基于Python的程序评分软件的设计与实现

    

    

    

    摘要：随着Python越来越受到编程爱好者的青睐，普通高中信息技术教材都采用了Python作为编程语言。但在实际教学过程中，学生编写了很多Python程序，教师如果都进行手工批改，工作量就很大。作者提出使用基于Python的评分软件，可以大大提高教师的工作效率，体现信息技术的优势。

    关键词：Python;程序;评分;黑箱测试

    中图分类号：G434 ?文献标识码：A ?论文编号：1674-2117（2021）02-0077-03

    Python简单易学，功能强大，相比其他语言更容易上手。2020年9月，江苏省正式开始使用高中信息技术新教材，采用的编程语言是Python。学生在学习编程的过程中，写了很多的Python程序需要批改。另外，即使是解决同一个问题，学生的程序也是五花八门，各有特色。因此，对于教师来说，逐个手工批改程序作业，费时费力。

    Python在文本处理、自动化办公等方面有着很大的优势，用很短的代码便可实现一些烦琐工作的自动化处理。因此，本文采用黑箱测试法来评价学生的程序。

    ● 问题描述

    现有若干班级的Python程序等待批改（如图1），每名学生都有一个以学号命名的文件夹，程序文件名都是统一的，所有学生的文件夹都在student目录中。要求批改每名学生的程序，给出评分、程序运行时间以及错误提示信息，形成电子表格。

    ● 准备工作

    学校机房里的计算机都装有Thonny3.2.7，自带Python3.7.7。Thonny的界面简洁明了，适合初学者。系统中安装了常见的第三方库，为了将结果写入电子表格，还安装了openpyxl库。

    ● 软件的设计分析

    本软件的输入信息为学生的Python程序，输出信息为程序评分的结果，包括得分、程序运行时间、程序错误信息。

    Python自带模块subprocess，它可以创建一个子进程，并运行一个外部的程序，正好可以用于测试学生程序。

    学生程序的输入输出都是通过键盘和显示器，subprocess可以将输入输出定义到指定的文件，方便实现批量处理。

    本软件采用黑箱测试法给学生程序评分。通过比对学生程序的输出和教师程序的输出是否相同，来确定学生程序的得分。

    ● 软件的主要代码

    1.获取配置文件信息

    评分软件的文件夹programJudge和学生文件夹在同一目录。

    评分软件的配置文件为programJudge.js，内容如图2所示。

    学生程序名应根据实际的要求改为相应的Python程序名。

    timeout的值是学生程序最长运行时间，本软件设置为3秒。

    class的值是若干个班级的编号。

    将配置文件读入到字典d中，只需一行代码，如图3所示。

    2.获取测试数据

    测试数据和教师标准程序所在文件夹：programJudge/学生程序名/。

    输入文件为：0.in， 1.in， … 由教师自己手工生成。

    标准答案为：0.ans， 1.ans， …由教师程序自动产生。

    获取测试数据getNumOfTestFile（）代码如图4所示。

    该函数将根据顺序编号的输入文件数量返回测试数据数量，同时，根据教师程序生成标准答案，函数myCmd在后面会有说明。

    3.新建工作簿

    新建工作簿是为了收集学生程序的评分信息，代码如图5所示。

    4.枚举学生文件

    枚举学号studID，如果studID的前缀和班级一致，处理该学号（如上页图6）。其中，n为测试数据数量。

    5.学生文件的评分

    根据学号和程序名得到学生文件studFile，如果studFile不存在，得分score为-1，如果存在，分别用n组测试数据测试，如果学生程序的输出文件和标准答案文件相同，那么k自增1。n组数据测试完毕，k*100/n即为本程序的得分，如上页图7所示。

    程序执行时间和错误信息要根据myCmd的返回值而定，代码如图8所示。

    subprocess.run执行完毕后，若是学生程序超时，返回（0，'Timeout'），若是returncode为0，表示正常结束学生程序，返回（执行时间，），否则返回（0，'Error'）。一般是学生程序中存在错误，可在文件testOut中获取错误信息，本软件只取错误信息的最后一行写入表格，方便教师了解学生程序中出现的错误种类。

    ws为新建的工作簿的活动工作表，ws.append可以将一个元组作为行写入工作表中，最终形成所有学生程序评分的一张表格，如图9所示。

    其中，score为-1表示学生程序文件不存在;time单位为ms;error为TimeOut一般是学生程序出现死循环或者算法没有优化;其他错误与Thonny中运行Python程序的错误提示信息是一样的。

    ● 结论

    本文从一线教师的实际需求出发，通过黑箱测试法给学生程序自动评分，利用Python的subprocess模块，获取学生程序执行的其他信息，如执行时间、错误提示信息等，最终得到一张学生程序评分的表格。这样可以让教师及时掌握学生的学习情况，学生也能获得及时的反馈，有利于更好地学习编程。

    参考文献：

    [1]Python3.7. Using the subprocess Module [OL].2020.

    [2]Eric Gazoni，Charlie Clark. openpyxl - A Python library to read/write Excel 2010 xlsx/xlsm files [OL]. 2020.

    作者简介：王晓华（1973—），男，江苏无锡人，教育硕士，中学高级，无锡市第一中学信息技术教师。

    基金项目：本文是江苏省教育科学“十三五”规划2020年度普教立项课题“基于计算思维的高中生設计与智造项目化实践研究”阶段性成果，课题批准文号：D/2020/02/283;2019年江苏省基础教育前瞻性教学改革实验项目“设计与智造：统整理念下高中生学习方式的变革”阶段性成果。