孙红岩 江业峰 王彩霞 孟丹 王瑞 张继亮 刘尚懿
（辽宁科技大学）
一、
随着我国教学改革的不断强化、深入，以及就业单位对毕业生实际动手能力要求越来越高的现实需求，计算机高级语言实验、实践环节越来越受到高校的重视。计算机高级语言的实验主要通过编写用于解决特定问题的计算机高级脚本代码，达到熟悉并掌握计算机高级语言的目的。
传统方式的计算机高级语言实验管理流程，包含教师和学生两种角色，以及实验准备阶段、实验进行阶段和实验评价阶段等三个阶段。
二、设计思路
为了克服上述现有技术的不足，本项目提供了计算机语言的实验系统。其特征在于，包括实验管理单元、实验显示单元、实验存储单元、实验环境单元、实验操作单元、实验操作执行单元。
实验管理单元用于实验题目、实验结果、实验过程的管理，包括：实验题目管理单元，用于教师增加、修改、删除、查看实验题目；实验结果管理单元，用于教师查看学生的实验结果以及实验成绩；实验过程管理单元，用于教师查看学生的实验过程。实验题目由题目编号、题目名称、题目类型、题目内容、题目要求、实验操作前件、实验操作后件、实验数据、实验文件构成。
实验操作由用户编号、题目编号、实验操作内容、版本号构成。
实验操作执行单元用于执行实验操作，其特征是：
先对实验操作进行语法检查、合法性检查，再执行实验操作前件，然后执行实验操作代码，再执行实验操作后件。
三、实现方式
图1所示是一个计算机高级语言实验系统的软件组成图，由实验管理单元、实验显示单元、实验操作单元、实验执行单元、实验存储单元、实验环境单元构成。
其中实验管理单元包含实验题目管理单元、实验过程管理单元和实验结果管理单元。
实验题目管理单元，用于教师增加、修改、删除、查看实验题目。
实验结果管理单元，用于教师查看学生的实验结果以及实验成绩。
图1计算机高级语言实验系统软件组成图
实验过程管理单元，用于教师查看学生的实验过程。
其中实验显示单元包含实验题目显示单元、实验环境显示单元和实验操作反馈信息显示单元。
实验题目显示单元用于显示实验题目的内容，包含实验题目名称、实验题目编号、实验题目背景、实验题目要求、实验题目相关的参考资料等信息。实验题目显示单元支持用户选择查询实验题目。选定实验题目后，实验题目显示单元显示相应的实验题目。
实验环境显示单元用于显示相应的实验题目的实验环境。
实验环境包括实验中用到的文件系统、数据库等。
实验操作反馈信息显示单元是指显示实验执行单元执行实验操作后的反馈信息，反馈信息包括：实验操作执行的结果、实验操作执行过程中产生的异常信息、实验操作的调试信息等。
针对数据库的计算机高级语言，实验操作执行结果可以是一段计算机高级程序执行结果（如一条SELECT语句的查询结果），数据库引擎执行计算机高级语句或程序反馈的信息（如此查询语句涉及n条记录），异常信息（如数据表不存在、被零除、数据截断等）。将这些有用信息反馈给用户可以提高实验效率。
实验操作单元用于实验操作代码编辑和操作实验环境，包括实验操作代码编辑器和图形界面操作单元。
计算机高级语言实验可以通过编写代码和图界面操作两种基本方式完成。
针对数据库编程语言，一般既可以通过扩展计算机高级编程语言，又可以通过图形界面操作方式完成实验。
实验操作代码编辑器用于编辑计算机高级语言的代码，具有语法高亮显示、语法检查等基本功能。图形界面操作单元用于提供操作实验环境的图形操作界面。
一组图形界面操作可以构成一个图形界面操作序列，一个图形界面操作序列可以等价转换为一段计算机高级语言代码。
实验执行单元用于在实验环境中执行实验操作代码和图形界面操作。实验执行单元包括实验操作前件执行单元、实验操作代码执行单元和实验操作后件执行单元。
在执行实验操作代码之前，实验操作前件执行单元判断实验环境是否实验操作的前提要求，满足要求则执行实验操作代码，若实验环境不满足要求，则初始化实验环境，然后再执行实验操作代码。
实验操作代码执行单元用于执行实验操作代码和图形界面操作，将代码和操作应用于实验环境。
在实验操作代码执行成功后，实验操作后件执行单元用于检验试验操作的正确性和有效性，检测执行结果是否与预期目标一致，若一致则返回正确。
实验存储单元用于存储实验题目和实验操作，包括实验题目存储单元和实验操作存储单元。
实验题目存储单元用于从数据库系统和文件系统读写实验题目。
实验操作存储单元用于从数据库系统和文件系统读写实验操作。
实验操作按照用户、实验题目和操作时间组织，可以分别按照用户、实验题目查看用户的实验完成情况。
可以按照操作时间查看用户的实验完成过程，通过对用户实验完成过程的分析可以发现用户遇到的问题、产生的异常，并进一步可以分析是否存在复制代码的可能性。
实验环境单元用于模拟实验环境，包括数据库系统、实验文件、实验数据、编译系统等。
数据库系统用于存储实验题目、实验数据、实验操作过程等。
数据库系统也用于向用户提供数据库形式的实验操作对象。
实验文件用于向用户提供文件形式的实验操作对象。
实验数据是指在实验过程中使用的或产生的实验结果和实验过程数据，以操作系统文件形式存在或存储在数据库中。
编译系统用于编译用户代码和操作并执行。对于高级计算机高级语言的代码，编译系统指高级计算机高级语言对应的编译系统。对于数据库语言的代码，编译系统包含在对应的数据库管理系统中。
实验系统的初始化序列，由以下关键步骤构成。
步骤1：用户通过访问实验显示单元查看并选择实验题目。
步骤2：实验显示单元根据用户选择调用实验存储单元查询实验题目。
步骤3：实验存储单元将查询的实验题目结果返回给实验显示单元。
步骤4：实验显示单元根据实验题目信息，再访问实验环境单元查询与实验题目相关实验数据。
步骤5：实验环境单元将实验数据返回给实验显示单元。
步骤6：实验显示单元根据实验题目信息，访问实验环境单元查询与实验题目相关实验环境数据。
步骤7：实验环境单元将实验环境数据返回给实验显示单元。
步骤8：实验显示单元调用实验操作单元完成实验操作单元的初始化。
步骤9：实验操作单元返回初始化结果。
步骤10：实验显示单元再访问实验执行单元完成实验执行单元初始化。
步骤11：实验执行单元返回初始化结果。
步骤12：实验显示单元将实验题目信息、实验数据、实验环境数据等显示给用户。实验操作单元等待用户输入。
四、创新点
本项目不仅关注实验结果，也注重实验过程管理，实时采集每个学生实验过程中的每个实验操作和使用计算机高级语言编写代码的过程数据，记录每个步骤和操作的状态。本项目的创新点是：1）实验系统记录实验过程和实验结果，教师可以准确把握学生的实验进度，通过分析实验过程可以有效发现实验报告的相互参考。2）实验系统对每个步骤和操作都反馈当前结果和状态，便于学生发现当前实验操作与实验目标的差距，从而调整实验操作和代码，逐步达到实验目标的要求。3）实验系统将实验数据、实验结果、实验过程保存在文件或数据库中，方便学生下次上机再继续上次的实验。4）指导教师可以通过实验系统准确掌握学生整体和学生个体的实验过程和实验结果，从而有针对性的指导学生实验。5）教师根据实验过程和实验结果更准确的做出对学生实验的评价。
五、结束语
传统方式的计算机高级语言实验管理流程中，存在以下问题：1）无法保存每个学生的实验过程、实验数据、实验结果等关键信息。实验进行阶段中每个学生完成实验的实验数据、实验结果和实验过程只暂时保留在学生使用的计算机中，当其他学生再轮流使用该计算机时导致这些关键信息丢失。指导教师无法全面掌握每个学生的实验数据以及实验过程，学生也无法保存当前的实验数据和结果以备下次实验使用；2）教师对学生实验的评价以实验报告为主，仅注重结果，而不注重实验过程。导致实验报告更多地变成了用于应付、相互参考的、形式上的报告，实验指导则变成懒于思考的学生的拐棍，这种注重结果而不注重过程的实验评价方式很难适应当前计算机高级语言的实验要求。
项目研究达到的目的，是为了克服上述传统方式的计算机高级语言实验的不足。
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2021年辽宁科技大学实验教学改革项目立项编号SYJG202110