國(guó)內(nèi)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

ITBegin-在線云教學(xué)平臺(tái)，集成了課程資源、在線編程、在線運(yùn)行、師生互動(dòng)等多項(xiàng)功能。目前已經(jīng)上線了Java、Spring MVC、C、C++、SQL、HTML、CSS、JS等課程。教學(xué)過(guò)程云平臺(tái)化，教師上課很方便，無(wú)需安裝，無(wú)需配置，無(wú)需升級(jí)，只要有網(wǎng)絡(luò)打開瀏覽器就可以使用了。

編程技術(shù)崗位分析

目前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速普及，使得計(jì)算機(jī)類崗位需求缺口非常之大，IT企業(yè)迫切需要具有高水平計(jì)算機(jī)能力的學(xué)生?；ヂ?lián)網(wǎng)應(yīng)用編程領(lǐng)域崗位占比如圖1所示，從圖中可以看出，服務(wù)器端、互聯(lián)網(wǎng)前端及移動(dòng)客戶端需求占比非常之大，居于前列。

在互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)、金融等行業(yè)軟件開發(fā)中，互聯(lián)網(wǎng)后端開發(fā)占據(jù)比重較大，比例分別占到46.4%、40.3%和33.7%。互聯(lián)網(wǎng)前端即網(wǎng)頁(yè)端所見(jiàn)所得的前端框架和瀏覽器，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)容易;而本地Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中涉及復(fù)雜的環(huán)境搭建及配置，一直以來(lái)是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的絆腳石，對(duì)有些學(xué)生來(lái)說(shuō)就是難以逾越的關(guān)口。

互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器端開發(fā)是互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的強(qiáng)大支撐（如上頁(yè)圖2）。隨著技術(shù)的進(jìn)步，SaaS軟件服務(wù)、虛擬化技術(shù)及云計(jì)算的應(yīng)用，也為服務(wù)器開發(fā)在線編程實(shí)訓(xùn)提供技術(shù)上的支持?；谔摂M化技術(shù)的SaaS云平臺(tái)架構(gòu)如圖3所示。

互聯(lián)網(wǎng)+在線編程的目的是將編程操作搬到云端，去除對(duì)本機(jī)環(huán)境的依賴，使得學(xué)生能隨時(shí)隨地進(jìn)行編程實(shí)踐，同時(shí)通過(guò)云同步技術(shù)，使得教師和學(xué)生能在網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，極大地提高教學(xué)效率，真正實(shí)現(xiàn)面向編程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。

在線編程教學(xué)實(shí)踐探索

1.基于項(xiàng)目課在線編程

項(xiàng)目課在線編程是代碼在線編程的升級(jí)版，指在教學(xué)平臺(tái)上直接開發(fā)網(wǎng)站項(xiàng)目并運(yùn)行。項(xiàng)目課在線編程彌補(bǔ)了高校教學(xué)與社會(huì)需求之間的缺口，使得高校能針對(duì)社會(huì)需求設(shè)計(jì)課程體系，如網(wǎng)站開發(fā)、企業(yè)級(jí)開發(fā)、移動(dòng)H5開發(fā)等。

基于項(xiàng)目課在線編程技術(shù)，搭建編程類的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心，項(xiàng)目應(yīng)具有高可用性、高實(shí)踐性、案例的真實(shí)性，同時(shí)具有教學(xué)協(xié)同性和評(píng)判批改的智能性。

技術(shù)框架上，項(xiàng)目課在線編程技術(shù)通過(guò)最前沿的云計(jì)算容器框架來(lái)進(jìn)行支撐，相當(dāng)于每個(gè)客戶端擁有一個(gè)支持網(wǎng)站運(yùn)行的云主機(jī)。

2.在線編程集群化

將教師和學(xué)生在線編碼部署在同一界面中，組建一個(gè)集群式的在線編程教室。這是目前國(guó)內(nèi)乃至國(guó)外在線編程應(yīng)用沒(méi)有涉及到的?，F(xiàn)有的在線編程網(wǎng)站，都是面向自學(xué)的，學(xué)習(xí)起來(lái)容易產(chǎn)生孤單和枯燥感。

在教師的界面上可以看到，中間上半部分是教師編碼窗口，課堂內(nèi)所有學(xué)生均可見(jiàn)，教師演示和運(yùn)行代碼學(xué)生端也完成同步，每個(gè)學(xué)生均獨(dú)享編程環(huán)境（如圖4）。

3.在線編程IDE支持多種語(yǔ)言

不同語(yǔ)言會(huì)自動(dòng)加載不同的體驗(yàn)，體現(xiàn)在關(guān)鍵字高亮、縮進(jìn)格式、補(bǔ)齊等細(xì)節(jié)上。點(diǎn)擊運(yùn)行會(huì)將代碼發(fā)送給服務(wù)端進(jìn)行運(yùn)行，在右邊輸出運(yùn)行結(jié)果。運(yùn)行結(jié)果跟IDE一樣，也自動(dòng)支持各種語(yǔ)言格式。

4.實(shí)時(shí)協(xié)同

教師點(diǎn)擊右邊學(xué)生列表，每次可查看一名學(xué)生的編碼窗口，可以運(yùn)行學(xué)生編碼。如果學(xué)生有錯(cuò)誤和問(wèn)題，點(diǎn)擊求助按鈕，教師可以馬上幫學(xué)生修改。同時(shí)，教師還可以將典型錯(cuò)誤拷貝到教師編碼區(qū)，演示給全體學(xué)生看并進(jìn)行講解。

IDE支持實(shí)時(shí)協(xié)同，即任何輸入、操作、運(yùn)行都能實(shí)時(shí)在另外的終端上展現(xiàn)出來(lái)，用在教學(xué)中，教師可以拿來(lái)做直播教學(xué)，也可以監(jiān)視學(xué)生課堂練習(xí)，甚至為學(xué)生遠(yuǎn)程答疑。

小結(jié)

在線編程技術(shù)提升了計(jì)算機(jī)開發(fā)類課程教學(xué)體驗(yàn)。服務(wù)前端企業(yè)級(jí)開發(fā)屬于開發(fā)領(lǐng)域的高難內(nèi)容，但也是學(xué)生職業(yè)規(guī)劃的高端職位。在服務(wù)端編程中，學(xué)生遭遇的難點(diǎn)在于環(huán)境搭建和項(xiàng)目開發(fā)過(guò)程中種種疑難問(wèn)題難以解決，聯(lián)調(diào)和部署困難，同時(shí)，項(xiàng)目更新和技術(shù)更新比Web前端技術(shù)要困難得多。而基于云端的在線編程可以及時(shí)獲得新技術(shù)、新框架的支持，同時(shí)項(xiàng)目企業(yè)化、項(xiàng)目化，能提升學(xué)生IT企業(yè)級(jí)開發(fā)就業(yè)水平。